RANCANG BANGUN DAN REKAYASA ALAT MONITORING PERGERAKAN BATUAN PADA TAMBANG BAWAH TANAH DENGAN MENGGUNAKAN POTENSIOMETER DAN GELOMBANG ULTRASONIK

Topik Utama RANCANG BANGUN DAN REKAYASA ALAT MONITORING PERGERAKAN BATUAN PADA TAMBANG BAWAH TANAH DENGAN MENGGUNAKAN POTENSIOMETER DAN GELOMBANG ULTRASONIK Hasniati Astika, Zulfahmi, Zulkifli Pulungan, Supriatna Mujahidin, Yaya Suryana, Iis Hayati Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara [email protected] SARI Permasalahan utama dalam pengawasan pergerakan batuan pada tambang bawah tanah antara lain sulitnya mengetahui lebih awal terjadinya pergerakan. Beberapa kajian dilakukan dalam pengembangan suatu sistem dan alat monitoring yang dapat digunakan untuk mendeteksi pergerakan batuan, salah satu diantaranya adalah pengembangan teknologi monitoring dengan metode gelombang potensiometer dan gelombang ultrasonik. Dari hasil ujicoba dengan menggunakan sistem dan alat yang telah dirancang diperoleh data pergerakan batuan yang valid dan layak untuk dijadikan sumber informasi untuk analisis dan pengembangan lebih lanjut dimana alat tersebut dapat digunakan sebagai salah satu perangkat monitoring pergerakan batuan. Kata kunci : pergerakan batuan, potensiometer, ultrasonik

1. PENDAHULUAN Kegiatan penambangan dewasa ini lebih mengarah pada metoda penambangan bawah tanah dibandingkan metoda tambang permukaan. Hal tersebut terutama disebabkan oleh cadangan bahan tambang di permukaan yang semakin berkurang dan juga kerusakan lingkungan yang diakibatkan oleh metoda penambangan secara terbuka. Metoda penambangan bawah tanah tersebut memerlukan tindakan penanganan keselamatan yang lebih cermat, di mana tanah lapangan pekerjaan yang utama adalah ruang di bawah tanah yang gelap dan terbatas, juga terdapat banyak faktor yang menjadi penyebab

terjadinya kecelakaan pada tambang bawah tanah seperti emisi dan semburan gas mudah nyala, keruntuhan atap, kebakaran juga kondisi lapangan yang sulit diprediksi tanpa peralatan pengawasan yang efektif. Untuk mengatasi persoalan semakin seringnya terjadi musibah keruntuhan atap batuan pada lokasi tambang bawah tanah yang akhir-akhir ini mulai memakan korban jiwa tanpa dapat diantisipasi sebelumnya, teknologi pengawasan terpusat merupakan langkah yang paling efektif. Cara yang paling mendasar dari teknologi pengawasan terpusat adalah pengukuran dan pengawasan (monitoring) dengan tujuan utama mengumpulkan informasi, selain itu diperlukan

Rancang Bangun dan Alat Reyasa Alat Monitoring .....; Hasniati A, Zulfahmi, Zulkifli P, Supriatna M

27

Topik Utama pengendalian untuk melaksanakan pertimbangan dan keputusan yang dilakukan berdasarkan informasi tersebut. Monitoring dilakukan untuk mengetahui kondisi batuan yang berada di sekitar bukaan tambang bawah tanah sehingga dapat terukur dan dapat di prediksi kondisi dari lubang bukaan tersebut. Hal tersebut tentu saja sangat penting terutama dalam kaitannya dengan keselamatan kerja pada tambang bawah tanah, sehingga diharapkan dapat diketahui tingkat keamanan pada lokasi-lokasi di sekitar tambang tersebut. Beberapa alat yang telah dikembangkan di dunia antara lain Extensometer, Guardian Angle dan Telltales (Altounyan, et al., 1997). Alat ini masih menggunakan metode observasi yang diukur secara berkala oleh petugas pencatat. Jika kondisi batuan pada lokasi tersebut tidak stabil pekerja tambang yang sedang bertugas berada dalam situasi yang membahayakan keselamatan jiwanya. Perkembangan lain yaitu,

dengan memanfaatkan potensiometer sebagai pengembangan terhadap alat extensometer. Alat ini dikenal dengan nama RMSS (roof monitoring safety system) pertama kali diperkenalkan oleh National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) pada tahun 1999 (www.cdc.gov/ niosh,2007).

2. METODOLOGI PENELITIAN Skema metodologi kegiatan dapat dilihat pada Gambar 1. Tahapan kegiatan monitoring ini terdiri dari studi pustaka untuk melakukan kajian teoritis terhadap spesifikasi teknis, kemampuan alat dan pemanfaatan alat untuk menentukan sistem monitoring yang digunakan. Lalu dilanjutkan dengan perancangan dan perekayasaan sistem dan alat yang diujicoba dan dikalibrasi sampai didapatkan sistem dan alat monitoring yang sesuai untuk dapat diterapkan sebagai alat monitoring pergerakan batuan.

Studi Pustaka/Cybernet Kajian teoritis tentang cara kerja alat Spesifikasi teknis dan user manual Kemampuan alat dan pemanfaatan di beberapa kegiatan penelitian.

PENENTUAN SYSTEM MONITORING

PEREKAYASAAN DAN MODIFIKASI PERBAIKAN ALAT/PERUBAHAN SYSTEM

UJICOBA &KALIBRASI

EVALUASI HASIL UJICOBA Perbandingan kalibrasi

Tidak SESUAI STANDARD

PENERAPAN MONITORING

Gambar 1. Bagan alir metodologi penelitian

28

M&E, Vol. 8, No. 3, September 2010

Topik Utama 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Alat yang dikembangkan terdiri dari 2 macam, yaitu alat monitoring pergerakan batuan dengan menggunakan gelombang ultrasonik (Ultrasonic Distance Sensor) dan alat monitoring pergerakan batuan dengan menggunaan potensiometer. Kedua alat tersebut dikembangkan menggunakan sensor-sensor yang banyak terdapat dipasaran dan harganya relatif murah antara lain sensor ultrasonik dan juga potensiometer. Proses perancangan dan perangkaian alat: a. Alat Monitoring Ultrasonik Prinsip dari alat ultrasonic distance sensor menggunakan gelombang ultrasonik yang merupakan gelombang suara yang dapat dikenali sebagai getaran pada frekuensi diatas 20 kHz, frekuensi tersebut diluar dari pendengaran pada manusia. Alat yang dirancang untuk medeteksi pergerakan batuan pada tambang bawah tanah menggunakan salah satu sensor ultrasonik yang banyak di pasaran, yaitu merk Ping)))TM ultrasonic range finder. Sensor Ping))) merupakan sensor yang digunakan menggunakan program bahasa BASIC untuk mengukur jarak suatu objek dengan kisaran jarak yang bisa terukur antara 3 cm sampai dengan 3,3 m. Biasanya sensor ini digunakan untuk robot atau untuk otomatisasi suatu alat.

Beberapa sensor yang dapat mengirimkan sinyal secara teratur baik dalam bentuk tegangan, tahanan maupun pulsa dapat terhubung secara langsung ke komputer melalui serial port komunikasi (Campbell, 1987). Untuk menyelaraskan sistem pengiriman data, maka aplikasi ini menggunakan modul sensor PING]))™ Ultrasonic Range Finder yang dapat dihubungkan dengan DT-51 ™ Low Cost Micro System / Low Cost Nano System. Bahasa BASIC (BASCOM-8051©) digunakan agar pemrogramannya menjadi lebih mudah dan cepat. Komponen tersebut dirangkai dalam satu box yang cukup kuat dan terisolasi sehingga aman untuk digunakan pada tambang bawah tanah (Gambar 3.a). b. Alat Monitoring Potensiometer Prinsip dari alat monitoring potensiometer adalah memanfaatkan proses perubahan nilai tahanan pada potensiometer akibat adanya pergerakan pada batuan. Komponen dari alat yang dirancang dapat dilihat pada Gambar 3(b). Pergerakan terdeteksi oleh perpindahan dari gaya gerak listrik akibat bergeraknya track bersamaan dengan bergeraknya roda gigi yang terikat dengan potensiometer dengan tahanan 500 Ohm. Pergerakan tersebut mengubah tegangan pada potensiometer yang dapat terukur. Perubahan tegangan dapat dikalibrasikan dengan jarak pergerakan track, sehingga didapatkan keluaran jarak pergerakan yang terjadi.

Gambar 2 (a) Prinsip kerja sensor ultrasonik

(b) Ping)TM ultrasonic range finder


29

Topik Utama Roda Gigi

LCD

Track

Potensiometer

Mikrokontroler Ultrasonic Range Finder

Plat Alumunium

a) Alat monitoring ultrasonik

(b) Alat monitoring potensiometer

Gambar 3. Komponen alat monitoring Kalibrasi alat monitoring Kalibrasi pada setiap alat dilakukan untuk memastikan bekerja atau tidaknya sistem dan alat monitoring yang telah dirancang. Pada alat monitoring potensiometer kalibrasi dilakukan dengan mengukur perubahan tahanan (Ohm) sedangkan pada alat ultrasonic distance sensor kalibrasi dilakukan dengan mengukur perubahan tegangan (mV) terhadap perubahan jarak (mm) di mana perubahan jarak tersebut diasumsikan

sebagai pergerakan pada atap batuan. Percobaan dilakukan sebanyak 30 kali untuk setiap alat monitoring, dari percobaan diperoleh data yang kemudian dibuat grafik hubungan antara perubahan tahanan (Ohm) terhadap perubahan jarak (mm) untuk alat monitoring potensiometer, dan grafik hubungan antara perubahan tegangan (mV) terhadap jarak (mm) untuk alat Ultrasonic Distance Sensor (Gambar 4 dan Gambar 5).

RMSS (CH-1)

RMSS (CH-2)

130 120

Perubahan jarak (mm)

Perubahan jarak (mm)

110 100 90

y = 1.1024x + 0.1792 R2 = 1

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

Perubahan tahanan (Ohm )

80

90

100

110

130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

y = 1.4915x - 1.9413 R2 = 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Perubahan tahanan (Ohm )

Gambar 4. Grafik hasil kalibrasi potensiometer

30


Topik Utama

Perubahan jarak (m m )

Perubahan jarak (mm )

Ultrasonic (CH-3) 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

y = 0.1026x - 9.0093 R2 = 0.9891

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Perubahan tegangan (mV)

Ultrasonic (CH-4)

160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

y = 0.1008x - 5.9091 R2 = 0.9965

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Perubahan Tegangan (mV)

Gambar 5. Grafik hasil kalibrasi alat ultrasonik

Dari grafik dapat terlihat perubahan yang terjadi pada setiap alat monitoring cenderung konstan (linier), sehingga dapat diperoleh persamaan regresi linier (Tabel 1) dimana persamaan tersebut digunakan sebagai rumus konversi yang dimasukan ke dalam program dalam software aplikasi.

R2 mendekati 1, yaitu 0.9891 dan 0.9965 yang berarti hasil pembacaan pada kedua alat tersebut mendekati dengan besarnya pergerakan yang mungkin terjadi.

Dari grafik hasil kalibrasi diatas diperoleh nilai R2 dari masing-masing alat. Pada kedua alat monitoring dengan menggunakan potensio (CH1 dan CH-2) nilai R2 adalah 1, yang berarti nilai variabel bebas yang diperoleh pada kedua alat tersebut dapat menjelaskan 100% dari persamaan linier yang diperoleh, dalam monitoring pergerakan batuan ini berarti hasil pembacaan oleh alat tersebut adalah sangat signifikan dengan pergerakan yang mungkin terjadi. Sedangkan pada alat monitoring dengan menggunakan ultrasonik (CH-3 dan CH-4) nilai

Pembacaan dari kedua alat tersebut berupa data pergerakan batuan dimana pembacaan dari alat Ultrasonic Distance Sensor berupa perubahan tegangan (mV) sedangkan pembacaan pada alat monitoring potensiometer berupa perubahan tahanan (ohm). Kedua alat tersebut terhubung dengan datalogger sebagai perekam data ataupun sebagai penyimpan data apabila dilengkapi dengan PCMCIA memory card. Proses perekaman data dengan menggunakan datalogger dilakukan secara berkala yang dapat kita atur. Dari datalogger data dikirimkan ke CPU

Penentuan dan perancangan sistem monitoring

Tabel 1. Persamaan regresi linier hasil kalibrasi alat


31

Topik Utama komputer dimana data tersebut dibaca oleh software aplikasi yang dapat mengubah data tersebut ke dalam satuan jarak dan bisa langsung dibaca dalam bentuk grafik antara pergerakan (displacement) terhadap waktu. Skema dari monitoring pergerakan batuan pada kegiatan ini dapat dilihat pada Gambar 6.

dan Database. Halaman komunikasi data merupakan halaman utama yang digunakan untuk menghubungkan datalogger dengan sensor yang tertanam pada atap batuan di dalam tambang bawah tanah. Bila terjadi koneksi data akan tampil dalam bentuk grafik (halaman ke dua) dan tersimpan dalam database (halaman ke tiga).

Software aplikasi Software aplikasi monitoring pergerakan batuan yang dipakai adalah software yang dirancang khusus untuk ultrasonic monitoring system. Software terdiri dari dua modul, yaitu modul untuk merekam secara langsung (modul-1) dan modul untuk membaca hasil pengukuran melalui media memory card (modul-2). Modul-1 terdiri dari tiga halaman utama, yaitu halaman komunikasi data, halaman monitoring

Sama seperti Modul-1 pada Modul-2 terdiri dari tiga halaman utama, yaitu halaman pemindaian data dari memory card, halaman grafik hasil pemindaian dan halaman database. Pada halaman utama, data dipindai dari memory card, kemudian langsung dikonversikan dengan proses regresi linier. Data yang diperoleh, dapat langsung diolah dengan program aplikasi lain seperti excel atau lotus dan dapat juga langsung dibaca oleh modul-2 ini ke dalam media database yang telah dipersiapkan.

Lapisan 2

Lapisan 1 RMSS U ltr asonic Distan ce Sensor

CPU + Softw ar e Aplikasi

Mem or y C ard

Data Logger

Gambar 6. Skema monitoring pergerakan batuan pada tambang bawah tanah

32


Topik Utama

(a) Modul-1

(b) Modul-2

Gambar 7. Tampilan halaman utama

Penerapan teknologi monitoring pada tambang bawah tanah Pada kegiatan ini dirancang 4 buah alat monitoring yang terdiri dari 2 buah alat monitoring potensiometer (CH-1 dan CH-2) dan 2 buah Ultrasonic Distance Sensor (CH-3 dan CH-4), di mana penentuan channel dari setiap alat berdasarkan dari saluran kanal yang terdapat pada datalogger. Keempat alat monitoring tersebut dipasang pada 2 lokasi yang berbeda pada terowongan tambang bawah tanah.

Alat monitoring terhubung dengan datalogger sebagai perekam data dan terhubung langsung dengan software aplikasi yang dibuat (GeomchLog-2) yang dapat menampilkan perubahan yang terjadi pada hasil pembacaan dari setiap alat monitoring yang diujicobakan .

Gambar 8. Penempatan alat monitoring pada batuan atap terowongan


33

Topik Utama Hanya saja pada uji coba di lokasi tambang bawah tanah seluruh rangkaian tersebut belum dapat diaplikasikan sebagai suatu sistem monitoring secara realtime, di mana data yang diperoleh diambil setelah proses pengamatan disimpan dalam memory card. Namun demikian sistem software GeomchLog-2 dapat digunakan untuk sistem langsung dan tak langsung. Pada sistem tak langsung data yang tersimpan dalam memory card dapat diambil setelah terjadi proses pengamatan lalu di input kan pada sistem software. Dari hasil perekaman data oleh datalogger yang tersimpan dalam memory card diperoleh data waktu (detik), tahanan (ohm) untuk CH-1 dan CH-2 dan data tegangan (mV) untuk CH-3 dan CH-4. Perekaman data dilakukan selama 14

(a) menggunakan potensiometer

hari. Dari hasil perekaman data menggunakan metode tak langsung diperoleh data sebanyak 9531 data. Dari data tersebut, diketahui bahwa masing-masing alat mengirimkan hasil pengukurannya dengan kecenderungan terjadi pergerakan batuan, meskipun sangat kecil. Hasil pembacaan setiap alat monitoring oleh software GeomchLog-2 dapat dilihat pada Gambar 9 dan 10. Gambar 9 (a) menunjukkan grafik pengukuran yang dihasilkan oleh potensiometer (alat-1), sedangkan Gambar 9 (b) menunjukkan grafik pengukuran yang dihasilkan oleh ultrasonic transducer (alat-3). Hasil analisis statistik dengan kajian metode slope pada kedua alat tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.

(b) menggunakan ultrasonic distance sensor

Gambar 9. Grafik hasil pengukuran pada lokasi-1

(a) menggunakan potensio transduser

(b) menggunakan ultrasonic distance sensor

Gambar 10. Grafik hasil pengukuran pada lokasi-2

34


Topik Utama Gambar 10 (a) menunjukkan grafik pengukuran yang dihasilkan oleh potensio transducer (alat2), sedangkan Gambar 10 (b) menunjukkan grafik pengukuran yang dihasilkan oleh ultrasonik transducer (alat-4). Hasil analisis statistik dengan kajian metode slope pada kedua alat tersebut dapat dilihat pada Tabel 3. Dari data dan analisis ke empat sensor yang terpasang pada lokasi tambang bawah tanah, diketahui bahwa secara umum ke empat sensor tersebut menunjukkan kecenderungan pergerakan batuan yang hampir sama dan cenderung linier baik itu pada lokasi-1 maupun pada lokasi-2. Meskipun pergerakannya sangat kecil sekali dan cenderung mengarah stabil, namun perlu dilakukan pengamatan secara berkesinambungan dengan waktu pengamatan yang panjang. Dengan cara demikian akan diketahui secara pasti kapan pergerakan tersebut akan stabil atau berhenti.

1)

Hasil ujicoba dan kalibrasi pada alat menunjukkan nilai yang signifikan, dimana diperoleh persamaan garis linier , dimana nilai R2 mendekati nilai 1 pada setiap alat. Bahkan pada alat monitoring dengan menggunakan potensiometer (CH-1 dan CH-2) nilai R2 adalah 1, artinya nilai yang diukur sama dengan hasil perhitungan. Sedangkan hasil pembacaan dengan menggunakan ultrasonik (CH-3 dan CH-4) nilai R2 adalah 0.9891 dan 0.9965, yang berarti hasil pembacaan pada kedua alat tersebut mendekati besarnya pergerakan yang terjadi.

2)

Dari hasil pengamatan pada lokasi tambang bawah tanah diketahui bahwa terjadi kecenderungan pergerakan batuan, meskipun sangat kecil. Alat pertama yang menggunakan potensiometer memberikan nilai pergerakan sebesar 0.00000208 mm/ detik, sedangkan alat kedua memberikan nilai sebesar 0.000001888 mm/detik. Sementara itu alat yang menggunakan sensor gelombang ultrasonik menunjukkan kecenderungan yang sama yaitu sebesar 0.000001994 mm/detik.

3)

Berdasarkan hasil uji coba tersebut, dua macam alat yang telah dirancang layak

4. PENUTUP

4.1. Kesimpulan Dari pembahasan sebelumnya dapat disimpulkan beberapa hal, sebagai berikut :

Tabel 2. Hasil analisis statistik pergerakan batuan yang terjadi pada lokasi 1

Tabel 3. Hasil analisis statistik pergerakan batuan yang terjadi pada lokasi 2


35

Topik Utama untuk dimanfaatkan untuk sistem monitoring pergerakan batuan di bawah tanah.

4.2. Saran Perlu dikaji lebih lanjut tidak hanya aspek kemampuan alat untuk mendeteksi pergerakan batuan saja, namun perlu dilakukan pengembangan terhadap casing dari alat yang digunakan, sedemikian hingga aman untuk digunakan di tambang bawah tanah. Selain itu perlu juga dilakukan pemantauan yang lebih lama untuk mengetahui tingkat kestabilan batuan secara menyeluruh.

DAFTAR PUSTAKA ………….., 2001-2004,"DataTaker User's Manual" , UM-0068-A2, Datataker Pty Ltd, Australia.

Altounyan, P.F.R., Bigby, D.N., Hurt, K.G. and Peake, H.V. (1997), "Instrumentation and Procedures for Routine Monitoring of Reinforced Mine Roadways to Prevent Falls of Ground", In proceeding, 27th Intern. Conf. of Safety in Mines Research Inst., 1997, New Delhi, India, pp. 759-766. Couch II, Leon W., 1993, "Digital and Analog Communication Systems", Macmillan Publishing Company, New York. Campbell, J., 1987, "RS-232 Solution", Alih bahasa Ir. Khinardi Gunawan, Indomicros, Surabaya. Sivaram Cheekiralla, 2004, "Development of Wireless Sensor Unit for Tunnel Monitoring", Massachusetts Institute of Technology. Wakerley, John F., 1990, "Digital Design Principles and Practices, Prentice Hall, Singapore. www.cdc.gov/niosh/, 2007.

………….., 2000,"DataTaker Getting Started" , UM-0071-A1, Datataker Pty Ltd, Australia.

36


RANCANG BANGUN DAN REKAYASA ALAT MONITORING PERGERAKAN BATUAN PADA TAMBANG BAWAH TANAH DENGAN MENGGUNAKAN POTENSIOMETER DAN GELOMBANG ULTRASONIK

Recommend Documents