75455276 diktat ventilasitambang

Ventilasi Tambang
Diktat Ventilasi Tambang Hal. 1 - 59
Program D-III T.Pertambangan FT - UNP Copyright – 2004
FF
A. PENDAHULUAN
Dalam teknologi penambangan bawah tanah ada dua masalah pokok yang
menjadi kendala pada saat pelaksanaan, yaitu :
Segi Mekanika Batuan
Apakah sistem tambang bawah tanah yang akan diterapkan dapat
ditunjang oleh sistem penyanggaan terhadap bukaan-bukaan di dalam tambang.
Apakah masih menguntungkan untuk dilakukan penambangan dengan
menggunakan sisitem penyanggaan yang diperlukan.
Segi Ventilasi Tambang
Apakah pada kedalam tambang yang akan dihadapi masih dimungkinkan
untuk melakukan pengaturan udara agar penambangan dapat dilaksanakan
dengan suasana kerja dan lingkungan kerja yang nyaman.
Apakah jawaban dari kedua masalah diatas adalah ya?, Jika ya, maka
dapatlah dimulai membuat rancangan dari jaringan ventilasi dari tambang tersebut.
1. Fungsi Ventilasi Tambang
Ventilasi tambang berfungsi untuk :
a. Menyediakan dan mengalirkan udara segar kedalam tambang untuk
keperluan menyediakan udara segar (oksigen) bagi pernapasan para pekerja
dalam tambang dan juga bagi segala proses yang terjadi dalam tambang
yang memerlukan oksigen.
b. Melarutkan dan membawa keluar dari tambang segala pengotoran dari gas-
gas yang ada di dalam tambang hingga tercapai keadaan kandungan gas
dalam udara tambang yang memenuhi syarat bagi pernapasan.
c. Menyingkirkan debu yang berada dalam aliran ventilasi tambang bawah tanah
hingga ambang batas yang diperkenankan.
d. Mengatur panas dan kelembaban udara ventilasi tambang bawah tanah
sehingga dapat diperoleh suasana / lingkungan kerja yang nyaman.
2. Prinsip Ventilasi Tambang
Pada pengaturan aliran udara dalam ventilasi tambang bawah tanah,
berlaku hukum alam bahwa;
a. Udara akan mengalir dari kondisi bertemperatur rendah ke temperatur panas.
b. Udara akan lebih banyak mengalir melalui jalur-jalur ventilasi yang
memberikan tahanan yang lebih kecil dibandingkan dengan jalur bertahanan
yang lebih besar.
c. Hukum-hukum mekanika fluida akan selalu diikuti dalam perhitungan dalam
ventilasi tambang.
VENTILASI TAMBANG

Ventilasi Tambang
3. Lingkup Bahasan Ventilasi Tambang
Dalam membahas ventilasi tambang akan tercakup tiga hal yang saling
berhubungan, yaitu;
a. Pengaturan./Pengendalian kualitas udara tambang. Dalam hal ini akan
dibahas permasalahan persyaratan udara segar yang diperlukan oleh para
pekerja bagi pernafasan yang sehat dilihat dari segi kualitas udara (Quality
control).
b. Pengaturan/pengendalian kuantitas udara tambang segar yang diperlukan
oleh pekerja tambang bawah tanah. Dalam hal ini akan dibahas perhitungan
untuk jumlah aliran udara yang diperlukan dalam ventilasi dan pengaturan
jaringan ventilasi tambang sampai perhitungan kapasitas dari kipas angin
c. Pengaturan suhu dan kelembaban udara tambang agar dapat diperoleh
lingkungan kerja yang nyaman. Dalam hal ini akan dibahas mengenai
penggunaan ilmu yang mempelajari sifat-sifat udara atau psikrometri
(psychrometry).
Dalam membahas pengaturan ventilasi tambang yang bersifat mekanis
perlu juga dipahami masalah yang berhubungan dengan kemungkinan adanya
aliran udara akibat ventilasi alami, yaitu antara aliran udara sebagai akibat
perbedaan temperatur yang timbul secara alami.
4. Pengertian mengenai Udara Tambang
Udara segar normal yang dialirkan pada ventilasi tambang terdiri dari ;
Nitrogen, Oksigen, Karbondioksida, Argon dan Gas-gas lain seperti terlihat pada
tabel 1.
Tabel 1.
Komposisi Udara Segar
Unsur Persen
Volume (%)
Persen Berat
(%)
Nitrogen (N2)
Oksigen (O2)
Karbondioksida (CO2)
Argon (Ar), dll
78,09
20,95
0.03
0,93
75,53
23,14
0,046
1,284
Dalam perhitungan ventilasi tambang selalu dianggap bahwa udara segar
normal terdiri dari :
Nitrogen = 79% dan
Oksigen = 21%
Disamping itu selalu dianggap bahwa udara segar akan selalu
mengandung karbondioksida (CO2) sebesar 0,03%.
Demikian pula perlu diingat bahwa udara dalam ventilasi tambang selalu
mengandung uap air dan tidak pernah ada udara yang benar-benar kering. Oleh
karena itu akan selalu ada istilah kelembaban udara.

Ventilasi Tambang
B. PENGENDALIAN KUALITAS UDARA TAMBANG
1. Perhitungan Keperluan Udara Segar
Jenis kegiatan manusia dapat dibeda-bedakan atas :
Dalam keadaan istirahat
Dalam melakukan kegiatan kerja yang moderat, misalnya kerja kantor
Dalam melakukan kegiatan kerja keras, misalnya olah raga atau kerja di
tambang.
Atas dasar jenis kegiatan kerja yang dilakukan ini akan diperlukan juga
udara segar yang berlainan jumlahnya. Dalam suatu pernafasan terjadi kegiatan
menghirup udara segar dan menghembuskan udara hasil pernafasan. Laju
pernafasan per menit didefinisikan sebagai banyaknya udara dihirup dan
dihembuskan per satuan waktu satu menit. Laju pernafasan ini akan berlainan
bagi setiap kegiatan manusia yang berbeda, makin keras kerja yang dilakukan
makin besar angka laju pernafasannya.
Perlu juga dalam hal ini didefinisikan arti angka bagi atau nisbah
pernafasan (respiratori quotient) yang didefiniskan sebagai nisbah antara jumlah
karbondioksida yang dihembuskan terhadap jumlah oksigen yang dihirup pada
suatu proses pernafasan. Pada manusia yang bekerja keras, angka bagi
pernafasan ini (respiratori quotient) sama dengan satu, yang berarti bahwa
jumlah CO2 yang dihembuskan sama dengan jumlah O2 yang dihirup pada
pernafasannya.Tabel 2 berikut memberikan gambaran mengenai keperluan
oksigen pada pernafasan pada tiga jenis kegiatan manusia secara umum.
Tabel 2.
Kebutuhan Udara Pernafasan (Hartman, 1982)
Kegiatan kerja
Laju
Pernafasan
Per menit
Udara terhirup per
menit dalam in3
/menit
(10-4
m3
/detik)
Oksigen ter
konsumsi cfm
(10-5
m3
/detik)
Angka bagi
pernafasan
( respiratori
quotient)
Istirahat 12 – 18 300-800 (0,82-2,18) 0,01 (0,47) 0,75
Kerja Moderat 30 2800-3600 (7,64-9,83) 0,07 (3,3) 0,9
Kerja keras 40 6000 (16,4) 0,10 (4,7) 1,0
Ada dua cara perhitungan untuk menentukan jumlah udara yang diperlukan
perorang untuk pernafasan, yakni;
Atas dasar kebutuhan O2 minimum, yaitu 19,5 %.
Jumlah udara yang dibutuhkan = Q cfm
Pada pernafasan, jumlah oksigen akan berkurang sebanyak 0,1 cfm ; sehingga
akan dihasilkan persamaan untuk jumlah oksigen sebagai berikut;
0,21 Q - 0,1 = 0,195 Q
(Kandungan Oksigen) – (Jumlah Oksigen pada pernafasan) = ( Kandungan Oksigen
minimum untuk udara
pernapasan )

Ventilasi Tambang
Q = (0,1/ (0,21 – 0,195)) = 6,7 cfm (=3,2 x 10-3
m3
/detik)
Atas dasar kandungan CO2 maksimum, yaitu 0,5 %.
Dengan harga angka bagi pernafasan = 1,0 ; maka jumlah CO2 pada pernafasan
akan bertambah sebanyak 1,0 x 0,1 = 0,1 cfm.
Dengan demikian akan didapat persamaan :
0,0003 Q + 0,1 = 0,005 Q
(Kandungan CO2 – ( Jumlah CO2- = ( kandungan CO2 maksimum
dlm udara normal) hasil pernafasan) dalam udara)
Q = (0,1/(0,005 – 0,0003)) = 21,3 cfm (= 0,01 m3
/detik)
Dari kedua cara perhitungan tadi, yaitu atas kandungan oksigen minimum
19,5 % dalam udara pernafasan dan kandungan maksimum karbon dioksida
sebesar 0,5 % dalam udara untuk pernafasan, diperoleh angka kebutuhan udara
segar bagi pernafasan seseorang sebesar 6,7 cfm dan 21,3 cfm. Dalam hal ini
tentunya angka 21,3 cfm yang digunakan sebagai angka kebutuhan seseorang
untuk pernafasan.
Dalam merancang kebutuhan udara untuk ventilasi tambang digunakan
angka kurang lebih sepuluh kali lebih besar, yaitu 200 cfm per orang ( = 0,1
m3
/detik per orang)
a. Kandungan Oksigen Dalam Udara
Oksigen merupakan unsur yang sangat diperlukan untuk kehidupan
manusia. Pada pernafasannya, manusia akan menghirup oksigen, yang
kemudian bereaksi dengan butir darah (haemoglobine) menjadi
oksihaemoglobin yang akan mendukung kehidupan. Dalam udara normal,
kandungan oksigen adalah 21 % dan udara dianggap layak untuk suatu
pernafasan apabila kandungan oksigen tidak boleh kurang dari 19,5 %.
Banyak proses-proses dalam alam yang dapat menyebabkan
pengurangan kandungan oksigen dalam udara; terutama untuk udara
tambang bawah tanah. Peristiwa oksidasi, pembakaran pada mesin bakar
dan pernafasan oleh manusia merupakan contoh dari proses kandungan
pengurangan oksigen .
Kandungan oksigen dalam udara juga akan berkurang pada keadaan
ketinggian (altitude) yang makin tinggi.
Kekurangnan oksigen dalam udara yang digunakan bagi pernafasan
akan berpengaruh terhadap keadaan fisiologi manusia, seperti diperlihatkan
pada tabel 3 berikut;
b. Gas-Gas Pengotor
Ada beberapa macam gas pengotor dalam udara tambang bawah
tanah. Gas-gas ini berasal baik dari proses-proses yang terjadi dalam
tambang maupun berasal dari batuan ataupun bahan galiannya.

Ventilasi Tambang
Tabel 3
Pengaruh Kekurangan Oksigen
Kandungan O2
Di Udara
Pengaruh
17 %
15 %
13 %
9 %
7 %
6 %
- Laju pernapasan meningkat (ekuivalen dengan
ketinggian 1600 m)
- Terasa pusing, suara mendesing dalam telinga
dan jantung berdetak cepat
- Kehilangan kesadaran
- Pucat dan jatuh pingsan
- Sangat membahayakan kehidupan
- Kejang-kejang dan kematian
Mesin-mesin yang digunakan dalam tambang misalnya merupakan
salah satu sumber dari gas pengotor. Demikian juga proses peledakan yang
diterapkan dalam tambang untuk pemberaian dapat merupakan sumber gas
pengotor. Dalam tambang batubara, gas methan (CH4) merupakan gas yang
selalu ada dalam lapisan batubara. Gas-gas pengotor yang terdapat dalam
tambang bawah tanah tersebut, ada yang berifat gas racun, yakni; gas yang
bereaksi dengan darah dan dapat menyebabkan kematian. Dapat juga gas
pengotor ini menyebabkan bahaya, baik terhadap kehidupan manusia
maupun dapat menyebabkan peledakan. Tabel 4 menunjukan bermacam gas
yang dapat berada dalam tambang bawah tanah.
1) Karbondioksida (CO2)
Gas ini tidak berwarna dan tidak berbau dan tidak mendukung
nyala api dan bukan merupakan gas racun. Gas ini lebih berat dari pada
udara, karenanya selalu terdapat pada bagian bawah dari suatu jalan
udara. Dalam udara normal kandungan CO2 adalah 0,03 %. Dalam
tambang bawah tanah sering terkumpul pada bagian bekas-bekas
penambangan terutama yang tidak terkena aliran ventilasi, juga pada
dasar sumur-sumur tua. Sumber dari CO2 berasal dari hasil pembakaran,
hasil peledakan atau dari lapisan batuan dan dari hasil pernafasan
manusia.
Pada kandungan CO2 = 0,5 % laju pernafasan manusia mulai
meningkat, pada kandungan CO2 = 3 % laju pernafasan menjadi dua kali
lipat dari keadaan normal, dan pada kandungan CO2 = 5 % laju
pernafasan meningkat tiga kali lipat dan pada CO2 = 10 % manusia hanya
dapat bertahan beberapa menit. Kombinasi CO2 dan udara biasa disebut
dengan ‘blacdamp’.
2) Methan (CH4)
Gas methan ini merupakan gas yang selalu berada dalam
tambang batubara dan sering merupakan sumber dari suatu peledakan
tambang. Campuran gas methan dengan udara disebut ‘Firedamp’.
Apabila kandungan methan dalam udara tambang bawah tanah mencapai
1 % maka seluruh hubungan mesin listrik harus dimatikan. Gas ini
mempunyai berat jenis yang lebih kecil dari pada udara dan karenanya
selalu berada pada bagian atas dari jalan udara.

Ventilasi Tambang
Methan merupakan gas yang tidak beracun, tidak berwarna, tidak
berbau dan tidak mempunyai rasa. Pada saat proses pembatubaraan
terjadi maka gas methan terbentuk bersama-sama dengan gas
karbondioksida. Gas methan ini akan tetap berada dalam lapisan batubara
selama tidak ada perubahan tekanan padanya. Terbebasnya gas methan
dari suatu lapisan batubara dapat dinyatakan dalam suatu volume per
satuan luas lapisan batubara, tetapi dapat juga dinyatakan dalam satuan
volume per satuan waktu. Terhadap kandungan gas methan yang masih
terperangkap dalam suatu lapisan batubara dapat dilakukan penyedotan
dari gas methan tersebut dengan pompa untuk dimanfaatkan. Proyek ini
dikenal dengan nama ‘seam methane drainage’.
3) Karbon Monoksida (CO)
Gas karbon monoksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak
berbau dan tidak ada rasa, dapat terbakar dan sangat beracun. Gas ini
banyak dihasilkan pada saat terjadi kebakaran pada tambang bawah
tanah dan menyebabkan tingkat kematian yang tinggi. Gas ini mempunyai
afinitas yang tinggi terhadap haemoglobin darah, sehingga sedikit saja
kandungan gas CO dalam udara akan segera bersenyawa dengan butir-
butir haemoglobin (COHb) yang akan meracuni tubuh lewat darah.
Afinitas CO terhadap haemoglobin menurut penelitian (Forbes and Grove,
1954) mempunyai kekuatan 300 kali lebih besar dari pada oksigen dengan
haemoglobin. Gas CO dihasilkan dari hasil pembakaran, operasi motor
bakar, proses peledakan dan oksidasi lapisan batubara.
Karbon monoksida merupakan gas beracun yang sangat
mematikan karena sifatnya yang kumulatif, seperti terlihat pada gambar 1.
Misalnya gas CO pada kandungan 0,04 % dalam udara apabila terhirup
selama satu jam baru memberikan sedikit perasaan tidak enak, namun
dalam waktu 2 jam dapat menyebabkan rasa pusing dan setelah 3 jam
akan menyebabkan pingsan/ tidak sadarkan diri dan pada waktu lewat 5
jam dapat menyebabkan kematian. Kandungan CO sering juga dinyatakan
dalam ppm (part per milion). Sumber CO yang sering menyebabkan
kematian adalah gas buangan dari mobil dan kadang-kadang juga gas
pemanas air. Gas CO mempunyai berat jenis 0,9672 sehingga selalu
terapung dalam udara.
Gambar 1.
Pengaruh Racun Gas CO Sebagai Fungsi Waktu

Ventilasi Tambang
4) Hidrogen Sulfida (H2S)
Gas ini sering disebut juga ‘stinkdamp’ (gas busuk) karena
baunya seperti bau telur busuk. Gas ini tidak berwarna, merupkan gas
racun dan dapat meledak, merupakan hasil dekomposisi dari senyawa
belerang. Gas ini mempunyai berat jenis yang sedikit lebih berat dari
udara. Merupakan gas yang sangat beracun dengan ambang batas (TLV-
TWA) sebesar 10 ppm pada waktu selama 8 jam terdedah (exposed) dan
untuk waktu singkat (TLV-STEL) adalah 15 ppm. Walaupun gas H2S
mempunyai bau yang sangat jelas, namun kepekaan terhadap bau ini
akan dapat rusak akibat reaksi gas H2S terhadap syaraf penciuman. Pada
kandungan H2S = 0,01 % untuk selama waktu 15 menit, maka kepekaan
manusia akan bau ini sudah akan hilang.
5) Sulfur Dioksida (SO2)
Sulfur dioksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak bisa
terbakar. Merupakan gas racun yag terjadi apabila ada senyawa belerang
yang terbakar. Lebih berat dari pada udara, dan akan sangat membantu
pada mata, hidung dan tenggorokan. Harga ambang batas ditetapkan
pada keadaan gas = 2 ppm (TLV-TWA) atau pada waktu terdedah yang
singkat (TLV-STEL) = 5 ppm.
6) Nitrogen Oksida NOX)
Gas nitrogen oksida sebenarnya merupakan gas yang ‘inert’,
namun pada keadaan tekanan tertentu dapat teroksidasi dan dapat
menghasilkan gas yang sangat beracun. Terbentuknya dalam tambang
bawah tanah sebagai hasil peledakan dan gas buang dari motor bakar.
NO2 merupakan gas yang lebih sering terdapat dalam tambang dan
merupakan gas racun. Harga ambang batas ditetapkan 5 ppm, baik untuk
waktu terdedah singkat maupun untuk waktu 8 jam kerja. Oksida notrogen
yang merupakan gas racun ini akan bersenyawa dengan kandungan air
dalam udara membentuk asam nitrat, yang dapat merusak paru-paru
apabila terhirup oleh manusia.
7) Gas Pengotor Lain
Gas yang dapat dikelompokkan dalam gas pengotor lain adalah
gas Hidrogen yang dapat berasal dari proses pengisian aki (battery) dan
gas-gas yang biasa terdapat pada tambang bahan galian radioaktif seperti
gas radon.
c. Pengendalian Gas-Gas Tambang
Beberapa cara pengendalian berikut ini dapat dilakukan terhadap
pengotor gas pada tambang bawah tanah :
1) Pencegahan (Preventation)
a) Menerapkan prosedur peledakan yang benar
b) Perawatan dari motor-motor bakar yang baik
c) Pencegahan terhadap adanya api
2) Pemindahan (Removal)
a) Penyaliran (drainage) gas sebelum penambangan
b) Penggunaan ventilasi isap lokal dengan kipas

Ventilasi Tambang
Tabel 4
Sifat Bermacam Gas
Nama Sim
Bol
Berat
Jenis
Udara
=1
Sifat fisik Pengaruh Sumber
Utama
Amban
g batas
TLU-
TWA
(%)
Amb
ang
bata
s
TLU-
C
(%)
Kisar
ledak
Oksigen O2 1,1056 Tdk berwarna
tdk berbau,tdk
ada rasa
Bukan
racun tdk
berbahaya
Udara normal
Nitrgen N2 0,9673 Tdk
berwarna,
tdk
berbau,tdk
ada rasa
Bukan
Racun
tapi
Menyesak
kan
Udara normal
lapisan
Karbon
Dioksida
CO2 1,5291 Tdk
berwarna,
tdk
berbau,rasa
agak asam
Sesak
nafas
berkeringa
t
Pernafasan,la
pisan,motor
bakar,peledak
an
0,5
Methan CH4 0,5545 Tdk
berwarna,
tdk
berbau,tdk
ada rasa
Menyesak
kan nafas
dapat
meledak
Lapisan,
motor bakar,
peledakan
5 –
15
Karbon
Monoksid
a
CO 0,9672 Tdk
berwarna,
tdk
berbau,tdk
ada rasa
Racun
dapat
meledak
Nyala
api,peledakan
,motor bakar,
oksidasi
0,005 12.5
– 74
Hidrogen
sulfida
H2S 1,1912 Tdk
berwarna,
bau telur
busuk, rasa
asam
Racun
dapat
meledak
Lapisan air
tanah,pele
dakan
0,001 4 –
44
Sulfur
Dioksida
SO2 2,2636 Tdk
berwarna,
bau
mangganggu
, rasa asam
Racun Pembakaran
sulfida,motor
bakar
0,0005
Nitrogen
Oksida
NO2
N2O
1,5895 Bau tajam,
warna coklat,
rasa pahit
Racun Peledakan,m
otor bakar
0,0
005
Hidrogen H2 0,0695 Tdk
berwarna,
tdk
berbau,tdk
ada rasa
Dapat
meledak
Air pada
api,panas
bateray
4 –
74
Radon RA 7,665 Radio aktif lapisan IWL ? -
3) Absorpsi (Absorption)

Ventilasi Tambang
a) Penggunaan reaksi kimia terhadap gas yang keluar dari mesin
b) Pelarutan dengan percikan air terhadap gas hasil peledakan
4) Isolasi (Isolation)
a) Memberi batas sekat terhadap daerah kerja yang terbakar
b) Penggunaan waktu-waktu peledakan pada saat pergantian gilir atau
waktu-waktu tertentu
5) Pelarutan
a) Pelarutan lokal dengan menggunakan ventilasi lokal
b) Pelarutan dengan aliran udara utama
Biasanya cara pelarutan akan memberikan hasil baik, tetapi sering
beberapa cara tersebut dilakukan bersama-sama.
Jumlah udara segar yang diperlukan untuk mengencerkan suatu
masukan gas sampai pada nilai MAC adalah:
Q = (Qg/ (MAC) – B) – Qg
Dimana ; Qg = masukan gas pengotor
B = konsentrasi gas dalam udara normal
Contoh.:
Suatu masukan gas pengotor dengan laju 10 cfm memasuki suatu
ruang kerja. Apabila MAC = 10 % maka banyaknya udara segar yang
diperlukan adalah:
Q = (10 / (0,1-0)) - 10 = 100 – 10 = 90 cfm
d. Karakteristik Debu, Sumber dan Cara Penanganannya
1) Perilaku Dinamik Partikel Debu
Debu yang dihasilkan dalam operasi tambang bawah tanah dapat
menimbulkan masalah kesehatan bagi para pekerjanya.
Partikel debu yang sering dijumpai di alam biasanya terdiri dari
partikel-partikel yang berukuran lebih besar dari pada 40 mikron.
Sedangkan partikel terkecil yang dapat dilihat melalui mikroskop adalah
0,25 mikron. Kurang lebih 80 % debu hasil dari operasi tambang
mempunyai ukuran partikel sekitar dibawah 1 mikron.
Partikel debu, baik yang dapat menimbulkan efek patologis atau
terbakar, umumnya berukuran lebih kecil dari 10 mikron. Sedangkan
partikel debu yang lebih kecil dari 5 mikron diklasifikasikan sebagai debu
yang terhisap (respirable dust). Partikel debu dengan ukuran lebih besar
dari 10 mikron sangat sulit untuk tersuspensi di udara dalam waktu yang
lama, kecuali kecepatan aliran udara sangat tinggi. Sedangkan partikel
debu yang sering dijumpai di tambang bahwah tanah mempunyai ukuran
rata-rata antara 0,5 – 3 mikron.
Partikel debu dengan ukuran dibawah 10 mikron, yang berbahaya
bagi kesehatan, tidak mempunyai inertia sehingga akan tersuspensi di
aliran udara. Oleh karenanya kontrol debu selalu berhubungan dengan
debu yang berukuran tersebut.
2) Klasifikasi Debu

Ventilasi Tambang
Klasifikasi debu pada dasarnya dapat dibedakan menurut tingkat
bahaya terhadap fisiologis dan kemampuledakannya. Berikut ini adalah
klasifikasi yang diurut menurut menurunnya tingkat bahaya.
a) Debu Fibrogenik (berbahaya terhadap pernafasan);
(1) Silika (kuarsa dan chert)
(2) Silikat (asbestos, talk mika dan silimanit)
(3) Metal fumes/ asap logam
(4) Bijih timah
(5) Bijih besi (beberapa)
(6) Karborondum
(7) Batubara (antrhracite dan bituminous)
b) Debu Karsinogenik
(1) Kelompok Radon
(2) Asbestos
(3) Arsenik
c) Debu Racun (racun terhadap organ tubuh dan jaringan/tissues)
(1) Bijih berilium
(2) Arsenik
(3) Timah hitam
(4) Uranium
(5) Radium
(6) Torium
(7) Kromium
(8) Vanadium
(9) Air raksa
(10) Kadmium
(11) Antimoni
(12) Selenium
(13) Mangan
(14) Tungsten
(15) Nikel
(16) Perak (khusus oksida dan karbonat)
d) Debu Radioaktif (membahayakan karena radiasi sinar alpha dan
sinar betha
(1) Bijih uranium
(2) Radium
(3) Torium
e) Debu Ledak (terbakar diudara)
(1) Debu logam (magnesium, aluminium, seng, timah, dan besi)
(2) Batubara (bituminuous dan lignit)
(3) Bijih sulfida
(4) Debu organik
f) Debu pengganggu (sedikit mengganggu)
(1) Gipsum
(2) Kaolin
(3) Gamping
g) Debu inert (tidak membahayakan)

Ventilasi Tambang
- Tidak ada
3) Efek Fisiologis dari Debu Fibrogenik
Pengaruh buruk dari debu fibrogenik dapat dipahami bila
komponen dan fungsi dari sistem pernafasan diketahui dengan baik.
Jalur dari lubang dan mulut terus berhubungan dengan trachea di
dalam tenggorokan yang selanjutnya ke bronchial. Jalur ini mengalirkan
udara ke paru-paru bagian kiri dan kanan. Kemudian masing-masing
bercabang lagi ke jalur-jalur kecil, yaitu bronchioli. Pada ujung bronchioli
terdapat kantung-kantung alveoli dimana terjadi oksiginasi darah.
Sistem pernafasan manusia dilengkapi dengan sistem
perlindungan terhadap debu. Rambut/bulu hidung akan menyaring partikel
debu yang besar (> 5 – 10 m). “Mucous membrance’ yang melapisi
hidung dan tenggorokan juga akan menangkap debu. Selanjutnya di
dalam trachea dan bronchi, sejenis rambut/bulu akan menahan partikel
debu berukuran (5 – 10 m). dapat dikatakan tidak ada debu berukuran >
1 yang masuk ke aveoli.
4) Penyakit Pernafasan
Debu dapat menyebabkan penyakit pernafasan fibrous dan non
fibrous atau disebut juga pnemoconiosis. Nama-nama jenis penyakit
sejenis ini dan jenis debu penyebabnya antara lain sebagai berikut;
a) Silicosis – akibat silika bebas
b) Silicotuberculosis – komplikasi tuberkolosis ooleh silika
c) Asbestosis – akibat asbestos
d) Silicatosis - akibat silika lain
e) Siderosis – akibat bijih besi
f) Pekerja tambang batubara bawah tanah – pneumoconiosis (blacklung)
– atau anthracosilosis – akibat batubara baik bituminous maupun
anthracite.
Yang paling serius dari kesemua jenis penyakit itu adalah silicosis.
Sedangkan debu yang dianggap sangat berbahaya dan dapat
menimbulkan penyakit kanker adalah:
Crocidolite (asbestos)
Keluarnga radon (kanker paru-paru)
Chrysotile (asbestos)
Arsenic.
5) Faktor-Faktor Yang Menentukan Kebahayaan Debu Kepada Manusia
Tingkat bahaya debu pada kesehatan dipengaruhi oleh beberapa
faktor antara lain ; komposisi debu, kosentrasi, ukuran partikel, lamanya
waktu berhubungan, dan kemampuan individual.
a) Komposisi Debu
Ditinjau dari tingkat bahaya yang dapat ditimbulkan komposisi
mineralogi debu lebih penting dibandingkan komposisi kimiawi atau
sifat fisiknya. Sebagai contoh silika bebas memiliki aktivitas kimia
yang lebih besar di dalam paru-paru dibandingkan silika campuran.
Namun pada kasus asbestos, efek mekanik lebih penting,
sedangkan untuk debu beracun, kelarutan merupakan faktor penting.
b) Konsentrasi

Ventilasi Tambang
Konsentrasi debu di udara dapat dinyatakan dengan dua cara yaitu:
atas dasar jumlah : satuan = mppcf (million of particles per
cubic foot)
= ppcc (particles per cubic
centimeter)
atas dasar berat : satuan = mg/m3
.
Faktor konsentrasi merupakan faktor terpenting kedua setelah
komposisi. Secara umum debu dapat membahayakan paru-paru jika
konsentrasinya lebih besar dari 0,5 mg/m3
.
Untuk debu-debu beracun radioaktif konsentrasi yang lebih
kecil pun dapat membahayakan.
c) Ukuran Partikel
Debu berukuran haslus (< 5 m) merupakan debu yang paling
berbahaya karena luas permukaannya besar, dengan demikian
aktivitas kimianya pun besar. Selain itu debu halus tergolong debu
yang dapat dihirup (respirable dust) karena mungkin tersuspensi di
udara.
d) Lamanya Waktu Terdedah (exposed time)
Penyakit akibat debu umumnya timbul setelah seseorang
bekerja di lingkungan yang berdebu untuk suatu jangka waktu yang
cukup lama. Waktu rata-rata perkembangan penyakit silicosis berkisar
antara 20 sampai 30 tahun.
e) Kemampuan Individual
Faktor kemampuan individu terhadap bahaya debu sampai
saat ini merupakan faktor yang belum dapat dikuantifikasi.
Dapat disimpulkan bahwa penyakit akibat debu atau
‘pneumoconiosis’ dipengaruhi oleh kombinasi dari kelima faktor diatas.
Hubungan antara kelima faktor di atas dapat dilihat pada gambar 2
berikut;
Gambar 2.
Hubungan Antara Konsentrasi Rata-Rata Debu Dan Lamanya Waktu
Berhubungan Terhadap Gejala ‘Pneumoconiosis’ (Hartman,1982)
C. PENGENDALIAN KUANTITAS UDARA

Ventilasi Tambang
Pengendalian kuantitas berkaitan dengan beberapa masalah seperti,
perpindahan udara, arah aliran, dan jumlah aliran udara.
Dalam pengendalian kualitas udara tambang baik secara kimia atau fisik,
udara segar perlu dipasok dan pengotor seperti debu, gas, panas, dan udara lembab
harus dikeluarkan oleh sistem ventilasi.
Dengan memperhatikan beberapa faktor tersebut diatas, maka kebutuhan
udara segar di tambang bawah tanah kadang-kadang lebih besar dari pada 200
cfm/orang atau bahkan hingga 2.000 cfm/orang. Kondisi tambang bawah tanah saat
ini sudah banyak yang menyediakan aliran udara untuk sebanyak 10 – 20 ton udara
segar per ton mineral tertambang.
1. Perubahan Energi Di Dalam Aliran Fluida
Ventilasi tambang biasanya merupakan suatu contoh aliran tunak
(steady), artinya tidak ada satupun variabelnya yang merupakan fungsi waktu.
Salah satu tujuan dari perhitungan ventilasi tambang adalah penentuan kuantitas
udara dan rugi-rugi, yang keduanya dihitung berdasarkan perbedaan energi.
Hukum konservasi energi menyatakan bahwa energi total di dalam suatu
sistem adalah tetap, walaupun energi tersebut dapat diubah dari satu bentuk ke
bentuk lainnya.
Gambar 3
Sistem Aliran Fluida
Perhatikan gambar 3, dimana;
Energi total 1 = energi total 2 + kehilangan energi … … … … … … .. (1)
Atau;
Energi masuk sistem = energi keluar sistem
Jadi didapat persamaan yang disebut persamaan Bernouli :
(P1/w) + (V1
2
/2g) + ( Z1) = (P2/w) + (V2
2
/2g) + ( Z2) + Hl … … .. … .. … … (2)
Dimana :
(P/w) = energi statik /head statik
(V2
/2g) = energi kecepatan /head kecepatan
Z = energi potensial /head potensial
Hl = energi kehilangan /head kehilangan

Ventilasi Tambang
Setiap suku dalam persamaan diatas pada dasarnya adalah energi spesifik
dalam satuan ft. lb/lb atau ft. Karena ft adalah ukuran head fluida, maka suku-suku
tersebut dapat dinyatakan sebagai ‘presure head’ atau ‘head’ saja.
Sehingga persamaan (1) dapat ditulis menjadi :
Ht1 = Ht2 + Hl … … … … … … … … … … … … … … (3)
Dan Persamaan (2) menjadi :
Hs1 + Hv1 + Hz1 = Hs2 + Hv2 + Hz3 + Hl … … … … … … … … (4)
Dimana ;
Hs = head statik
Hv = head kecepatan
Hz = head potensial
Energi potensial dapat dihitung dengan cara memasukkan besaran
perbedaan tinggi, yakni;
P = w1 H1 = w2 H2
Dimana :
P = tekanan, dalam Pa atau lbs/sq.ft.
W1 = bobor isi udara, dalam kg/m
3
atau lbs/cuft.
H = head, dalam m atau ft.
Dengan bobot isi air = 62,4 lb/ft3
, pengaruh berda tinggi untuk kolom 1 inci air
pada kondisi udara standar adalah :
H1 = (w2 H2/ w1) = ((62,4 lb/ft3
)(1 in)/ (0,0750 lb/ft3
))
= 532 in = 69,3 ft udara
Jadi untuk udara diatas permukaan air laut, suatu kenaikan elevasi sebesar
69,3 ft akan menaikkan head potensial Hz sebesar 1 in dan sebagai kompensasinya
head statik akan turun juga sebesar 1 in. Dalam praktek, konversi sebesar 70 ft
udara ekuivalen dengan 1 in air.
Jika head potensial (Hz) diperhitungkan dalam persamaan (4) maka head
statik dinyatakan dalam tekanan gauge. Oleh karena itu head statik diukur dari datum
tertentu.
Gambar 4 menunjukkan perhitungan energi aliran udara untuk susunan
saluran udara yang diletakkan secara mendatar dan tegak.
Untuk posisi mendatar :
HT1 = Hs1 + Hv1 + Hz1
HT2 = Hs2 + Hv2 + Hz2
HT1 = HT2 + HL

Ventilasi Tambang
Dengan menggunakan tekanan absolut :
(4 + 408) + 1 + 0 = ( 1 + 408 ) + 1 + 0 + 3
413 = 413
Dengan tekanan gage :
4 + 1 + 0 = 1 + 1 + 0 + 3
5 = 5
Gambar 4
Susunan Saluran Udara Mendatar dan Tegak
Untuk posisi tegak :
HT1 = HT2 + HL
Dengan tekanan absolut :
(4 + 408) + 1 + 0 = (1 + 407 ) + 1 + 1 + 3
413 = 413
Dengan tekanan gage :
4 + 1 + 0 1 + 1 + 1 + 3
5 6
Perhitungan dengan tekanan gage salah karena tidak mempertimbangkan
perubahan datum yang terjadi karena perubahan elevasi.
Pada prakteknya penggunaan tekanan absolut dalam perhitungan ventilasi
membuat rumit. Oleh karena itu diterapkan konvensi penggunaan tekanan gage
sebagai basis perhitungan dengan cara menghilangkan Hz dalam semua
perhitungan.
Dengan demikian persamaan energi yang disederhanakan menjadi :
Ht1 = Ht2 + HL
Hs1 + Hv1 = Hs2 + Hv2 + HL .. … … … … … … … … … … (5)

Ventilasi Tambang
Persamaan ini berlaku selama pengukuran dan perhitungan head statik
didasarkan pada tekanan gage. Namun persamaan tersebut tidak berlaku untuk
ventilasi alam dimana Hz tidak bisa diabaikan.
2. Prinsip Pengaliran Udara Serta Kebutuhan Udara Tambang
a. Head Los
Aliran udara terjadi karena adanya perbedaan tekanan yang
ditimbulkan antar dua titik dalam sistem. Energi yang diberikan untuk
mendapatkan aliran yang tunak (steady), digunakan untuk menimbulkan
perbedaan tekanan dan mengatasi kehilangan aliran (HL).
Head los dalam aliran udara fluida dibagi atas dua komponen, yaitu :
‘friction loss (Hf)’ dan ‘shock loss (Hx)’. Dengan demikian head loss adalah:
HL = Hf + Hx … … … … … … … … … … …… … … (6)
Friction loss menggambarkan head loss pada aliran yang linear melalui
saluran dengan luas penampang yang tetap. Sedangkan shock loss adalah
kehilangan head yang dihasilkan dari perubahan aliran atau luas penampang
dari saluran, juga dapat terjadi pada inlet atau titik keluaran dari sistem,
belokan atau percabangan, dan halangan-halangan yang terdapat pada
saluran.
b. Mine Head
Untuk menentukan jumlah aliran udara yang harus disediakan untuk
mengatasi kehilangan head (head losses) dan menghasilkan aliran yang
diinginkan, diperlukan penjumlahan dari semua kehilangan energi aliran.
Pada suatu sistem ventilasi tambang dengan satu mesin angin dan
satu saluran keluar, komulatif pemakaian energi disebut ‘mine head’, yaitu
perbedaan tekanan yang harus ditimbulkan untuk menyediakan sejumlah
tertentu udara ke dalam tambang.
1) Mine statik head (mine Hs)
Merupakan energi yang dipakai dalam sistem ventilasi untuk
mengatasi seluruh kehilangan head aliran. Hal ini sudah termasuk semua
kehilangan dalam head loss yang terjadi antara titik masuk dan keluaran
sistem dan diberikan dalam bentuk persamaan:
Mine Hs = HL = (Hf + Hx)
2) Mine velocity head (mine Hv)
Dinyatakan sebagai velocity head pada titik keluaran sistem.
Velocity head akan berubah dengan adanya luas penampang dan jumlah
saluran dan hanya merupakan fungsi dari bobot iisi udara dan kecepatan
aliran udara. Jadi bukan merupakan suatu head loss komulatif, namun
untuk suatu sistem merupakan kehilangan, karena energi kinetik dari
udara dilepaskan ke atmosfer.
3) Mine total head (mine HT)
Merupakan jumlah keseluruhan kehilangan energi dalam sistem
ventilasi. Secara matematis, merupakan jumlah dari mine statik (Hs) dan
velocity head (Hv), yaitu :
Mine HT = mine Hs + mine Hv

Ventilasi Tambang
3. Gradien Tekanan (Gradien Hidrolik)
Penampilan berbagai komponen head dari persamaan umum energi
secara grafis dapat menjelaskan gradien tekanan. Gambar 5 menunjukkan
gradien tekanan untuk suatu sistem aliran udara sederhana. Tampak dari gambar
tersebut bahwa ada 3 gradien yang jelas, yaitu : elevasi, statik + elevasi
(termasuk tekanan atmosfer) dan head total. Dalam ventilasi tambang, hanya
gradien tekanan statik dan total yang di plot. Efek elevasi dapat diabaikan dan
datum yang digunakan paralel dengan garis tekanan barometrik.
Pengaliran udara melalui sistem tekan (boeling) dilakukan dengan
meletakkan sumber penekan udara di lubang masuk dan menaikkan tekanan
udara tambang hingga diatas tekanan atmosfer (lihat gambar 6). Pada gambar 6
tampak bahwa perubahan tekanan ditunjukkan oleh head kecepatan (Hv), head
gesek (Hf), subskrip a, b, c, menggambarkan posisi saluran, sedangkan subskrip
d, e, dan f masing-masing mewakili kondisi shock losses akibat pengembangan,
penyempitan, dan pengeluaran. Perlu diperhatikan bahwa pada sistem ini semua
head positif kecuali pada bagian masuk.
Gambar 5
Gradien Tekanan Untuk Sistem Aliran Udara Sederhana
Gambar 6
Gradien Tekanan Pada Sistem Ventilasi Tekan
Untuk menggambarkan sistem gradien tekanan perlu memperhatikan
beberapa hal berikut :
Head tekanan total selalu nol pada bagian masuk sistem, tetapi positif dan
sama dengan head kecepatan di bagian keluar.

Ventilasi Tambang
Head keamanan statik selalu negatif dan sama dengan head kecepatan pada
bagian masuk tetapi nol pada bagian keluar.
Head total pada setiap titik digambarkan dahulu, dan head statik berikutnya
yang sama dengan pengurangan head total terhadap head kecepatan.
Bila sumber tekanan aliran udara ditempatkan pada bagian keluar disebut
sistem ventilasi exhaust. Penggambarannya dilakukan sama dengan sistem
tekan, kecuali bahwa bagian masuk dianggap sebagai titik mula (lihat gambar 7).
Pada sistem ‘booster’, sumber pembuat tekanan (fan) diletakkan antara
bagian masuk dan bagian keluar. Umumnya fan akan menerima udara di bawah
tekanan atmosfer dan mengeluarkan di atas tekanan atmosfer (lihat gambar 8).
Gambar 7
Gradien Tekanan Sistem Ventilasi Exhaust
Gambar 8
Gradien Tekanan Pada Sistem ‘Booster’

Ventilasi Tambang
4. Keadaan Aliran Udara Di Dalam Lubang Bukaan
Dalam sistem aliran fluida akan selalu ditemui keadaan aliran : laminer,
entermediate dan turbulent. Kriteria yang dipakai untuk menentukan keadaan
aliran adalah bilangan Reynold (NRe). Bilangan Reynold untuk aliran laminer
adalah 2000 dan untuk turbulent di atas 4000.
NRe = ( D V )/( ) = ( D V ) / ( ) … … … … … … …… … … … (7)
Dimana:
= rapat massa fluida (lb.det2
/ft4
atau kg/m3
)
= viskositas kinematik (ft2
/detik atau m3
/detik)
= viskositas absolut (= ; lb detik/ft2
atau a.detik)
D = diameter saluran fluida (ft atau m)
V = kecepatan aliran fluida (ft/detik)
Untuk udara pada temperatur normal = 1.6 x 10-4
ft2
/detik
atau 14.8 x 10-6
m2
/detik.
Maka:
NRe = 6.250 DV atau,
NRe = 67.280 DV untuk SI
Dengan menganggap bahwa batas bawah aliran turbulent dinyatakan
dengan NRe = 4.000, maka kecepatan kritis dari suatu dimensi saluran fluida
dapat ditentukan dengan :
Vc = (60 NRe)/ 6.250 D = (60)(4000)/ (6.250 D) = 38,4 / D (fpm)
Atau kira-kira Vc 40 / D
Aliran turbulen hampir selalu terjadi pada lubang bukaan tambang bawah
tanah. Pipa saluran udara dengan diameter lebih kecil 1 ft jarang dipakai di
tambang, oleh karena itu kecepatan di atas 40 fpm selalu menghasilkan aliran
turbulent.
Distribusi kecepatan dan bilangan Reynold didalam suatu saluran bulat
ditunjukkan pada gambar 9 berikut.
Gambar 9
Distribusi Kecepatan Aliran Di Dalam Lubang Bulat

Ventilasi Tambang
Kecepatan maksimum terjadi pada pusat lubang, tetapi bilangan
Reynoldnya berbeda-beda. Yang paling penting untuk ventilasi adalah kecepatan
rata-rata, karena itu pengukuran kecepatan pada garis sumbu saja tidak cukup.
Karena bilangan Reynold di dalam suatu sistem ventilasi tambang biasanya lebih
besar dari pada 10.000, kecepatan rata-rata seringnya dapat dinyatakan sebagai
berikut : V = 0.8 Vmax.
5. Perhitungan Head Loss
Head loss terjadi karena adanya aliran udara akibat kecepatan (Hv),
gesekan (Hf) dan tikungan saluran atau perubahan ukuran saluran (Hx).
Jadi dalam suatu sistem ventilasi distribusi head loss dapat disederhanakan
sebagai berikut :
Hs = HL
= (Hf + Hx)
Hv = Hv pada keluaran
Dan
Ht = Hs + Hv
a. Velocity head
Walaupun bukan merupakan suatu head loss, secara teknis dapat
dianggap suatu kehilangan. Velocity head merupakan fungsi dari kecepatan
aliran udara, yakni:
Hv = (V2
)/(2g) … … … … … … … … … … … … … … … (8)
Dimana:
Hv = velocity head
V = kecepatam aliran (fps)
G = percepatan gravitasi (ft/dt
2
)
Dari persamaan diatas, diperoleh turunan berikut :
Hv = ((w V2
)/(5,2)(64,4)(60)2
) = w ((V)/ (1.098))2
Atau :
Hv = ((V)/(4.000))2
Persamaan terakhir menyatakan bahwa kecepatan aliran sebesar 400
fpm ekuivalen dengan head kecepatan sebesar 1 inchi. Untuk mempermudah
perhitungan konversi dari kecepatan dan head kecepatan dapat
menggunakan nomogram yang ditunjukkan pada gambar 10
b. Friction Loss
Besarnya head loss akibat gesekan dalam aliran udara melalui lubang
bukaan di tambang bawah tanah sekitar 70 % hingga 90 % dari total
kehilangan (head loss). Friction loss merupakan fungsi dari kecepatan aliran
udara, kekasaran muka lubang bukaan, konfigurasi yang ada di dalam
lubang bukaan, karakteristik lubang bukaan dan dimensi lubang bukaan.
Persamaan mekanika fluida untuk friction loss pada saluran berbentuk
lingkaran adalah:
HL = f (L/D)(V2
/2g) … … … … … … … … … … … … … … … … (9)

Ventilasi Tambang
Dimana:
L = panjang saluran
D = diameter saluran (ft)
V = kecepatan (fpm)
F = koefisien gesekan
Untuk memudahkan perhitungan pada bermacam-macam bentuk
saluran, diperoleh dengan menyatakan head loss dalam bentuk radius hidrolik
(hydroulic radius) RH, yaitu perbandingan antara luas penampang A terhadap
perimeter atau keliling P dari saluran. Untuk saluran berbentuk lingkaran, RH
adalah:
RH = A/P = (1/4. D2
)/ .D = D/4
Dengan demikian maka diperoleh persamaan :
HL = f (L/4 RH)(V
2
/2g)
Untuk friction loss pada ventilasi tambang (dikenal sebagai rumus
Atkinson) didapat sebagai berikut :
Hf = (f/5,2)(l/4RH)(0,075V2
/2g(60)2
) = (K/5,2)(L/RH)(V2
)
= (KPLV2
) / (5,2 A) = (KSV2
)/ (5,2 A)
karena debit , Q = V x A, maka persamaan ditas menjadi;
Hf = (KPLQ2
) / (5,2 A3
)
Dimana :
Hf = friction loss (inch water)
V = kecepatan aliran
K = faktor gesekan untuk densitas udara standar (lb.men2
/ft4
)
A = luas penampang saluran (ft
2
)
S = rubbing surface (ft2
) = PL
P = keliling saluran (ft)
L = panjang saluran (ft)
Q = debit udara (cfm)
Faktor gesek K didalam sistem ventilasi tambang berhubungan
dengan koefisien gesek dalam aliran umum fluida. Untuk bobot isi udara
standard:
K (800)(10)-10
f
Sebenarnya di dalam aliran turbulen nilai f berubah sesuai dengan
NRe. Tetapi pada ventilasi tambang K dianggap konstan dan besarnya untuk
berbagai kondisi lubang bukaan tambang bawah tanah bukan batubara dapat
dilihat pada tabel 5.

Ventilasi Tambang
Tabel 5
Faktor Gesek K untuk Lubang Bukaan Tambang Bawah Tanak Bukan Batubara
c. Shock Loss
Shock loss terjadi sebagai akibat dari adanya perubahan arah aliran
dalam saluran atau luas penampang saluran udara dan merupakan tambahan
terhadap friction losses. Walaupun besarnya hanya sekitar 10 % - 30 % dari
head loss total di dalam ventilasi tambang, tetapi tetap harus diperhatikan.
Berdasarkan sumber yang menimbulkan shock loss, pada dasarnya
berkurangnya tekanan sebanding dengan kuadrat kecepatan atau berbanding
lurus dengan velocity head.
Perhitungan shock loss dapat dilakukan secara langsung sebagai berikut :
Perhitungan shock loss, Hx dalam inci air dapat dihitung dari velocity head,
yakni
Hx = X Hv
Dimana;
Hx = shock loss
X = faktor shock loss
Formula untuk menentukan faktor shock loss ter lihat pada tabel 6.

Ventilasi Tambang
Tabel 6
Panjang Ekuivalen Untuk Berbagai Sumber Shock Loss (ft)
Sumber Le
Feet Meter
Bend, acute, round
Bend, acute, sharp
Bend, right, round
Bend, right, sharp
Bend, obtuse, round
Bend, obtuse, sharp
Doorway
Overcast
Inlet
Discharge
Contraction, gradual
Contraction, abrupt
Expansion, gradual
Expansion, abrupt
Splitting, straight branch
Splitting, straight branch (90o
)
Junction, straight branch
Junction, deflected branch (90
o
)
Mine car or skip (20 % of airway area)
Mine car or skip (40 % of airway area)
3
150
1
70
1
15
70
65
20
65
1
10
1
20
30
200
60
30
100
500
1
45
1
20
1
5
20
20
6
20
1
3
1
6
10
60
20
10
30
150
d. Kombinasi Friction dan Shock Loss
Head loss merupakan jumlah dari friction loss dan shock loss, maka ;
HL = Hf + Hx
= (KP (L + Le)Q
2
)/ 5,2 A
3
dimana ;
HL = head loss (inci air)
Le = panjang ekuivalen (ft)
K = faktor gesekan untuk density udara standar
Q = debit udara (cfm)
A = luas penampang saluran (ft2
)
L = panjang saluran (ft)
6. Air Horsepower
Daya yang diperlukan untuk mengatasi kehilangan energi dalam aliran
udara disebut Air Horsepower (Pa):
Pa = pQ = 5,2 HQ lb ft/menit
Pa = 5,2 HQ / 33.000 = (HQ / 6.346) HP
7. Teori Perhitungan Jaringan Ventilasi
a. Hubungan Antara Head dan Kuantitas
Seperti sudah diketahui dari persamaan Atkinson bahwa head merupakan
fungsi kuantitas aliran udara
HL ~ Q
2
HS ~ Q2
HV ~ Q2
HT ~ Q2

Ventilasi Tambang
Oleh karenanya persamaan head loss untuk ventilasi tambang ditulis
sebagai berikut :
H ~ Q2
Dalam upaya menanggulangi masalah ventilasi perlu diketahui
karakteristik ventilasi tambang dengan cara membuat grafik antara head dan
kuantitas aliran udara dari suatu sistem. Yang dimaksud dengan sistem disini
adalah sebagian dari tambang atau keseluruhan tambang jika digunakan
hanya 1 fan. Grafik ini disebut kurva karakteristik tambang.
Dalam pembuatan kurva, kuantitas diasumsikan dahulu, kemudian
head ditentukan dengan persamaan :
H1/H2 = (Q1/Q2)2
, atau
H2 = H1 (Q2/Q1)2
b. Tahanan Saluran Udara Tambang (Airway Resistance)
Hubungan dasar antara head dengan kuantitas aliran udata dinyatakan pada
persamaan Atkinson yang dapat dituliskan sebagai berikut :
HL = R Q
2
Dimana , R = konstanta proporsionalitas.
R = KP (L + Le) / 5,2 A3
Untuk sistem ventilasi tambang, R kemudian disebut tahanan ekuivalen.
Tahanan ekuivalen serupa dengan sistem aliran listrik yang mengikuti hukum
Ohm.
Hukum Kirchoff
Ada dua dasar aturan dalam mempelajari sistem aliran listrik, yang dapat
digunakan pada sistem jaringan ventilasi.
Hukum Kirchoff 1
Bila ada aliran-aliran udara yang masuk melalui sutau titik atau
disebut juga Junction dan keluar lagi ke percabangan, maka udara
keluar harus sama dengan udara masuk (lihat gambar 10)
Q1 + Q2 = Q3 + Q4 = 0
Bila aliran udara keluar persimpangan dinyatakan positif dan
yang masuk dinyatakan negatif, maka;
Q1 + Q2 - Q3 - Q4 = 0
Atau ;
Q = 0
Gambar 10
Aplikasi Hukum Kirchoff 1
Q4
Q3Q1
Q2

Ventilasi Tambang
Hukum Kirchoff 2
Penjumlahan kehilangan tekanan pada jalur tertutup sama dengan nol;
HL = 0
Menurut gambar 4-12 jelas bahwa head loss jaringannya menjadi;
HL = Hla + HLb + HLc - HLd = 0
Hla , HLb dan HLc adalah positif karena aliran udara Q1 bergerak
melalui a, b, dan c dengan arah yang sama, sedangkan HLd adalah
negatif karena udara Q2 mengalir dengan arah berlawanan terhadap
aliran lainnya.
Gambar 11
Aplikasi Hukum Kirchoff 2
Menurut Atkinson, persamaan tersebut di atas dapat dibentuk menjadi ;
HL = Ra Q1 Q1 + Rb Q1 Q1 + Rc Q1 Q1 – Rd Q2 Q2 = 0
c. Jaringan Seri
Dalam sistem ventilasi ada dua kemungkinan jaringan Seri dan Paralel (lihat
gambar 12)
Gambar 12
Rangkaian Jaringan Ventilasi Seri
Rangkaian jaringan ventilasi seri seperti tampat pada gambar 13.a dapat
disederhanakan dalam bentuk jaringan ventilasi seri seperti ditunjukkan pada
gambar 13.b.

Ventilasi Tambang
Gambar 13
Saluran Aliran Udara : a) Hubungan Seri; b) Saluran Ekuivalen
Jumlah aliran udara yang mengalir melalui masing-masing saluran adalah
sama:
Q = Q1 = Q2 = Q3
Dan; HL1 + HL2 + HL3 - Hm = 0
Hm = head loss (head statik)
Atau ; HL = HL1 + HL2 + HL3 …
Maka persamaan head loss dapat ditulis sebagai berikut :
HL = R1Q
2
+ R2Q
2
+ R3Q
2
Atau; HL = (R1 + R2 + R3 + .. ) Q2
= Req.Q2
.
Tahan equivalen hubungan seri saluran adalah :
Req. = HL / Q2
.
d. Jaringan Paralel
Bila jaringan ventilasi dihubungkan secara paralel, maka aliran udara
dibagi menurut jumlah cabang paralel, yang besarnya masing-masing tergantung
kepada tahanan salurannya. Di dalam ventilasi tambang, percabangan paralel ini
disebut sebagai ‘splitting’ sedangkan cabangnya sendiri disebut ‘split’. Kalau
jumlah aliran udara dibagi ke percabangan paralel menurut karakteristik
alamiahnya tanpa peraturan, hal ini disebut ‘natural splitting’
Sedangkan splitting terkendali berlaku bila pembagian jumlah aliran udara
diatur dengan memasang beberapa penyekat (regulator) di dalam saluran udara
yang dikehendaki.
Menurut hukum Kirchoff 1;
Q = Q1 + Q2 + Q3 + …
Maka bila aliran udara didalurkan kepercabangannya paralel maka jumlah
total aliran udara merupakan penjumlahan jumlah aliran udara setiap saluran.
Demikian juga halnya dengan head loss.

Ventilasi Tambang
Menurut hukum Kirchoff 2 ;
HL = HL1 = HL2 = HL3 = …
Tahanan ekuivalen saluran hubungan paralel ditunjukkan pada gambar
16. Pada gambar ini tampak bahwa aliran udara Q dibagi menjadi Q1, Q2, dan
Q3 yang masing-masing melalui tahanan saluran R1, R2, dan R3. Bila tahanan
saluran masing-masing dinyatakan dalam satu nilai atau didapat tahanan
ekuivalen yang perhitungannya sesuai dengan cara yang dilakukan pada
masalah listrik, maka persamaan Atkinson untuk Junction A adalah;
Q = HL/R1 + HL/R2 + HL/R3
Atau; Q = HL ( 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3) = HL ( 1/Req.)
Sedangkan : 1/Req. = 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3 + …
Gambar 14
Saluran Aliran Udara Paralel dan Saluran Ekuivalen
e. Analisis Jaringan Kompleks
Suatu jaringan disebut komleks jika sirkuit-sirkuit paralel saling tumpang
tindih dan terkait. Pemisahan sirkuit-sirkuit tersebut tidak dapat dilakukan atau
dengan kata lain jaringan tersebut tidak dapat disederhanakan menjadi saluran
ekuivalen.
Gambar 15
Penyelesaian Grafis Jaringan Ventilasi Sederhana

Ventilasi Tambang
f. Pencabangan Terkendali
Jika saluran udara diatur secara paralel dan jumlah udara yang mengalir
ke setiap cabangnya ditentukan, maka diterapkan percabangan terkendali
(controlled splitting). Pengendalian tersebut umumya dilakukan dengan cara
membuat tahanan buatan pada salah satu cabang. Cabang yang tidak diberi
tahanan buatan disebut ‘free split’. Tahanan buatan merupakan shock loss yang
timbul oleh alat yang disebut ‘regulator’.
Dengan cara ini jumlah aliran udara ke permuka kerja atau tempat-tempat
lainnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Namun dengan cara ini head total
serta kebutuhan daya secara keseluruhanakan meningkat dan selanjutnya akan
meningkatkan biaya.
1) Penentuan Ukuran Regulator
Untuk menentukan ukuran regulator pertama-tama harus ditentukan
besarnya shock loss yang harus ditimbulkan, hal ini ditentukan dengan
menghitung head loss untuk setiap cabang. Cabang dengan head loss
tertinggi adalah ‘free split’. Menurut hukum Kirchoff 2, pada saluran udara
paralel head loss sama. Dengan demikian besarnya shock loss pada setiap
cabang sama dengan selisih antara head loss pada free split dengan head
loss cabang yang bersangkutan.
Saluran
Udara
Q (cfm) R x 1010
HL (in) Mx (in)
1
2
3
4
20.000
15.000
35.000
30.000
23,50
1,35
3,12
3,55
0,940
0,030
0,382
0,320
Fre split
0,940-0,030 = 0,910
0,940-0,382 = 0,559
0,940-0,320 = 0,620
Penentuan ukuran regulator diturunkan dari rumus shock loss teoritis untuk
suatu saluran bulat dan simetris.
X = (((1/Cc) – N)/N)
2
Dimana X = faktor shock loss, N = nisbah luas regulator/ luas lubang bukaan
dan Cc = koefisien kontraksi.
Cc = 1 / ( X + (2 x+Z))
Dimana Z = faktor kontraksi
X = Hx / Hv
Dimana Hx = shock loss yang harus ditimbulkan oleh regulator dan Hv = head
kecepatan.
Nilai Z dapat dilihat pada tabel. Dan untuk regulator, nilai Z = 2,5 adalah nilai
yang umum di tambang bawah tanah.
Tabel 6
Koefisien Kontraksi (berdasarkan saluran pojok siku, t = 2,50)
N 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Cc 0.63 0.64 0.65 0.67 0.69 0.71 0.75 0.81 0.88 1.0
X 217.97 46.38 17.03 7.61 3.67 1.78 0.81 0.30 0.07 0

Ventilasi Tambang
Tabel 7
Faktor Konstraksi
Edge Z
Formed
Rounded
Smooth
Square
Sharp
1.05
1.50
2.00
2.50
3.80
Tabel 8
Koefisien Saluran Masuk
Edge Z Cc X
Formed
Round
Square
1.05
1.50
2.50
0.975
0.785
0.630
0.0006
0.05
0.34
Source : McElroy, 1935.
D. PSIKOMETRI UDARA TAMBANG
Udara segar yang dialirkan kedalam tambang bawah tanah akan mengalami
beberapa proses seperti penekanan atau pengembangan, pemanasan atau
pendinginan, pelembaban atau pengawalembaban. Oleh karena itu maka volume,
tekanan, kandungan energi panas dan kandungan airnya juga akan mengalami
perubahan. Ilmu yang mempelajari proses perubahan sifat-sifat udara seperti
temperatur dan kelembaban disebut psikrometri.
Sumber-Sumber Panas
Ventilasi digunakan untuk memenuhi persyaratan kenyamanan kerja di
tambang bawah tanah yang kelanjutannya dapat meningkatkan efisiensi dan
produksi. Panas dan kelembaban mempengaruhi manusia dalam beberapa hal
antara lain :
Menurunkan efisiensi
Mampu menimbulkan kecerobohan dan kecelakaan
Menyebabkan sakit dan kematian.
Setelah temperatur mencapai tingkat tertentu, seseorang akan kehilangan
efisiensinya, dan bila temperaturnya naik lagi maka dia akan megalami gangguan
fisiologi. Tubuh manusia memiliki keterbatasan dalam menerima panas sebelum
sistem metabolismenya berhenti.
Efisiensi kerja seseorang bergantung langsung kepada temperatur ambient
dan akan berkurang/menurun bila temperaturnya berada diluar rentang 68 – 72
o
F.
hubungan antara efisiensi kerja dengan temperatur efektif dapat dilihat pada gambar
16 berikut.
Dalam kondisi panas, tujuan ventilasi adalah mengeluarkan hawa panas dan
uap air dengan laju yang sesuai, sehingga temperatur dan kelembaban udara yang
dikondisikan memungkinkan pekerja juga melepaskan panas tubuhnya saat bekerja.
Kedua faktor tersebut (panas dan kelembaban) harus dikondisikan secara
bersamaan.

Ventilasi Tambang
Gambar 16
Hubungan antara Efisiensi Kerja dan Temperatur Efektif
Tubuh manusia bereaksi terhadap panas dan selalau mencoba untuk
mempertahankan suhunya sekitar 37 o
C dengan cara mengeluarkan panas melalui
cara konveksi, radiasi dan evaporasi. Namun demikian tubuh manusia akan
menerima panas kembali begitu produksi metabolismenya naik, atau menyerap
panas dari lingkungannya, dan bisa juga kombinasi kedua faktor tersebut. Sistem
syaraf sentral akan selalu bereaksi untuk menjalankan mekanisme pendinginan
secara alamiah.
Akan tetapi, bila syaraf sentral tidak dapat bekerja karena satu sebab dan
lainnya, maka hal ini hal ini akan dapat menyebabkan sakit dan kematian (lihat
gambar 17 berikut);
Gambar 17
Reaksi Fisiologis Terhadap Panas
Bila seseorang istirahat di dalam ruangan dengan kondisi udara jenuh, maka
batas kemampuannya untuk beradaptasi hanya akan mencapai temperatur 90
o
F (32
o
C). namun bila ruangan tersebut dialiri udara dengan kecepatam 200 fpm maka
batas temperaturnya dapat naik hingga 95 o
F (35 o
C). Sedangkan temperatur normal
untuk seseorang dapat bekerja dengan nyaman adalah 26 – 27 o
C.

Ventilasi Tambang
Perbedaan antara temperatur cembung kering dan cembung basah
menyatakan faktor kenyamanan di dalam udara lembab. Agar seseorang dapat
bekerja dengan nyaman di lingkungan udara dengan kelembaban relatif 80 %
diperlukan perbedaan td-tw sebesar 5
o
F (2,8
o
C).
Kecepatan aliran udara merupakan faktor utama dalam mengatur
kenyamanan lingkungan kerja. Kecepatan aliran udara sebesar 150 – 500 fpm ( 0,8 –
2,5 m/detik) dapat memperbaiki tingkat kenyamanan ruang kerja yang panas dan
lembab. Dalam menduga temperatur efektif dari suatu kondisi td-tw serta kecepatan
aliran udara tertentu dapat menggunakan grafik yang ditunjukkan pada gambar 18
berikut:
Gambar 18
Grafik Temperatur Efektif
1. Kompresi Adiabatik
Bila kolom udara menurun di dalam suatu vertikal shaft, tekanannya akan
menaik sesuai dengan beratnya. Hal ini akan menyebabkan temperatur udara
menaik dan prosesnya dianggap adibiatik bila kandungan uap air tetap, aliran
udara tidak akan mengalami gesekan, dan tidak ada perpindahan panas antara
udara dengan lingkungannya (batuan). Sudah barang tentu hal ini tidak pernah
terjadi di alam. Kenaikan panas akibat ‘autocompression’ sangat besar, sebagai
contoh suatu tambang emas di Afrika Selatan yang bekerja pada kedalaman
8.000 ft (2438,8 m) menimbulkan autokompresi sebesar 1 juta Btu/menit
(17.550 kw) atau memerlukan refrigerasi sebanyak 5.000 ton/hari. Secara teoritik,

Ventilasi Tambang
bila udara standard sebanyak 100.000 cfm (47,19 m
3
/det) dimasukkan kedalam
tambang bawah tanah sedalam 1.000 feet (304,8 m), maka banyaknya refrigerasi
yang dibutuhkan adalah:
ft
3
lb 1.285 Btu
100.000 ------ X 0,075 --- X ------------- X 1.000 ft
menit ft3
lb/1.000 ft
9.637 Btu/menit = 48,2 ton refrigerasi/hari (169,5 kw)
Begitu udara mengalir ke bawah vertikal shaft, tanpa ada perpindahan
panas antara vertikalshaft dengan udara luar dan tidak ada penguapan, udara
sebetulnya ditekan seperti bila kompresor menekan udara. Temperatur udara
kering naik 5,4 o
F (3,02 o
C) setiap perubahan kolom udara 1.000 feet.
Setiap penurunan elevasi sebesar 778 feet, ekuivalen dengan
penambahan panas sebesar 1 Btu (0,252 kcal). Dan untuk udara kering,
perubahan temperatur cembung kering adalah : 1/(0,24 x 778) = 0,00535o
F/ft
(0,00983
o
C/m) atau sama dengan 1
o
F/187 ft (1
o
C/102 m).
Aliran udara kebawah shaft akan menaikan temperatur dan bobot isinya
sesuai dengan kedalaman. Maka kebutuhan ventilasi akan meningkat dengan
semakin dalamnya aktivitas penambangan. Faktor lainnya dari kompresi adiabatik
adalah kenaikan temperatur cembung kering udara begitu mengalir melalui fan.
Besarnya kurang lebih 0,45
o
F (0,25
o
C) per 1 inchi air head statik. Fan yang
biasa dipakai di tambang bawah tanah mampu menekan hingga 10 inchi air head
statik.
2. Peralatan Listrik Mekanik
Jumlah panas total yang dikeluarkan oleh peralatan listrik mekanik ke
udara tambang bawah tanah tergantung dari besarnya daya yang dipakai dan
bentuk kerja yang dilakukan. Peralatan yang banyak dipakai di tambang bawah
tanah adalah listrik, diesel, dan tekanan udara. Kesemua jenis peralatan tersebut
banyak menggunakan dayanya untuk mengatasi masalah beban gesek dan rugi-
rugi listrik yang akhirnya dikonversikan menjadi bentuk panas.
Panas yang dihasilkan oleh peralatan diesel tambang bawah tanah
ekuivalen dengan sekitar 90 % dari nilai kalor bahan bakar yang dikonsumsi.
Angka ini relatif sama untuk berbagai kondisi kerja mesin, baik dalam keadaan
tidak berbeban maupun berbeban. Nilai kalor bahan bakar solar adalah 140.200
Btu/gallon (9.334 kcal/liter). Untuk kepentingan praktis nilai kalor solar sebesar
125.000 Btu/gallon (8.322 kcal/liter) sering dipakai.
Peralatan listrik, seperti substation atau trafo merupakan sumber panas
yang cukup berarti. Sekitar 4 % energinya keluar sebagai panas. Pompa non-
submersibel bisa mengeluarkan panas sebanyak 15 % dari energi inputnya.
3. Aliran Panas Dinding Batu
Persamaan umum aliran panas melalui dinding dapat ditulis sebagai berikut:
Q = kA.dt/dL

Ventilasi Tambang
Dimana : Q = panas yang dialirkan, Btu/jam
A = luas daerah dinding yang mengeluarkan panas ft
2
K = konduktivitas panas, biasanya relatif tetap untuk
satu jenis batuan. Angkanya berbeda menurut
kandungan air dan susunan perlapisan, Btu-in/ft
2
jam
o
F
dt = perbedaan temperatur, o
F
dL = ketebalan batuan yang mengeluarkan panas, inchi
Karena aliran panas dari dinding merupakan satu-satunya sumber panas yang
masuk ke tambang, maka penentuan laju pengeluaran panasnya secara vertikal
& horizontal tidak dapat ditentukan secara teliti. Dalam penentuan temperatur
batuan biasanya batas kedalaman minimum 50 feet dianggap sebagai awal
perhitungannya.Tabel 9 berikut memberikan gambaran temperatur maksimum
batuan induk pada berbagai tambang dalam.
Tabel 9
Temperatur Maksimum Batuan Induk
Tambang
Kedalaman Temperatur
(ft) (m) (o
F) (o
C)
Kolar Gold Field India
South Africa
Morro velho, Brazil
Nort Broken Hill,Australia
Great Britain
Bralorne.B.C. Canada
Kirkland Lake, Ont.
Falconebridge Mine, Ont
Lockerby Mine, Ont.
Levark Borehild (Inco),Ont
Garson Mine, Ont.
Lake Shore Mine, Ont.
Holinger Mine, Ont.
Creighton Mine, Ont.
Superior, Arizona
San Manuel, Arizona
Butte, Montana
Ambrosia Lake, NM
Brunswick Ni.12 New.
Brunswick, CA
Belle Isle Salt Mine,LA
11000
10000
8000
3530
4000
4100
4000-6000
4000-6000
3000-4000
7000-10000
2000-5000
6000
4000
2000-10000
4000
4500
5200
4000
3700
1400
3353
3048
2438
1076
1219
1250
1219-1829
1219-1829
914-1219
2134-3048
610-1524
1829
1219
610-3048
1219
1372
1585
1219
1128
427
152
125-130
130
112
114
112.5
66-81
70-84
67-96
99-128
54-78
73
58
60-138
140
118
145-150
140
73
88
66.7
51.7-54.4
54.4
44.4
45.6
50.3
18.9-27.2
21.1-28.9
19.4-35.6
37.2-53.3
12.1-25.6
22.8
14.4
15.6-58.9
60.0
47.8
60.8-65.6
60.0
22.8
31.1
4. Panas Dari Peledakan
Panas peledakan merupakan panas singkat yang akibatnya bisa membuat
lingkungan udara di front kerja menjadi relatif lebih panas dari pada tempat
sekitarnya. Oleh karena itu aliran udara dapat berbalik kembali ke front kerja,
tempat dimana peledakan baru saja terjadi. Konsekuensinya debu akibat
bongkaran batuan tidak terbawa keluar.
Hal lain yang mungkin juga terjadi dari aktivitas peledakan adalah
meningkatnya uap air di sekitar front kerja tersebut. Pada tabel 10 berikut
ditunjukkan nilai-nilai kalor dari berbagai macam bahan peledak:
Tabel 10.

Ventilasi Tambang
Potensi Panas Dari Berbagai Jenis Bahan Peladak
Bahan Peledak Btu/lb Q
(kJ/kg)
Q
(kal/gram)
Nitroglycerin
60 % Straight Dynamite
40 % Straight Dynamite
100 % Straight Gelatin
75 % Amonia Gelatin
40 % Amonia Gelatin
Semi Gelatin
AN-I-o 94.5/5.5
AN-FO 94.3/5.7
AN-AL-Water
2555
1781
1673
5219
2069
1475
1781
1439
1691
1601
1668
1979-2159
5943
4143
3891
5859
4812
3431
4142
3347
3933
3724
3880
4603-5022
1420
990
930
1400
1150
820
990
800
940
890
927
1100-1200
E. PENENCANAAN VENTILASI TAMBANG DALAM
Pada tambang batu bara bawah tanah, diasumsikan bisa terjadi berbagai
jenis bencana/ kecelakaan yang sama sekali tidak terbayangkan pada industri lain.
Sebagai contoh misalnya; di Jepang pernah terjadi beberapa kali kecelakaan
tambang batu bara bawah tanah. Diantaranya yang paling mengerikan adalah
ledakan gas dan debu batu bara. Sudah barang tentu, penyebabnya adalah
keberadaan gas metan yang mencapai batas ledakan. Pada terowongan (pit)
tambang batubara bawah tanah, hal yang paling penting dari segi keamanan adalah
mengencerkan dan menyingkirkan gas metan CH4 yang timbul dari lapisan batu bara,
dengan menggunakan sistem ventilasi. Oleh karena itu, perencanaan ventilasi
merupakan masalah khas tambang batu bara bawah tanah yang perlu ditentukan
dengan perencanaan yang sungguh-sungguh
Dalam rangka penentuan rencana pembuatan ventilasi tambang, sebaiknya
dipertimbangkan persyaratan-persyaratan seperti di bawah ini:
Konstruksinya harus dibuat sedemikian rupa, agar ventilasi yang diperlukan untuk
pengembangan pit kedepan, dapat dilakukan secara ekonomis, dan
konstruksinya dibuat dengan memiliki kelonggaran (kelebihan) udara ventilasi
secukupnya, untuk mengantisipasi pertambahan atau perkembangan pit di
kemudian hari, serta peningkatan gas yang mungkin timbul akibat dari
penambangan batubara.
Struktur yang diinginkan untuk metode ventilasi pada jenis ventilasi utama adalah
sistem diagonal . Sedangkan pembuatan vertical shaft, khusus dilakukan
terhadap kondisi penambangan bagian dalam. Selain itu, pada tempat yang sulit
dilakukan penggalian vertical shaft (misalnya tambang batu bara dasar laut),
diharapkan memiliki inclined shaft khusus dengan penampang berbentuk
lingkaran. Selain itu konstruksinya dibuat sedemikian rupa agar tahanan ventilasi
utama menjadi sekecil mungkin, dan memungkinkan mengambil ventilasi cabang
sebanyak mungkin dari terowongan ini.
Dalam melaksanakan pengembangan pit dan penambangan serta dilihat dari
segi konstruksi pit, penting kiranya dibuat ventilasi pada permukaan kerja.
Sehingga penambangan batu bara dan penggalian maju menjadi ‘independen’

Ventilasi Tambang
secara sempurna. Selain itu untuk daerahpenambangan yang luas, diharapkan
mempunyai sistem ventilasi, baik intake air maupun exhaust air, yang terpisah
dari daerah lain.
1. Penentuan Ventilasi Yang Diperlukan
Penentuan ventilasi yang diperlukan harus dilakukan dengan
mempertimbangkan hal-hal di atas. Berikut ini akan dijelaskan secara ringkas,
hal-hal yang dapat menjadi referensi dalam perancangan ventilasi secara konkrit.
a. Jumlah udara masuk per ton produksi batu bara sehari.
Dari hasil aktual di tambang batu bara Jepang, per ton produksi batu
bara sehari adalah sekitar 1~8 (m3
/min). Angka ini akan berbeda menurut
jumlah pancaran gas, tingkat pemusatan permuka kerja dan jumlah aliran
cabang, dimana pada pit bawah tanah yang jumlah pancaran gasnya banyak,
angka ini umumnya di atas 4 (m
3
/min). Dari contoh di lapangan batu bara
Eropa dikatakan bahwa, pit bawah tanah yang tidak ada masalah dari segi
pancaran gas dan kondisi pit, angka ini adalah 2 (m3
/min), pit yang
baru mulai konstruksi adalah 3(m
3
/min) dan pit yang mempunyai masalah dari
segi kondisinya adalah sekitar 4 (m3
/min).
Catatan: Menurut penelitian yang memplotkan jumlah pancaran metan dan
kedalaman tambang rata-rata untuk tambang batu bara bawah
tanah 8 negara penghasil utama batu bara, yaitu Amerika Serikat,
Australia, Inggris, Jerman, Polandia, RRC, Cekoslovakia dan bekas
Uni Soviet, maka
Y = 4,1 + 0,023X
Dimana, Y = jumlah pancaran metan (m
3
/t)
X = kedalaman penambangan rata-rata (m)
b. Hal-hal yang ditentukan di dalam peraturan keselamatan tambang batu bara
mengenai udara pit bawah tanah adalah sebagai berikut, sebagai contoh;
Peraturan keselamatan tambang batu bara Jepang memberi koridor sbb;
Kandungan oksigen pada udara di dalam pit harus lebih besar dari 19%
dan kandungan gas karbon diosida harus lebih kecil dari 1%.
Kandungan gas dapat terbakar di dalam ‘exhaust air’ aliran cabang utama
serta di lokasi kerja harus lebih kecil dari 1,5% dan di dalam aliran udara
ditempat lalu lintas di dalam pit harus lebih kecil dari 2%.
Temperatur udara di lokasi kerja di dalam pit harus lebih rendah dari 37
o
C.
Jumlah udara ventilasi di mulut pit intake mengambil standar jumlah udara
maksimum untuk pekerja tambang yang bekerja dalam waktu bersamaan
di dalam pit selama satu hari, dan untuk tambang batu bara kelas A harus
dibuat lebih besar dari 3 m3
per menit per orang.
Kecepatan udara ventilasi harus lebih rendah dari 450 m/menit. Kecuali
pada vertical shaft dan terowongan khusus untuk ventilasi boleh
ditingkatkan sampai 600 m/menit.

Ventilasi Tambang
Jadi di Jepang, selama tidak ada alasan yang khusus, harus ditentukan
jumlah udara ventilasi yang membuat kondisi di dalam pit memenuhi
persyaratan-persyaratan tersebut.
2. Struktur Pit Dilihat Dari Segi Ventilasi.
a. Sistem Terpusat dan Sistem Diagonal
Pada waktu pembangunan tambang batu bara, 2 buah inclined shaft
atau vertical shaft digali saling berdekatan, misalnya slope utama dan slope
paralel, heading utama dan heading paralel, intake shaft dan exhaust shaft,
dimana salah satunya dijadikan ‘intake air’ dan satunya lagi ‘return air’, dan
sampai pit berkembang ke tahap tertentu, ventilasi dilakukan melalui ‘intake‘
dan ‘return airway’ ini. Metode ventilasi dimana ‘intake airway’ dan ‘return
airway’nya saling berdekatan dinamakan ventilasi sistem terpusat.
Dengan berkembang dan meluasnya pit, ‘airway’ menjadi semakin
panjang, dan tekanan ventilasi yang diperlukan juga semakin besar,
sehingga pada ventilasi sistem terpusat, tahanan ventilasinya membesar, dan
selain itu, karena ‘intake’ dan ‘return airway’ berdekatan, bersamaan dengan
meningkatnya tekanan ventilasi, angin bocor semakin meningkat, hingga
jumlah angin efektif berkurang. Oleh karena itu, biasanya ditempat yang
terpisah jauh digali ‘return airway’ baru, sedangkan heading utama dan
heading paralel yang digunakan selama ini, keduanya dijadikan ‘intake
airway’. Metode ventilasi yang ‘intake’ dan ‘return airway’nya terpisah jauh
seperti ini disebut ventilasi sistem diagonal.
Keunggulan ventilasi sistem diagonal antara lain adalah:
1) Pemanjangan ‘airway’ utama dapat dikurangi drastis. Jadi tahanan
ventilasi dan biaya perawatan terowongan dapat berkurang.
2) Karena ‘intake airway’ dan ‘return airway’ tidak berdekatan, kebocoran
angin diantaranya berkurang, dan pintu ventilasi serta jembatan angin
tidak perlu banyak.
3) Seandainya terjadi bencana seperti ledakan di dalam pit, pemulihan
sistem ventilasi mudah dilakukan.
4) Karena mulut pit ‘intake’ dan ‘outtake’ terpisah jauh, tidak ada
kekhawatiran ‘exhaust air’ bercampur masuk ke dalam ‘intake air’ akibat
arah angin.
b. Pembagian Aliran Udara
Aliran cabang utama pada ventilasi pit bawah tanah, pecah menjadi
beberapa aliran cabang, kemudian setiap aliran cabang terbagi lagi untuk
menyapu permuka kerja dan menjadi ‘exhaust air’. Lama-lama aliran cabang
‘exhaust air’ lain juga berkumpul dan bergabung dengan ‘exhaust air’ utama
dan dibuang ke luar pit. Berpecah dan mengalirnya aliran udara seperti ini
disebut pembagian aliran udara atau pencabangan aliran udara.
Pembagian aliran udara mempunyai efek sebagai berikut:

Ventilasi Tambang
1) Tahanan ventilasi menjadi kecil karena pembagian, sehingga dengan
memakai kipas angin yang sama dapat dilakukan ventilasi udara lebih
banyak.
2) Dapat mengantarkan udara segar kesetiap permuka kerja disetiap blok.
3) Apabila di ‘airway’ terjadi kerusakan seperti ‘caving’, pengaruhnya dapat
dibatasi pada satu blok saja.
4) Pengaruh bencana seperti kebakaran pit, semburan gas, swabakar dan
ledakan dapat dibatasi pada satu blok.
5) Dapat mengurangi kecepatan angin di terowongan utama.
6) Dapat mengantarkan udara bertemperatur relatif rendah hingga kedekat
permukaan kerja.
Semua hal diatas adalah nerupakan efek utama dari pembagian aliran
udara. Mengenai pembagian aliran udara, terutama untuk ventilasi di permuka
kerja penambangan, peraturan keselamatan tambang batu bara mengatur hal
sebagai berikut:
Pada tambang batu bara kelas A, ‘exhaust air’ dari lokasi penambangan
batu bara sistem lorong panjang (long wall) atau ‘gob’ tidak boleh
dilakukan ke lokasi penambangan lain. (Kecuali ada alasan khusus dan
mendapat izin dari kepala bagian pengawasan keselamatan tambang,
maka hal tersebut diperbolehkan).
Demikianlah, setiap permukaan kerja penambangan harus mempunyai
ventilasi yang berdiri sendiri. Bukan saja di permuka kerja penambangan,
tetapi di permuka kerja lubang majupun diharapkan menerapkan ventilasi
‘independen’ dengan mempertimbangkan gas yang muncul.
Metode pembagian aliran udara terdiri dari pembagian aliran alami dan
pembagian aliran proporsional. Pembagian aliran alami adalah metode
pembagian aliran secara alami tanpa menggunakan alat pembagi aliran
ataupun kipas angin pembantu. Sedangkan pembagian aliran proporsional
adalah metode pengaturan jumlah udara ventilasi dengan menggunakan
peralatan seperti fan atau kipas angin. Tergantung dari tahapan
pembagiannya, pembagian aliran udara dapat dibagi menjadi pembagian
aliran primer, pembagian aliran sekunder dan pembagian aliran permuka
kerja, seperti terlihat pada gambar 19 berikut :
Gambar 19
Pembagian Aliran Ventilasi

Ventilasi Tambang
Hal penting yang berikutnya adalah bagaimana strukturnya harus dapat
mencegah kebocoran angin untuk meningkatkan jumlah angin efektif.
Masalah ini bukan saja untuk maksud menyingkirkan gas di lokasi kerja yang
merupakan tujuan utama, tetapi dilihat dari segi pencegahan swabakar dan
ekonomi daya ventilasi juga penting. Untuk mencapai tujuan tersebut, jaringan
ventilasi utamanya menggunakan sistem diagonal (mengenai sistem ini akan
dijelaskan kemudian) dengan menggali ‘ventilation shaft’ di bagian dalam,
sementara sebagian cara efektif pada konstruksi panel digunakan sistem
struktur ruang.
3. Ventilasi Utama
a. Jenis Ventilasi Utama
Ventilasi utama terdiri dari jenis-jenis berikut.
Penggolongan berdasarkan metode pembangkitan daya ventilasi, terdiri
dari : Ventilasi alami dan ventilasi mesin
Penggolongan berdasarkan tekanan ventilasi pada ventilasi mesin, terdiri
dari : Ventilasi tiup dan ventilasi sedot.
Penggolongan berdasarkan letak intake dan outtake airway, terdiri dari :
Ventilasi terpusat dan ventilasi diagonal
b. Ventilasi Alami
Setiap kenaikan atau penurunan temperatur sebesar 1o
C, semua jenis
gas akan memuai atau menyusut sebesar 1/273 kali volumenya pada 0o
C.
Dengan kata lain, berat per satuan volume akan bertambah atau berkurang
sebesar 1/273 kali.
Temperatur di permukaan (di luar pit) berubah secara drastis tergantung
dari musim (terutama di negara 4 musim). Dalam satu hari, temperatur di luar
pit juga mengalami perubahan kecil dari siang ke malam. Tetapi, temperatur di
dalam pit pada kedalaman tertentu hampir tidak ada perubahan yang besar
sepanjang 4 musim atau malam dan siang. Temperatur di dalam pit yang
panas buminya tidak tinggi, pada musim panas lebih rendah daripada
temperatur udara luar. Sehingga, apabila terdapat perbedaan temperatur
intake airway dan return airway yang ketinggian mulut pit intake dan
outtakenya berbeda, akan timbul perbedaan kerapatan udara di dalam dan di
luar pit atau udara di intake airway dan return airway akibat temperatur,
sehingga membangkitkan daya ventilasi. Penyebab yang dapat
membangkitkan daya ventilasi adalah sebagai berikut:
1) Perbedaan tinggi mulut pit intake dan outtake
2) Perbedaan tempetarur intake dan return airway
3) Perbedaan temperatur di dalam dan luar pit
4) Komposisi udara di dalam pit.
5) Tekanan atmosfir
Pada suatu pit yang mempunyai 2 buah mulut pit yang ketinggiannya
berbeda seperti gambar di bawah, dimana pada musim panas temperatur di
dalam pit lebih rendah dari pada temperatur luar, maka udara di dalam pit
menjadi lebih berat dari pada udara di luar pit yang sama-sama mempunyai
tinggi L, sehingga mulut pit bawah menjadi outtake/exhaust. Pada musim
dingin terjadi kebalikannya.

Ventilasi Tambang
Gambar 20
Kondisi Ventilasi Alami
Dalam kasus ni, daya ventilasi dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
h = )(
000.1
17,4
attL
dimana:
h = tekanan ventilasi (mmaq
L = perbedaan tinggi (m)
t = temperatur exhaust air (
o
C)
ta = temperatur udara luar (o
C)
Contoh soal : Berapakah tekanan ventilasi alami, apabila perbedaan
tinggi mulut intake dan outtake (L) 200 m, temperatur di
luar pit ( ta ) 10o
C dan temperatur di dalam pit (t) 25o
C ?
Jawaban :
H = mmaq12,5menjadiyakni,5,12)1025(200
000.1
17,4 oo
xx
Seperti terlihat pada gambar 21 di bawah, walaupun intake dan outtake
berupa vertical shaft, ventilasi alami tetap bekerja karena perbedaan
temperatur dan kedalaman kedua vertical shaft. Dalam hal ini, rumus ventilasi
alami dapat dinyatakan dengan rumus berikut.
Gambar 21
Ventilasi alami pada vertical shaft

Ventilasi Tambang
L1 L2 ………….. Kedalaman kedua vertical shaft (m)
T1 t2 ………….. Temperatur kedua vertical shaft (
o
C)
H = )
12
(
1
)
2
(
12000.1
17,4
ttLattxLL
Seandainya kedua vertical shaft berada pada level yang sama, maka L1-
L2 menjadi 0, sehingga rumus ini menjadi
)
12
(
11.000
4,17
ttLh
Ventilasi alami terutama terjadi karena perbedaan temperatur di dalam
dan luar pit, maka ketika perbedaannya kedil pada musim semi dan gugur,
daya ventilasi semakin berkurang, bahkan kadang kala disuatu hari atau
karena siang dan malam aliran ventilasi berbalik, atau kadang-kadang sama
sekali tidak mengalir. Olah karena itu, selain tambang batu bara yang sama
sekali tidak timbul gas metan, tambang batu bara yang sedikit sekali saja
timbul gas, ventilasi yang dilakukan dengan metode ini berbahaya. Namun,
karena pada ventilasi mesinpun, daya ventilasi alami ini tetap bekerja, maka
harus dipikirkan untuk memanfaatkannya sedapat mungkin. Selain itu, apabila
idak ada kipas angin cadangan pada waktu kipas angin utama sedang
diperbaiki, sedapat mungkin perbaikan dilakukan pada musim panas atau
dingin, yaitu ketika daya ventilasi alami bekerja kuat.
c. Ventilasi Mesin
Metode yang menggunakan kipas angin untuk melakukan ventilasi
dengan menciptakan tekanan ventilasi (positif atau negatif) di mulut pit
intake/outtake. Pada metode ini, dipilih kipas angin yang paling sesuai dilihat
dari jumlah udara ventilasi yang diperlukan dan perbedaan tekanan ventilasi
untuk mengalirkan jumlah udara tersebut.
d. Ventilasi Sistem Tiup dan Ventilasi Sistem Sedot
Ventilasi sistem tiup adalah metode ventilasi yang membangkitkan
tekanan di mulut intake yang lebih tinggi (tekanan positif) dari pada tekanan
atmosfir, untuk meniup masuk udara dalam pit. Apabila kipas angin utama
dijalankan dengan metode ini gas metan akan terperangkap di dalam gob
atau dinding batu bara, sehingga senadainya kipas angin berhenti beroperasi,
ada bahaya gas tersebut mengalir ke dalam terowongan atau lokasi kerja
dalam waktu bersamaan. Selain itu, pada sistem ini pintu ventilasi harus
dibuat di mulut pit intake, sehingga menjadikannya sebagai terowongan
transportasi akan merepotkan, dan juga banyak kebocoran angin. Untuk
meniadakan kelemahan ini, memang return airway bisa dijadikan sebagai
terowongan transportasi, namun ditinjau dari segi keamanan terhadap fasilitas
transportasi sebaiknya dihindari.
Kebalikan dari sistem tiup, maka pada sistem sedot, kipas angin
ditenpatkan di mulut pit outtake, membangkitkan tekanan yang lebih rendah
(tekanan negatif) dari pada tekanan atmosfir, untuk menyedot keluar udara
dari dalam pit. Karena tidak ada kelemahan seperti ventilasi tiup yang ditulis di
depan maka saat ini ventilasi di tambang batu bara menggunakan metode ini.

Ventilasi Tambang
4. Teori Ventilasi
a. Tahanan Ventilasi
Pada waktu air lewat di dalam pipa besi, akan mengalami tahanan
karena jumlah aliran air, kecepatan, ukuran pipa besi dan sifat permukaan
dalam pipa besi. Sama seperti kasus air tersebut, aliran udara yang melewati
terowongan juga akan menerima tahanan yang berbeda menurut jumlah
aliran udara, kecepatan, ukuran terowongan, panjang terowongan, belokan
dan bentuk keliling terowongan. Namun, karena sifat cairan dan gas sangat
berbeda, sifat tahanan yang diterima juga akan berbeda.
Untuk melakukan ventilasi, harus diberikan daya ventilasi yang dapat
mengatasi tahanan ini. Tahanan ini disebut tahanan ventilasi, yang mana
akan mengalami perubahan karena kecepatan, jumlah aliran udara dan
keadaan pit, seperti berikut ini:
Seperti dapat dilihat pada rumus di depan, untuk terowongan yang sama,
tahanan ventilasi sebanding dengan kuadrat kecepatan aliran udara. Artinya,
kalau kecepatan menjadi 2 kali, tahanan menjadi 2 x 2 = 4 kali, dan saat
kecepatan menjadi 3 kali, tahanan menjadi 9 kali. Untuk terowongan yang
sama jumlah aliran udara sebanding dengan kecepatan udara, sehingga
untuk jumlah aliran udara juga dapat dikatakan hal yang sama. Misalnya,
pada suatu terowongan yang tiap menitnya dilewati 2.000 m3
udara, apabila
jumlah aliran udaranya langsung dijadikan 4.000 m3
, maka tahanan yang
diterima menjadi 4 kali lipat.
Tahanan ventilasi sebanding dengan panjang airway
Tahanan ventilasi berbanding terbalik dengan luas penampang terowongan
dan berbanding lurus dengan panjang keliling penampang terowongan. Jadi,
apabila luas penampang terowongannya tertentu, maka makin pendek
panjang keliling, makin kecil tahanannya. Dengan demikian, bentuk lingkaran
atau yang mendekatinya merupakan bentuk airway yang ideal.
Tahanan ventilasi tergantung dari bentuk permukaan dinding dalam
terowongan. Biasanya tahanan tersebut yang dinyatakan secara kuantitatif
disebut koefisien gesek terowongan.
1) Koefisien Gesek
Koefisien gesek berbeda menurut metode penyanggaan terowongan.
Tabel berikut adalah koefisien gesek untuk tiap jenis terowongan.
Tabel 11
Koefisien Gesek Tiap Jenis Terowongan
Jenis terowongan Besar Kecil Rata-Rata
Tipe busur
Lapis batu bata
Lapis beton
Steels sets
0,00072 0,00030 0,00055
0,00069
0,00140
Terowongan
telanjang
Biasa
Banyak tonjolan
0,00130 0,00037 0,00081
0,00207
Penyangga kayu Biasa
Tidak beraturan
0,00237 0,00087 0,00166
0,00414
Permuka kerja 0,00264
Seluruh Pit 0,00424 0,00154 0,00222
Vertical shaft 0,00240 0,00020 0,00130

Ventilasi Tambang
2) Tahanan Belokan
Tahanan ventilasi meningkat drastis dibelokan terowongan, ditempat
yang menyempit, serta pada tempat terjadinya tabrakan aliran udara.
Tahanan yang timbul dibelokan disebabkan oleh kerugian energi akibat aliran
udara yang berlebih. Mengenai hal ini, Petit dari Perancis telah mengukur
tahanan belokan dengan saluran kayu berbentu persegi panjang, dimana
tahanan tersebut dinyatakan dalam panjang saluran kayu yang lurus dengan
penampang yang sama. Hasilnya adalah seperti pada gambar kanan.
Artinya, belokan tegak lurus akan menimbulkan tahanan yang setara dengan
82,3 m terowongan lurus. Sedangkan, apabila belokan dijadikan bentuk
lingkaran, tahanannya menjadi hanya 7 m.
Gambar 22.: Gesekan Pada Bagian Belokan Terowongan
3) Rumus Perhitungan Tahanan Ventilasi
Untuk melakukan jumlah aliran udara yang sama, makin besar
tahanan ventilasi, diperlukan tekanan ventilasi yang makin besar. Untuk itu,
tahanan ventilasi dinyatakan dengan tekanan ventilasi.
Kalau hal-hal yang berhubungan dengan tahanan ventilasi seperti
yang diuraikan di atas dinyatakan dalam rumus, akan menjadi sebagai
berikut.
h = 2v
a
uL
K
h = tekanan ventilasi (mm air)
K = koefisien gesek terowongan (tabel, satuan: Kgs2
/m4
)
u = panjang keliling penampang terowongan (m)
L = Panjang terowongan (m)
a = Luas penampang terowongan (m2
)
v = kecepatan angin (m/s)
Pada rumus di atas, kecepatan aliran adalah jumlah aliran dibagi luas
penampang artinya v =
a
Q
(Q = jumlah aliran). Dengan substitusi v ke
dalam rumus di atas, maka menjadi :
h =
3
2
a
uLQ
K
Artinya, pada rumus yang tidak memasukkan kecepatan angin,
tahanan ventilasi berbanding terbalik dengan pangkat 3 luas penampang
terowongan.

Ventilasi Tambang
4) Rumus Umum Atkinson
Sebagai rumus umum ventilasi untuk menghitung penurunan tekanan
akibat gesekan pada waktu udara mengalir di dalam terowongan, ada rumus
umum Atkinson yang masih digunakan secara luas hingga kini. Rumus
tersebut adalah sebagai berikut:
3
2L.u.Q2L.u.v
a
K
a
Kh
h = Penurunan tekanan akibat gesekan (mm air)
u = Panjang keliling penampang terowongan (m)
v = Kecepatan angin rata-rata (m/detik)
a = Luas penampang terowongan (m
2
)
Q = Jumlah angin (m
3
/detik)
K = Koefisien tahanan gesek terowongan
5) Tahanan Jenis
3a
L.u
K dalam rumus Atkinson merupakan konstanta yang ditentukan
oleh kondisi terowongan, dan disebut sebagai tahanan spesifik atau tahanan
jenis terowongan ( R ). Karena nilai R mempunyai angka desimal yang
sangat kecil, maka untuk aplikasinya digunakan murgue dengan mengalikan
1.000. Jika M adalah murgue, maka;
M = (1).................(murgue)000.1
3
.
x
a
uL
K
= R x 1.000 (murgue)
Sehingga rumus Atkinson menjadi seperti berikut:
H = )2.........(..........2
000.13
2..
xQ
M
a
QuL
K
Artinya, tahanan ventilasi (h) sebanding dengan kuadrat jumlah angin,
dan makin besar tahanan jenisnya makin besar pula tahanan ventilasinya.
Dewasa ini, perhitungan jaringan ventilasi hampir semuanya dilakukan
dengan komputer, namun apabila sebagai tahanan jenis yang menjadi
dasar perhitungan digunakan nilai tahanan jenis (M) yang dihitung dari
persamaan (1), adakalanya menimbulkan kesalahan pada hasil
perhitungan, sehingga sebaiknya dilakukan pengukuran langsung tahanan
jenis dengan barometer tambang.
a) Penggabungan Tahanan Jenis
(1) Penggabungan seri
Andaikan Airway dengan tahanan jenis R1 dan airway dengan
tahanan jenis R2 saling dihubungkan secara seri seperti (a) pada gambar

Ventilasi Tambang
di sebelah kanan, dimana ditengahnya sama sekali tidak ada cabang
airway, baik memisah maupun menggabung. Dalam hal ini, jumlah
angin, V, dimanapun sama.
Penurunan tekanan yang terjadi di masing-masing airway adalah
R1V
2
dan R2V
2
. Seandainya 2 buah airway tersebut dianggap sebagai 1
buah airway dan tahanan jenisnya R, maka
h = RV2
Seperti diuraikan di atas, karena
h = R1V2
+ R2V2
Maka sudah pasti
R = R1 + R2
Dengan cara yang sama, apabila beberapa airway dihubungkan
secara seri, dimana tahanan jenis masing-masing adalah R1, R2, R3,
dst, dan tahanan jenis keseluruhan adalah R, maka
R = R1 + R2 + R3 + ….
Gambar 23
Saluran Udara Yang Berhubungan Secara Seri dan Paralel
(2) Penggabungan paralel
Andaikan 2 buah airway dengan tahanan jenis masing-masing
R1 dan R2 saling dihubungkan secara paralel seperti (b) pada gambar di
atas, dimana ditengahnya sama sekali tidak ada cabang airway
memisah maupun menggabung. Apabila jumlah aliran pada masing-
masing airway adalah V1 dan V2, maka penurunan tekanan masing-
masing adalah R1V1
2
dan R2V2
2
. Namun, pnurunan tekanan tersebut
seharusnya sama. Apabila nilai penurunan tekanan adalah h, maka
H = R1V1
2
= R2V2
2
Jadi
V1 =
2
2
V
1
R
h
dan
R
h

Ventilasi Tambang
Apabila 2 buah airway yang berhubungan secara paralel
dianggap sebagai 1 buah airway, dimana jumlah aliran udaranya V.
Karena
V = V1 + V2
Maka terjadilah hubungan sebagai berikut
2
1
1
1
RR
hV
Persamaan di atas ditulis ulang dalam h, sehingga menjadi
2
2
2
1
1
1
V
RR
h
Apabila tahanan jenis keseluruhan adalah R, maka dari
hubungan h = RV2
, diperoleh :
2
2
1
1
1
RR
R
Atau
21
111
RRR
Dengan cara yang sama, apabila beberapa airway dengan
tahanan jenis R1, R2, R3, ……., dihubungkan secara paralel, dimana
tahanan jenis pada waktu hubungan airway tersebut dianggap sebagai
1 buah airway adalah R, maka,
....
1111
321 RRRR
Dan, karena h = RV2
= R1V1
2
= R2V2
2
= R3V3
2
, maka
V1 =
3
3
2
2
1
,,
R
R
VV
R
R
VV
R
R
V
6) Equivalent Orifice
Misalkan pada sebuah papan tipis dibuat lubang, dimana jumlah angin
yang melalui lubang tersebut dibuat eqivalen dengan jumlah aliran udara
pada suatu pit. Sekarang, andaikan ukuran lubang dapat diasumsikan
sehingga perbedaan tekanan di depan dan belakang lubang juga menjadi
ekuivalen dengan tekanan ventilasi suatu pit, maka tahanan ventilasi pit
dapat dinyatakan dengan ukuran lubang tersebut. Ukuran lubang yang
diasumsi tersebut dinamakan equivalent orifice.
Di berbagai negara, hingga sekarang equivalent orifice ini digunakan
sebagai metode untuk menyatakan tahanan ventilasi secara sederhana.

Ventilasi Tambang
Apabila jumlah angin dan tekanan ventilasi diketahui, equivalent orifice
dapat dihitung dengan rumus di bawah ini.
A = 0,38
h
Q
A = Equivalent orifice (m2
)
h = Tekanan ventilasi (mm air)
Q = Jumlah angin (m
3
/detik)
Contoh soal:
Berapakah equivalent orifice pada pit dengan tekanan negatif 94 mm
dan jumlah angin 4.680 m
3
/menit (78 m
3
/detik)?
Jawaban : A = 0,38 05,3
94
78
38,0
h
Q
Jadi, equivalent orifice pit ini menjadi 3,05 m
2
Memperbesar equivalent orifice, atau dengan kata lain memperkecil
tahanan ventilasi di dalam pit adalah sangat penting untuk memperbaiki
ventilasi. Berapapun besarnya jumlah angin teoritis suatu kipas angin, kalau
equivalent orificenya tidak sesuai, jumlah angin tidak akan bertambah.
Dengan makin dalam dan jauhnya lokasi penambangan pada tambang batu
bara, tahanan ventilasi juga semakin meningkat, sehingga terjadi
kekurangan angin ventilasi. Dengan demikian akan timbul kebutuhan untuk
memperbesar equivalent orifice melalui penggalian ventilation shaft,
pelebaran airway utama serta penambahan aliran cabang.
7) Daya Ventilasi
Seperti diuraikan di depan, untuk melakukan ventilasi harus
dibangkitkan tekanan ventilasi yang cukup untuk mengatasi tahanan
ventilasi. Daya teoritis yang diperlukan untuk mengatasi tahanan tersebut
dinamakan daya ventilasi (atau daya penggerak udara), yang dapat
dinyatakan dengan rumus berikut.
N =
75
hQ
N = daya penggerak udara (HP)
h = tekanan ventilasi (mm)
Q = jumlah angin ventilasi (m3
/detik)
Kenyataannya, dengan mempertimbangkan efisiensi kipas angin
serta motor, dan perluasan pit dikemudian hari, daya yang diperlukan
untuk operasi kipas angin biasanya diambil 1,5 ~ 3 kali daya penggerak
udara menurut perhitungan diatas.
Contoh soal:
Berapa daya penggerak udara untuk melakukan ventilasi dengan
tekanan ventilasi 150 mm dan jumlah angin 150 m3
/detik?
Jawaban N = HP200
75
150x150
Dalam hal ini, walaupun digunakan kipas angin dengan efisiensi
terbaik, diperlukan daya 300 HP x 1,5 = 450 HP. Misalkan untuk
melewatkan jumlah udara tersebut, tekanan ventilasinya dapat dijadikan

Ventilasi Tambang
100 mm dengan cara memperbesar terowongan, melakukan
penganggaan yang tepat atau memperpendek terowongan, maka daya
penggerak udara menjadi
N = HP200
75
150x100
Sehingga daya kipas angin menjadi 200 HP x 1,5 = 300 HP
Jadi yang paling penting adalah memperkecil tahanan ventilasi
sebisanya, dimana kalau kita berpikir mengenai tahanan ventilasi,
walaupun kita sudah mengenal rumus umum Atkinson, namun secara
umum dapat dinyatakan dengan rumus berikut.
g
v
xh
2Da
L
f.r.
2
h = tahanan ventilasi dinyatakan dalam tekanan negatif (mm air)
f = koefisien gesek terowongan
r = Berat jenis fluida (terutama udara)
Da = Luas penampang (m2
)/panjang keliling penampang (m)
V = kecepatan aliran rata-rata (m/detik)
g = percepatan gravitasi
Dalam rumus di atas, r dan g dapat dianggap hampir konstan,
sehingga tindakan teknis untuk mengurangi tahanan ventilasi dapat
difokuskan pada 4 pokok yaitu:
Mengecilkan f
Memendekkan L
Mengecilkan v
Membesarkan nilai Da
Ke 4 hal tersebut semuanya masalah yang berhubungan dengan
konstruksi pit.
Dalam hal ini, f yang paling kecil adalah konstruksi terowongan dari
beton. Sedangkan untuk Da, terowongan berbentuk lingkaran adalah yang
paling ideal. Dalam artian itulah, maka vertical shaft berbentuk lingkaran
dapat dikatakan tipe ideal. Akan tetapi, menggunakan bentuk ini terhadap
terowongan yang umum adalah sulit secara ekonomi, sehingga banyak
digunakan terowongan tipe setengah lingkaran yang memakai penyangga
steel sets. Jadi, karena alasan konstruksi pit, seringkali yang menjadi
metode utama untuk mengurangi tahanan ventilasi adalah mengurangi L
(memendekkan airway) dan v (kecepatan ventilasi). Untuk mengurangi v
terhadap jumlah angin ventilasi yang konstan, cukup dengan memperbesar
penampang terowongan. Akan tetapi terowongan berpenampang besar ini
mempunyai masalah, yaitu memerlukan biaya yang besar untuk penggalian
dan perawatannya. Oleh karena itu, dilakukan perhitungan ekonomi
penampang terowongan, dengan mempertimbangkan biaya untuk daya
penggerak ventilasi, serta biaya penggalian dan perawatan. Akan tetapi,
karena pertimbangan, bahwa tahanan ventilasi sebanding dengan kuadrat
kecepatan ventilasi, serta peningkatan ventilasi yang diperlukan terhadap
perkembangan di masa depan, sudah barang tentu penampang airway
utama harus dibuat dengan kelonggaran yang cukup.
Metode yang paling efektif untuk menerobis kebuntuan ventilasi akibat
perluasan daerah penambangan, perpindahan daerah penambangan ke

Ventilasi Tambang
tempat dalam dan peningkatan gas yang timbul adalah menggali ventilation
shaft (vertical shaft untuk ventilasi) dibagian yang sedalam mungkin. Dengan
melakukan itu, seringkali semua masalah yang berhubungan dengan f, L, v
dan Da dapat diselesaikan.
Salah satu metode konstruksi pit untuk mengurangi tahanan ventialasi
adalah intake dan return airway utama dibuat berpenampang besar,
kemudian memperbanyak ventilasi cabang. Dengan demikian, bukan saja
akan mengurangu tahanan ventilasi tetapi dapat menyuplai udara segar dan
temperatur rendah ke setiap blok, dan apabila ternyata terjadi bencana
seperti kebakaran pit, dapat mencegah perluasan daerah yang terkena.
Seperti telah dijelaskan di atas, tahanan ventilasi merupakan hal yang
sangat penting bagi jumlah udara ventilasi. Oleh karena itu, kita teruskan
permbahasan yang lebih rinci lagi.
Sekarang, andaikan ada terowongan berpenampang persegi panjang
dengan lebar b dan tinggi b/2, maka
u = 2b + b = 3b ………… (1)
a = b x b/2 = b2
/2 ………. (2)
Apabila (1) dan (2) disubstitusi ke dalam rumus umum Atkinson, maka
5
2.
24
8/6
2L.3b.Q
K
b
QL
K
b
h
Seperti diuraikan di depan, koefisien gesek terowongan berlapis beton
adalah ½ dari koefisien gesek terowongan dengan steel sets, sehingga
apabila jumlah angin ventilasi dan panjang terowongannya sama, maka
dapat dikatakan terowongan lapis beton dengan lebar 1 secara ventilasi
nilainya ekuivalen dengan terowongan steel sets dengan lebar 1,15.
8) Teori Kipas Angin
Kipas angin adalah mesin yang disekitar porosnya dipasangi sejumlah
sayap, dan dengan memutarnya memberikan gaya sentrifugal atau gaya
dorong kepada udara untuk membangkitkan angin. Teorinya sangat sulit,
dan dalam kesempatan ini akan diuraikan secara ringkas mengenai tahanan
kipas angin dan 3 kaidah kipas angin.
a) Tahanan Kipas Angin
Pada waktu kipas angin berputar dan udara melewati kipas,
timbul tahanan karena gesekan dengan sayap dan pelat luar, serta
tabrakan udara. Besar tahanan ini berbeda menurut tipe serta kapasitas
kipas angin, dimana kipas angin yang tahanannya kecil berarti kipas
angin yang efisien.
Tahanan kipas angin adalah tahanan yang sifatnya sama dengan
tahanan ventilasi di dalam pit. Sama seperti ketika melakukan ventilasi di
dalam pit, dimana tahanan pit tersebut dinyatakan dengan lubang
ekuivalen (equivalent orifice), maka tahanan kipas angin juga dinyatakan
dengan equivalent orifice, tetapi pada kipas angin disebut sebagai
lubang lewat kipas angin (passage orifice of fan), yang dinyatakan oleh
rumus berikut.

Ventilasi Tambang
(equivalent orifice …. Luas penampang lubang, dimana
tahanan pada waktu fluida mengalir diekuivalenkan dengan
tahanan pada waktu melewati lubang tipis. Di tambang batu
bara biasanya digunakan pada waktu menunjukkan
tahanan ventilasi di dalam pit).
0 = 0,38
oh
Q
0 = passage orifice (m2
)
Q = jumlah angin ventilasi (m
3
/detik)
ho = tahanan kipas angin (mm air)
Gabungan tahanan ventilasi pit h dan tahanan kipas angin ho
menjadi tekanan negatif (vakum) yang ditimbulkan kipas angin untuk
melakukan ventilasi. Gabungan tahanan h + ho ini disebut tekanan
negatif (vakum) mula, sedangkan tekanan negatif di dalam pit saja (h)
disebut tekanan negatif efektif dan tekanan negatif di dalam kipas angin
(ho) disebut tekanan negatif tidak efektif.
b) 3 kaidah Kipas Angin
Diantara jumlah putaran, jumlah angin, perbedaan tekanan dan
daya kipas angin terdapat hubungan sebagai berikut. Hal ini dinamakan
3 kaidah kipas angin.
(1) Kaidah ke 1
Perbedaan tekanan efektif kipas angin berbanding lurus
dengan kuadrat jumlah putaran
Contoh soal:
Apabila kipas angin dengan putaran 200 rpm, tekanan 80 mm
air dan kapasitas angin 4.700 m3
, putarannya dijadikan 300 rpm,
berapakah tekanannya?
Jawaban : 80 mm x mm180
200
300
2
2
(2) Kaidah ke 2
Jumlah (kapasitas) angin pada kipas angin berbanding lurus
dengan jumlah putaran.
Contoh soal:
Berapakah jumlah angin kipas angin di atas
Jawaban : 4700 m3 3
m050.7
200
300
(3) Kaidah ke 3
Daya penggerak udara kipas angin berbanding lurus dengan
pangkat 3 jumlah putaran atau jumlah angin
Contoh soal:
Menjadi berapa kali daya penggerak kipas angin di atas?
Jawaban: kali3,375menjadiartinya,375,3
000.000.8
000.000.27
200
300
3
3
c) Kurva Karakteristik Kipas Angin
Untuk mengetahui sifat dan kemampuan kipas angin, hubungan
antara jumlah (kapasitas) ventilasi dan perbedaan tekanan efektif dicari
melalui pengukuran langsung, kemudian dinyatakan dalam grafik, yang
disebut sebagai kurva karakteristik kipas angin.

Ventilasi Tambang
Untuk memperoleh kurva karakteristik, putaran kipas angin dijaga
konstan selanjutnya luas penampang jalan udara diubah-ubah dan dicari
jumlah angin, daya poros, tekanan angin dan efisiensi, untuk setiap luas
penampang. Hubungan tersebut digambarkan sebagai kurva pada
grafik, dengan mengambil jumlah angin sebagai sumbu datar, serta
efisiensi, tekanan angin dan daya poros sebagai sumbu tegak.
Gambar 24 di bawah ini adalah satu contoh kurva karakteristik
kipas angin.
Gambar 24.: Kurva Karakteristik Kipas Angin
Dari kurva karakteristik tersebut dapat diketahui, pada jumlah
angin berapa atau harus dibuat berap perbedaan tekanan efektifnya,
agar kipas angin tersebut bekerja pada efisiensi yang terbaik. Kurva
karakteristik ini sangat penting dalam manajemen kipas angin, dan
diperlukan sekali pada waktu pemilihan kipas angin, perubahan jumlah
putaran, operasi gabungan dan perencanaan pembagian aliran.
Penjelasan mengenai operasi gabungan kipas angin utama tidak
diberikan disini.
Pf = tekanan negatif = efisiensi PS = daya kuda poros
9) Perhitungan Ventilasi
a) Apabila memungkinkan penggabungan tahanan jenis
Apabila seluruh tahanan jenis airway yang menyusun jaringan
terowongan dapat dinyatakan dalam satu kesatuan jaringan airway, yaitu
dengan menggabungkan secara seri dan paralel, maka perhitungan
jumlah angin menjadi mudah. Yakni dapat dihitung dari h = RV2
(catatan:
telah dijelaskan di depan).
b) Apabila diberikan kurva karakteristik kipas angin
Tekanan ventilasi alami PN boleh diasumsikan tidak berubah
menurut jumlah ventilasi. Namun, tekanan yang dibangkitkan kipas angin
PF berubah besar tergantung jumlah angin yang dihasilkan, sehingga
tanpa mempertimbangkan hal ini, tidak dapat diperoleh jumlah angin
yang benar.
Untuk mencari jumlah angin dari kurva karakteristik kipas angin
yang diberikan, metode analisa grafik adalah cara yang mudah.

Ventilasi Tambang
Gambar 25.: Penjelasan cara mencari jumlah
Angin apabila kurva karakteristik kipas angin diberikan.
Pertama-tama, tekanan ventilasi alami diasumsikan nol. Pada
gambar di atas, kurva karakteristik kipas angin adalah I. Pada sumbu
tegak grafik ini, diambil kerugian tekanan (h) dan pada grafik
digambarkan kurva II yang menunjukkan hubungan h = RV2
.
Kurva ini adalah setengah bagian sebelah kanan dari garis
parabola dengan sumbu tegak sebagai sumbu simetris. Seluruh jumlah
angin yang diventilasikan sama dengan jumlah angin yang dihasilkan
oleh kipas angin, dan takanan yang hilang karena vetilasi sama dengan
tekanan yang dibangkitkan oleh kipas angin. Sehingga, absis dari titik
potong kurva I dan II merupakan seluruh jumlah angin, V1, dan ordinat
dari titik potong merupakan tekanan kipas angin, PRF1.
c) Rumus Dasar Perhitungan Ventilasi Yang Umum
Apabila jaringan airway di dalam pit tidak bisa disubstitusi oleh
satu airway yang nilainya setara, dengan memanfaatkan rumus umum
penggabungan seri dan paralel tahanan jenis, maka perhitungan jumlah
angin menjadi repot. Dalam hal ini dihitung dengan menggunakan
komputer dan berikut ini akan dijelaskan pola pikir dasar untuk
melakukan itu.
Ada 3 hubungan yang menjadi dasar perhitungan jumlah angin
pada setiap airway di dalam jaringan sirkuit ventilasi yang diberikan,
yaitu:
(1) Kerugian tekanan terhadap airway manapun dapat dinyatakan oleh
rumus berikut.
H = RV2
………………………(1)
Pertama-tama arah aliran udara pada setiap airway
diasumsikan sembarang. Apabila udara ternyata mengalir ke arah
tersebut, V diberi tanda positif, dan apabila udara mengalir ke arah
yang berlawanan, V diberi tanda negatif, maka rumus di atas dapat
ditulis kembali sebagai berikut:
H = RV V …………………… (2)
(2) Untuk titik hubung (pertemuan) airway manapun, seluruh jumlah
aliran udara yang mengalir menuju titik hubung sama dengan
seluruh jumlah aliran udara yang mengalir menjauhi titik tersebut.

75455276 diktat ventilasitambang

75455276 diktat ventilasitambang

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (11)

Similar to 75455276 diktat ventilasitambang

Similar to 75455276 diktat ventilasitambang (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (11)

75455276 diktat ventilasitambang