Energi Bahan Peledak
-
Upload
helvijar18 -
Category
Documents
-
view
132 -
download
17
description
Transcript of Energi Bahan Peledak
ENERGI BAHAN PELEDAK
Pembahasan mengenai energi bahan peledak merupakan sesuatu yang
sangat luas, dengan metode dalam menghasilkan kisaran energi dari
perhitungan paling sederhana atau uji lapangan untuk perhitungan yang sangat
kompleks seperti yang telah didasari dari studi teoritis tentang rumus mana yang
lebih berguna. Dalam beberapa tahun terakhir, terdapat banyak publikasi dalam
persoalan ini. Selain itu, kompleksitas dalam persoalan ini smeakin meningkat
karena kebanyakan dalam bahan peledak modern memiliki rata – rata reaksi
yang relatif rendah sehingga kecepatan detonasinya, bervariasi berubah - ubah
dengan diameter lubang bor yang berbeda pula dan juga dengan sifat yang
terdapat dalam batuan itu sendiri.
1. Senyawa Kimia Bahan Peledak
Sebuah senyawa kimia bahan peledak merupakan campuran zat atau
campuran senyawa. Yang dapat terdekomposisi dengan bahan peledak,
sehingga menghasilkan gas panas bertekanan tinggi dalam kuantitas yang
besar.
Bahan peledak kuat melewati 4 fase selama reaksi, fase pertama ialah
bahan peledak yang merupakan padatan atau campuran dari padatan dan cairan
belum tereaksi yang mengalami temperatur dan tekanan atmosfir dibawah
normal. Fase kedua adalah fase detonasi yang mana gelombang kejut
bertekanan tinggi bergerak pada zona reaksiyang menyebabkan ionisasi pada
komposisi bahan peledak. Fase ketiga atau fase ledakan dimana bahan peledak
terdekomposisi dan berubah menjadi gas. Gas tekanan tinggi yang dihasilkan
akan mengisi volume asli dari material bahan peledak. Fase keempat adalah
bagian ekspansi. Selama bagian ini, gas tekanan tinggi telah mengisi volume asli
cartridge yang mulai mengekspansi, mendesak batuan yang mengakibatkan
penghancuran batuan, dua tipe energi yang dihasilkan dari rekasi bahan peledak
adalah energi kejut dan energi gas.
Gambar 1Fase Reaksi dalam Detonasi Bahan Peledak
2. Energi Kerja
Selama proses peledakan, terdapat tipe energi yang dilepas yaitu, energi
kerja dan energi terbuang. Dua jenis energi kerja dihasilkan saat bahan peledak
bereaksi yaitu energi kejut dan energi gas. Walaupun kedua jenis energi ini
dilepas bersaaman saat proses detonasi. Proporsi dari kedua energi ini dapat
diatur pada keadaan tertentu.
Saat bahan peledak digunakan dalam keadaan terbuka, seperti
penyumbatan bongkah dengan lumpur (biasa disebut plaster shooting) atau
untuk pembongkaran bagian struktur, sebuah bahan peledak dengan energi kejut
yang tinggi biasa digunakan. Saat bahan peledak digunakan dalam lubang bor
dan tertutup dengan material stemming, bahan peledakak dengan energi gas
biasa digunakan
Untuk memberikan gambaran tentang 2 tipe energi kerja, dapat
dibandingkan antara reaksi bahan peledak lemah dan bahan peledak kuat.
Bahan peldak lemah yang dapat terbakan atau deflagrasi dengan sangat cepat.
Bahan peledak ini bisa memiliki kecepatan reaksi 2000 s/d 4000 ft/s. Bahan
peledak ini tidak menghasilkan energi kejut akan tetapi hanya menghasilkan
ekspansi gas. Contohnya : black powder. Bahan peledak kuat menghasilkan
energi kejut dan energi gas. Jika reaksi berhenti saat cartridge digunakan
sebagian dan tekanan telah teruji, maka tekanan akan naik sealama reaksi
hingga tekanan maksimum dicapai. Sedangkan bahan peledak hanya
menghasilkan tekanan gas selama proses pembakaran.
Tekanan energi kejut dalam reaksi terjadi sebelum energi gas dilepas.
Energi kejut sacara normal menghasilakan tekanan yang lebih tinggi
dibandingkan energi gas yang dilepas, bagaimanapun juga energi kejut hanya
bertahan dalam waktu yang sebentar. Setelah energi kejut keluar, energi gas
dilepas. Energi gas dalam bahan peledak yang mengalami detonasi lebih besar
daripada energi gas yang dilepas dalam bahan peledak lemah. Dalam bahan
peledak kuat, terdapat dua tekanan yang berbeda dan terpisah. Tekanan kejut
yang merupakan tekanan peralihan yang berjalan pada kecepatan detonasi
bahan peldak. Tekanan ini diperkirakan berjumlah 15 % dari total energi kerja
yang tersedia dalam ledakan. Tekanan gas berjumlah 85 % dalam energi kerja.
Tekanan gas ini akan menjaga kekuatan dalam lubang bor.
Gambar 2Pelepasan Energi Bahan Peledak
Energi Kejut
Energi kejut yang terpancar pada batuan menimbulkan tekanan detonasi
pada bahan peledak. Tekanan detonasi merupakan fungsi dari berat jenis bahan
peledak (kg/cm3) dengan jumlah detonasi yang dikuadratkan. Ini merupkan
bentuk enrgi kinetik. Tekanan detonasi merupakan tekanan yang didesak oleh
gelombang detonasi yang tersebar melewati kolom bahan peledak. Tekanan
detonasi dapat dihitung dengan rumus :
P = 4.18 x 10-7 Sge Ve2/(1 + 0.8 Sge)
Dimana,
P : tekanan detonasi dalam kilobar (1 kilobar = 14.504 psi)
SGe : berat jenis bahan peledak
Ve : kecepatan handak (ft/s)
Tekanan detonasi dapat digunakan secara efektif dalam peledakan
dengan isian handak secara eksternal atau isian tidak berada dalam lubang
ledak. Aplikasi yang dapat digunakan adalah pada plaster shooting dalam
bongkah.
Gambar 3Detonasi Bahan Peledak Kuat dan Bahan Peledak Lemah
Untuk memaksimalkan pengunaan tekanan detonasi, harus ada area
kontak antara bahan peledak dengan batuan yang maksimum. Bahan peledak
seharusnya terinisiasi dihadapan kontak dengan batuan. Bahan peldak yang
harus dipiliha adalah yang memiliki kecepatran detonasi yang tinggi dan berat
jenis yang tinggi yang akan menghasilkan tekanan detonasi yang tinggi pula,
seperti rumus diatas.
Energi Gas
Energi gas dilepas selama proses detonasi menyebabkan mayoritas
penghancuran batuan dalam peledakan tertutup dalam lubang bor. Tekanan gas
yang disebut tekanan ledakan merupakan tekanan yang terdesak dalam dinding
lubang bor oleh ekspansi gas setelah reaksi kimia selesai. Jumlah tekanan
ledakan berhubungan dengan volume gas yang terpisah per unit massa bahan
peledak dan jumlah panas yang terberai selama reaksi. Semakin tinggi suhu
reaksi pada volume gas konstan, semakin tinggi pula tekanan gas. Jika volume
gas terberai pada temperatur yang sama, tekanan akan meningkat.
Gambar 4Peledakan Bongkah menggunakan metode mud capping
3. Studi Kasus peledakan menggunakan EMULITE
EMULITE adalah bahan peledak jenis emulsi. Terdiri dari tetesan padatan
ammonium nitrat, yang terikat dalam campuran minyak dan lilin. Secara
mikroskopis strukturnya menyerupai sarang lebah. Ketebalan selaput minyak dan
lilin yang memisahkan tetesan adalah kurang dari 1/10.000 mm. Ini melibatkan
area kontak yang sangat besar antara bahan bakar-minyak dan lilin dan
oksidator-amonium nitrat. Akibatnya pembakaran bahan peledak yang diperoleh
menjadi cepat dan penuh. Membran minyak dan lilin juga melindungi setiap
tetesan amonium nitrat dan membuat bahan peledak sangat tahan air.
Gambar 5 Strutur EMULITE secara mikroskopis
Dengan menambahkan "hot spots" dalam bentuk bola kaca kecil
berongga (mikrosfer) atau gelembung udara, kepekaan emulsi dapat bervariasi.
Hot spot, yang hanya sepersepuluh dari milimeter diameter, bertindak sebagai
gradien density dalam bahan peledak dan secara efektif merambatkan
gelombang kejut energi untuk memanaskan dan meningkatkan kecepatan
pembakaran bahan peledak dari emulsi.
EMULITE berisi bahan baku yang merupakan bukan bahan peledak utuh.
EMULITE sangat tidak peka terhadap inisiasi melalui gesekan, api atau
rangsangan mekanik yang lain. Sehingga sangat aman untuk diproduksi dan
ditangani dibandingkan setiap bahan peledak komersial lain.
Gambar 6Sensitivitas dari beberapa bahan peledak dalam pengujian hentakan
Pengujian di Tambang Tembaga Aitik
Di tambang terbuka Aitik Utara lingkaran Arktik, Boliden Mineral AB
menambang sekitar 12 juta ton/tahun bijih tembaga kelas rendah per.
Kandungan tembaga rata-rata adalah hanya 0.38 persen.
Pada tahun 1966 pekerjaan pembangunan dimulai dan pada tahun 1968
produksi bisa mulai. Teknik-teknik baru skala besar dan peralatan untuk operasi
open pit telah berhasil memperoleh manfaat dari pertambangan bijih tembaga
kelas rendah.
Bedrock didominasi oleh biotite Gneis dan sericite sekis dan mineralisasi
utama yang ekonomis adalah kalkopirit yang tersebar . Emas dan perak (0.3
masing-masing 4 g/ton bijih) diekstrak dari konsentrat tembaga.
Sejak dimulainya tambang, diameter lubang 9 7/8” sudah digunakan
dengan kedalaman 18 m dalam 15 m tinggi jenjang. Dalam pola pemboran 7.5 x
9.5 sebuah lubang yang tak terisi 4 4m disisakan setalah lubang terisi.
Pada 1969 Nitro Nobel membangun pabrik bulk explosivedengan
kekuatan yang tinggi, density tinggi (1.45 – 1.5 g/cm) dengan bahan TNT
berbasis air dan jel yang dilapisi alumunium yang dinamakan Reolit, diproduksi
dengan modifikasi minor samapi tahun 1983. Bahan peledak emulsi yang
kemudian diuji dan pada 1987, EMULITE 1050 diganti TNT-Slurry.
EMULITE 1050 merupakan booster yang sensitif, emulsi yang membuat
peka adalah 5 % alumunium. Pada Juni 1987 dilakukan pengujian pada
EMULAN 7500 dan hasilnya memuaskan.
EMULAN 7500 terdiri dari campuran 75 % EMULITE 1000 dan 25 %
PRILLIT (ANFO). EMULAN 7500 dapat disimpan dalam lubang yang basah di
Aitik sampai 5 minggu. Tanpa malfungsi. 95% lubang bor di tambang terisi air.
Pengisian
Saat ini truk pemuatan dengan kapasitas muat 14 ton digunakan untuk
transporatasi dan pemuatan. EMULITE dan EMULAN sensitif terhadap
masuknya perantara yang mengeluarkan gas pada waktu yang sama saat bahan
peledak dipompa ke lubang.
Sebelum pemuatan dan selama operasi pemuatan density-nya 1.15g/cm.
Sedangkan pada bagian bawah tidak lebih dari 1.3 g/cm.
Hasil Peledakan
Pada tambang Aitik, pola lubang sebenarnya 9 x 10 m saat TNT-slurry
kekuatan toinggi digunakan dengan density 1.5 g/cm3. Powder Factor terjaga
sampai 1.1 kg/m3.
Kemudian pola pemboran diperkecil menjadi 7.5 x 9.5 m dan samapi
sekarang digunakan
Secara perhitungan teoritis, energi ledakan berkurang dari 5.2 MJ/kg
menjadi 3.3 MJ/kg dan density menurun dari 1.5 menjadi 1.2 g/cm.
Saat ini, specific charge-nya adalah 0.99 kg/m dan tambang tersebut
mengklaim bahwa fragmentasi dan pembongkaran dari EMULAN 7500 cukup
baik seperti saat TNT-slurry digunakan.
Gambar 7 Bulk Strength Relative Reolit A14
Pengujian Peledakan di Gotland
Lubang diameter kecil, Limestone
Di Gotland, sebuah pulau kecil yang berlokasi di bagian tenggara Swedia,
tipe batuan dapat digambarkan secara horizontal adalah lapisan limestone.
Dua quarry besar, Nordklak dan Cementa, di bagian utaranya menggali 5
juta ton / tahun untuk industri semen dan produksi baja.
Secara normal batuan sedimen limestone membutuhkan bahan peledak
dengan VoD rendah dan volume gas yang tinggi. Dalam rangka evaluasi efisiensi
EMULAN dengan VoD tinggi bekerja dalam tipe batuan khusus ini dalam urutan
bertahap diledakan di Nordklak.
Gambar 8Geometri peledakan Nordklak, Gotland
Dengan tinggi jenjang 20 m dan diameter lubang bor 95 mm, pola
pemboran 2.7 x 6 m menggunakan dinamit dan ANFO.
DYNAMEX digunakan sebagai isian dasar dan ANFO sebagai isian
kolom. Secara normal, 50 kgs DYNAMEX cukup untuk mencapai diatas muaka
air tanah dan membuat ANFO berada dalam bagian kolom yang kering.
Tahap pertama degan EMULAN, sebuah pola pemboran 2.5 x 6 m
digunakan, Stemming sekitar 2 m. Peledakan menghasilakan fragmentasi yang
terlalu halus. Density tinggi EMULAN yang disertakan pola pemboran yang lebih
rapat menghasilkan powder factor yang sangat tinggi.
Pola pemboran kemudaian diperbesar 3.2 x 6.4 m tapi fragmentasi terlalu
besar. Akhirnya pola 3.7 x 7.2 m menghasilkan hasil peledakan yang normal
dalam perbandingan dengan DYNAMEX dan ANFO. Dalam pengurangan 0.067
samapai 0.038 meter pemboran/m3 , didapatkan hasil menurunnya powder factor
dari 0.37 sampai 0.31 kg/m dan penurunan biaya peledakan dan pemboran.
Gambar 9Pola pemboran akhir setelah penggantian bahan peledak
KESIMPULAN
Dari studi kasus, EMULITE dan EMULAN dapat menghasilkan efisiensi
pembakaran untukbahan peledak emulsi. Biasanya VoD. bahan peledak komersil
sangat bergantung pada diameter lubang ledak, yang mana mengindikasikan
detonasi non ideal dengan penurunan efisiensi pada fase ekspansi awal. Secara
kualitatif, ini berarti bahwa total energy bahan peledak yang tersampaikan
menurun dengan menurunnya diameter lubang ledak.
Gambar 10Deskripsi skematis keadaan ideal dan tidak ideal
Perbandingan ideal antara VoD dan VoD keadaan nyata di lapangan
mengindikasikan derajat yang tidak ideal untuk lubang diameter yang bervariasi.
Karena dalam pengikatan antara minyak dan oksida dalam emulsi, kebanyakan
energi kimia terlepas, secara seketika tersampaikan untuk membantu ekspansi
penghancuran batuan