Pendahuluan: Tantangan Stabilitas Terowongan di Tambang Bawah Tanah
Dalam industri pertambangan, stabilitas terowongan bawah tanah merupakan aspek krusial yang memengaruhi keselamatan kerja dan efisiensi produksi. Studi terbaru bertajuk "Numerical analysis of underground tunnel deformation: a case study of Midroc Lega-Dembi gold mine" mengangkat fenomena deformasi serius yang terjadi di tambang emas terbesar Ethiopia, yaitu Midroc Lega-Dembi. Melalui pendekatan numerik dan studi kasus konkret, para peneliti mengungkap penyebab utama keruntuhan terowongan serta merekomendasikan strategi pendukung struktur yang optimal.
Lokasi dan Signifikansi Tambang Lega-Dembi
Terletak di wilayah selatan Ethiopia, tambang ini berada di kedalaman sekitar 440 meter, dengan kondisi geoteknik yang tergolong ekstrem. Tambang ini menyumbang produksi hingga 4.500 kg emas per tahun dari total cadangan 37 juta ton bijih, menjadikannya aset vital bagi perekonomian Ethiopia.
Namun, keberadaan batuan lemah seperti talcose schist dan tingginya konsentrasi zona patahan menyebabkan tiga keruntuhan besar sejak 2018. Salah satunya merusak 20 meter headrace tunnel, bahkan sistem penguat seperti swellex rock bolts (panjang 4 m) pun gagal menahan deformasi.
Metodologi: Pendekatan Numerik untuk Menganalisis Deformasi
Penelitian ini menggunakan tiga perangkat lunak geomekanika:
- RS2 (2D Finite Element Method)
- FLAC3D (3D Finite Difference Method)
- 3DEC (3D Distinct Element Method)
Pendekatan ini memadukan metode continuum dan discontinuum, memungkinkan simulasi realistis dari deformasi batuan akibat penggalian dan dukungan struktur. Model geometri berbentuk horseshoe dengan lebar 6 m dan tinggi 7,5 m, serta zona pengaruh hingga 24 m dari dinding terowongan.
Hasil Utama dan Temuan Kunci
1. Evaluasi Deformasi: Terowongan Masuk Kategori Squeezing Parah
Berdasarkan kurva klasifikasi Hoek, deformasi 5,84% dari radius menunjukkan kondisi squeezing yang parah. Displacement maksimum mencapai 0,40 m, terutama di dinding kanan.
2. Efektivitas Sistem Pendukung
a. Tanpa Dukungan: Displacement mencapai 0,36 m
b. Rock Bolt Saja: Displacement berkurang ke 0,28 m
c. Kombinasi Rock Bolt + Shotcrete: Displacement turun drastis menjadi 0,11 m
➡️ Kombinasi sistem ini memberikan penurunan deformasi hingga 69,44%, dibandingkan terowongan tanpa dukungan.
3. Pengaruh Parameter Geoteknik
Hasil parametric study mengungkap bahwa:
- Penurunan GSI 50% → deformasi meningkat 80,17%
- Penurunan UCS 50% → deformasi meningkat 99,85%
- Penurunan Young's modulus 50% → deformasi meningkat 93,10%
- Peningkatan Disturbance Factor (D) dari 0 ke 1 → deformasi meningkat 59,49%
- Rock joint sepenuhnya (fully jointed) → deformasi meningkat hingga 1,08 m (naik 142,85%)
➡️ GSI dan UCS terbukti sebagai parameter paling berpengaruh terhadap deformasi terowongan.
Studi Kasus Validasi: Perbandingan dengan Da Pingshan Tunnel, Tiongkok
Penelitian ini memvalidasi model FLAC3D dengan membandingkan hasil simulasi terhadap studi Yu et al. (2017) tentang terowongan di kawasan karst. Hasilnya selaras, menunjukkan model ini andal untuk memprediksi deformasi terowongan di berbagai kondisi geologis.
Analisis Perbandingan: Metode Kontinu vs Diskontinu
Analisis perbandingan antara metode kontinu dan diskontinu menunjukkan bahwa kedua metode menghasilkan pola tegangan yang serupa setelah penggalian. Namun, terdapat perbedaan signifikan pada nilai perpindahan akhir (displacement), di mana metode diskontinu (3DEC) menunjukkan nilai displacement yang lebih kecil (0,375 m) dibandingkan dengan metode kontinu menggunakan RS2 (0,40 m) dan FLAC3D (0,731 m). Selain itu, nilai tegangan pasca penggalian (post excavation stress) juga berbeda, dengan metode diskontinu mencapai 25 MPa, lebih tinggi dibandingkan RS2 sebesar 15 MPa dan FLAC3D sebesar 20,12 MPa. Perbedaan ini terutama disebabkan oleh kemampuan metode diskontinu dalam memodelkan retakan antar blok batuan secara lebih realistis, sehingga memperlihatkan respons yang lebih akurat terhadap kondisi lapangan dibandingkan metode kontinu yang menganggap batuan sebagai media homogen.
Rekomendasi Desain Tambang
Berdasarkan hasil studi, disarankan:
- Menggunakan rock bolt panjang 4 m
- Menambahkan shotcrete 100 mm dengan kekuatan fck 30 MPa
- Menyesuaikan pola dan jarak pemasangan baut
- Melakukan pemantauan parameter GSI dan UCS secara berkala
Langkah-langkah ini dapat meningkatkan keselamatan operasional dan memperpanjang umur infrastruktur bawah tanah di tambang.
Kritik dan Opini
Studi ini unggul dari sisi metodologi, terutama dengan penggunaan gabungan tiga pendekatan numerik. Namun, studi lapangan lebih lanjut sebaiknya dilakukan untuk memverifikasi hasil simulasi dalam jangka panjang. Selain itu, riset lanjutan bisa mengintegrasikan metode machine learning untuk prediksi deformasi berdasarkan parameter geoteknik secara real-time.
Kesimpulan
Studi deformasi terowongan Midroc Lega-Dembi menegaskan pentingnya strategi dukungan batuan yang adaptif terhadap kondisi geoteknik ekstrem. Kombinasi rock bolt dan shotcrete terbukti sangat efektif mengurangi deformasi, sedangkan GSI dan UCS adalah indikator utama kestabilan. Penelitian ini menjadi acuan penting untuk desain dan manajemen terowongan tambang yang lebih aman, efisien, dan tahan lama.
Sumber : Numerical analysis of underground tunnel deformation: a case study of Midroc Lega-Dembi gold mine. Scientific Reports (2024) 14:7964.