Pendahuluan: Menguak Tantangan Stabilitas Terowongan di Dunia Pertambangan
Konstruksi dan pemeliharaan terowongan di tambang bawah tanah adalah tantangan geoteknik yang kompleks, terutama di daerah dengan kondisi batuan yang lemah dan tidak stabil. Salah satu contoh ekstremnya terjadi di tambang emas Lega-Dembi di Ethiopia. Tambang ini telah mengalami tiga keruntuhan besar sejak 2018, yang berdampak pada terhambatnya produksi dan risiko keselamatan pekerja.
Artikel ilmiah berjudul “Numerical analysis of underground tunnel deformation: a case study of Midroc Lega-Dembi gold mine” membahas pendekatan numerik dalam mengevaluasi deformasi terowongan serta solusi teknik yang paling efektif untuk menghadapinya. Melalui model simulasi tiga dimensi dan studi kasus nyata, riset ini membuka jalan bagi rancangan sistem penyangga yang lebih tangguh dan adaptif terhadap kondisi batuan ekstrem.
Lega-Dembi: Lokasi Strategis dengan Risiko Geoteknik Tinggi
Tambang ini terletak di ketinggian 2200 m, di bawah Pegunungan Lega-Dembi di Ethiopia Selatan, dengan kedalaman penggalian mencapai 440 meter. Daerah ini kaya akan emas dengan produksi tahunan 4.500 kg dan total cadangan lebih dari 37 juta ton bijih, namun dikelilingi oleh formasi batuan rapuh seperti talcose schist, gneiss, dan zona sesar aktif.
Tiga kegagalan utama terjadi akibat tekanan geologi dan deformasi dinding terowongan:
- Tahun 2018: Keruntuhan muka terowongan pertama.
- Tahun 2019: Rusaknya headrace tunnel sepanjang 20 meter.
- Januari 2021: Rockfall besar yang mengakibatkan gagalnya sistem penyangga berupa rock bolt sepanjang 4 meter.
Metodologi: Simulasi Numerik 2D dan 3D
Peneliti menggunakan kombinasi metode kontinu dan diskontinu dengan tiga perangkat lunak:
- RS2 (2D finite element)
- FLAC3D (3D finite difference)
- 3DEC (3D distinct element)
Model yang dibangun menggambarkan bentuk terowongan horseshoe dengan lebar 6 m dan tinggi 7,5 m. Model ini memperhitungkan zona pengaruh tekanan sejauh 24 meter dari dinding terowongan untuk meniru realitas geoteknik.
Hasil Simulasi: Apa Penyebab dan Solusinya?
Deformasi Maksimal: 0,40 meter di sisi kanan terowongan
Dengan deformasi sebesar 5,84% dari radius terowongan, struktur diklasifikasikan dalam kategori "severe squeezing" berdasarkan kurva Hoek. Artinya, batuan mengalami deformasi signifikan yang sulit dikontrol hanya dengan penyangga sederhana.
Evaluasi Sistem Penyangga:
- Tanpa penyangga: deformasi 0,36 m
- Dengan rock bolt saja: deformasi berkurang ke 0,28 m
- Kombinasi rock bolt dan shotcrete: deformasi menurun drastis menjadi 0,11 m
Efektivitas kombinasi sistem: mampu menurunkan deformasi hingga 69,44% dibandingkan kondisi tanpa penyangga.
Analisis Parameter Geoteknik: Apa yang Paling Berpengaruh?
1. Geological Strength Index (GSI)
- Penurunan GSI 50% → deformasi naik 80,17%
- Kenaikan GSI 50% → deformasi turun 93,39%
2. Unconfined Compressive Strength (UCS)
- Penurunan 50% → deformasi naik 99,85%
3. Young’s Modulus (E)
- Penurunan 50% → deformasi naik 93,10%
4. Disturbance Factor (D)
- Peningkatan dari 0 ke 1 → deformasi naik 59,49%
5. Rock Joints
- Terowongan tanpa retakan: 0,18 m
- Terowongan dengan full jointed: 1,08 m
Kenaikan deformasi: 142,85%
Kesimpulan penting: GSI dan UCS adalah faktor penentu paling dominan dalam kestabilan terowongan.
Validasi Model dan Studi Pembanding
Peneliti membandingkan model mereka dengan studi oleh Yu et al. (Da Pingshan Tunnel, Tiongkok) dan menemukan hasil yang selaras. Ini memperkuat akurasi model numerik yang digunakan, bahkan dalam kondisi geologi yang sangat berbeda.
Continuum vs Discontinuum: Mana yang Lebih Akurat?
- Metode kontinu (RS2 & FLAC3D) lebih praktis dan cepat digunakan.
- Metode diskontinu (3DEC) memberi prediksi displacement lebih kecil karena mempertimbangkan efek retakan alami dalam batuan.
Keduanya menunjukkan pola tegangan yang serupa, namun metode diskontinu lebih cocok untuk batuan retak yang kompleks seperti pada Lega-Dembi.
Rekomendasi Konstruksi: Kombinasi Sistem Penyangga
Untuk mencapai stabilitas optimal, studi ini menyarankan:
- Pemasangan rock bolt sepanjang 4 meter
- Penggunaan shotcrete setebal 100 mm dengan kekuatan 30 MPa
- Pengaturan jarak antar rock bolt sesuai pola deformasi dominan
- Pemantauan berkala terhadap parameter GSI dan UCS
Analisis Kritis dan Nilai Tambah Penelitian
Kelebihan:
- Kombinasi 3 pendekatan numerik memberi gambaran holistik.
- Disertai validasi model dan studi kasus nyata.
- Relevan untuk tambang lain dengan struktur batuan lemah dan kompleks.
Kekurangan:
- Belum menguji variasi bentuk penampang terowongan lain (selain horseshoe).
- Data lapangan bersifat lokal; perlu studi lanjutan untuk tambang dengan geologi berbeda.
Dampak dan Arah Penelitian Selanjutnya
Penelitian ini relevan untuk:
- Industri pertambangan yang sering mengalami kegagalan struktur bawah tanah.
- Perancang sistem penyangga terowongan yang membutuhkan data teknis empiris.
- Akademisi dan peneliti geoteknik yang fokus pada optimasi desain infrastruktur bawah tanah.
Arah lanjutan yang disarankan:
- Mengintegrasikan machine learning untuk prediksi real-time deformasi.
- Pengembangan sistem monitoring deformasi berbasis sensor digital di lapangan.
Kesimpulan: Originalitas dan Kepraktisan yang Teruji
Studi deformasi di tambang Lega-Dembi ini memperlihatkan pentingnya perpaduan model numerik dan data geoteknik aktual dalam memahami serta menangani keruntuhan terowongan. Kombinasi rock bolt dan shotcrete terbukti sebagai solusi yang paling efektif, terutama untuk kondisi batuan yang sangat lemah.
Lebih dari sekadar simulasi, riset ini menyuguhkan kerangka kerja nyata yang bisa digunakan oleh industri untuk mengurangi risiko kecelakaan, menekan biaya perbaikan, dan meningkatkan umur proyek tambang bawah tanah.
Sumber : Nagessa Zerihun Jilo, Siraj Mulugeta Assefa, & Eleyas Assefa. Numerical analysis of underground tunnel deformation: a case study of Midroc Lega-Dembi gold mine. Scientific Reports, 14, 7964 (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-57621-x