Pengenalan Bahan Peledak

AWANG SUWANDHI SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI MINERAL INDONESIA JL. GARUT NO. 11 ; BANDUNG 40271  022-720 5714 BUMI RANCAEKEK KENCANA JL. SUPLIR IX NO.18 ; BANDUNG 40394  022-779 7227; HP: 0852 2003 3527 E-mail: [email protected]

PELEDAKAN OVERBURDEN BATUBARA

PENGERTIAN BAHAN PELEDAK KLASIFIKASI KARAKTERISTIK 



TIPE DAN JENIS HANDAK INDUSTRI

DEFINISI BAHAN PELEDAK (industri / komersial) 

Bahan peledak adalah suatu bahan kimia senyawa tunggal atau campuran berbentuk padat, cair, gas atau campurannya yang apabila dikenai suatu aksi panas, benturan, gesekan atau ledakan awal akan mengalami suatu reaksi kimia eksotermis sangat cepat yang hasil reaksinya sebagian atau seluruhnya berbentuk gas dan disertai panas dan tekanan sangat tinggi yang secara kimia lebih stabil.

 Hasil ledakan: (Langefors, 1978) – – –

P = 100.000 atm ≅ 101.500 kg/cm2 ≅ 10.000 Mpa T = ± 4000° C Daya (energi) = ± 25.000 MW = 25 x 106 kW = 5.950.000 kcal /s

(1 kW = 0,238 kcal /s)

 Bandingkan, Steel barrel:

 Kekuatan sampai dengan 5.000 atm≅ 500 MPa  Titik leleh = 1.500° C  Titik didih = 3.000° C

 Energi Gelatin explosive dalam 1 m kolom lub.ledak: • Power = 1.200 kcal/kg/m ; kecep. detonasi = 4.000 m/s • Didalam lubang ledak =

1200

kcal m x 4000 = 48 x 10 5 kcal/s m s

PEMBAKARAN (COMBUSTION)  Reaksi permukaan yang eksotermis dan dijaga keberlangsungannya oleh panas yang dihasilkan dari reaksi itu sendiri dan produknya berupa pelepasan gas-gas.  Contoh:  Kriteria: – – – –

CH3(CH2)10CH3 + 18½ O2 → 12 CO2 + 13 H2O diesel oil

Melibatkan reaksi kimia Okdigen tersedia berlebih di udara bebas Motor bakar (bensin atau solar): tidak perlu tangki oksigen Metoda pemadaman kebakaran: isolasi benda terbakar dari oksigen

LEDAKAN (EXPLOSION)  Ekspansi seketika yang cepat dari gas menjadi bervolume lebih besar dari sebelumnya diiringi suara keras dan efek mekanis yang merusak.  Contoh:  Tangki bertekanan meledak  Balon karet meletus  Kriteria:  Tidak melibatkan reaksi kimia  Transfer energi ke gerakan massa (efek mekanis)  Disertai panas dan bunyi

DEFLAGRASI (DEFLAGRATION)  Adalah proses kimia eksotermis di mana transmisi dari reaksi dekomposisi didasarkan pada konduktivitas termal (heat/thermal conductivity)  Merupakan fenomena reaksi permukaan di mana reaksinya meningkat menjadi peledakan dengan kecepatan rendah, yaitu antara 300-1000 m/s, atau lebih rendah dari kecep suara (subsonic)  Deflagrasi terjadi pada reaksi peledakan LOW EXPLOSIVE (black powder): - Potassium nitrat + charcoal + sulfur 20NaNO3 + 30C + 10S → 6Na2CO3 + Na2SO4+ 3Na2S +14CO2 +10CO + 10N2

- Sodium nitrat + charcoal + sulfur 20KNO3 + 30C + 10S → 6K2CO3 + K2SO4+ 3K2S +14CO2 +10CO + 10N2

DETONASI (DETONATION)  Adalah proses kimia-fisika yang mempunyai kecepatan reaksi sangat tinggi, sehingga

menghasilkan gas dan temperature sangat besar yang semuanya membangun ekspansi gaya yang sangat besar pula. Kecepatan reaksi yang sangat cepat dan diawali dengan panas

tersebut menghasilkan gelombang tekanan kejut (shock compression wave) dan membebaskan energi dengan mempertahankan shock wave serta berakhir dengan ekspansi hasil reaksinya.  Contoh:

TNT meledak ANFO meledak NG meledak NG + AN meledak

: C7H5N3O6 → 1,75 CO2 + 2,5 H2O + 1,5 N2 + 5,25 C : 3 NH4NO3 + CH2 → CO2 + 7 H2O + 3 N2 : C3H5N3O9 → 3 CO2 + 2,5 H2O + 1,5 N2 + 0,25 O2 : 2 C3H5N3O9 + NH4NO3 → 6 CO2 + 7 H2O + 4 N4 + O2

 Kriteria: - Melibatkan reaksi kimia

- Oksigen utk reaksi terdapat dalam bahan itu sendiri (tanpa oksigen dari udara) - Handak dapat digunakan dalam lubang ledak - Reaksi ledakan tidak dapat dipadamkan - Reaksi sangat cepat (> Kecepatan suara ≈ supersonic); contoh VoDANFO = 4500 m/s - Shock compression: mempunyai daya dorong sangat tinggi, merobek retakan yang sudah ada sebelumnya - Shock wave: bahaya symphatetic detonation, menentukan safety distance - Ada ledakan (gerakan massa, bunyi dan panas)

SEGITIGA PEMBAKARAN

SEGITIGA DETONASI

KLASIFIKASI BAHAN PELEDAK BAHAN PELEDAK BAHAN PELEDAK KUAT (HIGH EXPLOSIVES) PRIMER CONTOH: Pb Azide Pb Stypnate Hg Fulminate

SEKONDER CONTOH: NG TNT PETN Dinamit Emulsi ANFO

BAHAN PELEDAK LEMAH (LOW EXPLOSIVES)

TERSIER

PIROTEKNIK

PROPELAN

CONTOH: AN AP DNT

CONTOH: Thermite Delay composition Ignition charge

LIQUID

MONO

KOMPOSIT

CONTOH: Nitramine Hydrazine

CONTOH: LOx Fuel

PADAT

SINGLE BASE CONTOH: Nitro cellulose

DOUBLE BASE CONTOH: NC / NG

TRIPLE BASE CONTOH: NC / NG / NQ

COMPOSITE CONTOH: NC / NG / AP / Al / RDX

KLASIFIKASI BAHAN PELEDAK INDUSTRI BAHAN PELEDAK INDUSTRI (Mike Smith, 1988) BAHAN PELEDAK KUAT TNT Dinami t Gelati ne

AGEN PELEDAKAN ANFO Slurrie s Emul si Hybrid ANFO Slurry mixtures

BAHAN PELEDAK KHUSUS Seismik Trimmin g Permissi ble Shaped charges Binary LOX Liquid

PENGGANTI BAHAN PELEDAK Compressed air/ gas Expansion agents Mechanical methods Jet piercing Water jets

KARAKTERISTIK BAHAN PELEDAK Karakter fisik Karakter kinerja detonasi

Densitas Sensitivitas Ketahanan Thd. Air Kestabilan Kimiawi Karakteristik Gas

(density) (sensitivity) (water resistance) (chemical stability) (Fumes characteristics)

• Berat bahan peledak per unit volume diekspresikan dalam satuan gr/cc • Densitas bhn.peledak yang tinggi akan lebih mudah menghasilkan dead pressed (detonasi rendah akibat kehilangan sensitivitas karena terhambatnya tekanan) dibanding densitas yang rendah • Loading density adalah berat per meter bhn.peledak didalam kolom lub.tembak (kg/m) • Batuan masif - pakai densitas bhn. peledak tinggi • Batuan berstruktur/lunak - pakai densitas bhn.peledak rendah • Densitas ANFO 0,85 gr/cc

• Ukuran tingkat kemudahan inisiasi bhn.peledak atau ukuran minimal booster yang diperlukan • Bervariasi tergantung pada kompisisi bhn.peledak, diameter, temperatur dan tekanan ambient • High explosive (1,1D) - sensitif terhadap detonator No.8 atau detonating cord 10 gr/m • Blasting agent (1,5D) - tdk sensitif terhdp. detonator No.8; memerlukan booster (primer) • Beberapa blasting agent sensitif terhadap det.cord dan dapat mencegah sekuen peledakan tunda downhole

HUBUNGAN DENSITAS DAN SENSITIVITAS HANDAK 

 

Densitas kritis terbentuk bila partikel2 pembentuk handak terlalu rapat, shg tidak terdapat voids sebagai ruang bagi terbentuknya hot spots agar terjadi detonasi Densitas handak berhubungan erat dengan sensitivitasnya Deadpressing terbentuk bila voids untuk gas rusak, misalnya karena tekanan, gelombang kejut, shg mengurangi sensitivitasnya.

 Kemampuan bhn.peledak untuk melawan air disekitarnya tanpa kehilangan sensitifitas atau efisiensi  Ketahanan thd air bhn.peledak bervariasi. ANFO tidak tahan terhadap air (larut); sedangkan emulsi dan watergels tahan air  Fume berwarna coklat-orange dari gas NO menandakan hasil peledakan yang tidak efisien akibat bhn. peledak basah  Ketahanan thd air dapat dilakukan dengan melapisi lub. ledak atau menggunakan cartridge

• Kemampuan untuk tidak berubah secara kimia dan tetap mempertahankan sensitifitas selama dalam penyimpanan di gudang dengan kondisi tertentu • Bhn.peledak yang tdk stabil (mis. NG based) mempunyai kemampuan stabil lebih pendek dan cepat rusak • Faktor-faktor yang mempercepat ketdk stabilan kimiawi a.l: panas, dingin, kelembaban, kualitas bahan baku, kontaminasi, pengepakan, fasilitas gudang • Tanda-tanda kerusakan a.l: kristalisasi, penambahan viskositas, dan penambahan densitas • Gudang bh.peledak bawah tanah akan mengurangi efek perubahan temperatur

• Detonasi bhn.peledak menghasilkan gas-gas non-toxic (CO2, H2O, N2) dan toxic (NO, NO2, CO) • Gas-gas ini perlu diperhatikan pada peledakan bawah tanah atau terbuka bila gerakan angin yang rendah • Faktor-faktor yang menimbulkan gas toxic a.l: letak primer yang tidak tepat, kurang tertutup, air, komposisi bhn.peledak tidak baik, timing (sistem tunda) tidak tepat, dan adanya reaksi dengan batuan (sulfida atau karbonat)

 Kekuatan Detonasi Kecepatan Detonasi Tekanan Detonasi Tekanan Thd. Lubang Ledak Daya Ledakan Energi Efektif

(strength) (VOD) (detonation pressure) (borehole pressure) (explosive power) (effective energy)

KEKUATAN DETONASI (detonation strenght) 

Absolute Weight Strength (AWS)   



Relative Weight Strength (RWS)  



Adalah kekuatan handak (dalam berat) dibanding dengan ANFO RWSHANDAK

=

AWSHANDAK AWS ANFO

Absolute Bulk Strength (ABS)   



Energi panas maks handak teoritis didasarkan pada campuran kimawinya Energi per unit berat handak dalam joules/gram AWSANFO adalah 373 kj/gr dengan campuran 94% AN dan 6% FO

Energi per unit volume, dinyatakan dalam joules/cc ABSHANDAK = AWSHANDAK x densitas ABS bulk ANFO = 373 kj/gr x 0,85 gr/cc = 317 kj/cc

Relative Bulk Strength (RBS)  

Adalah kekuatan handak curah (bulk) dibanding ANFO RBSHANDAK

=

ABS HANDAK ABS ANFO

KECEPATAN DETONASI (velocity of detonation / VOD)  

 

 

Laju rambatan gelombang detonasi sepanjang handak, satuannya m/s atau fps Nilainya bervariasi tergantung diameter, densitas, ukuran partikel handak. Untuk handak komposit (non-ideal) tergantung pula pada derajat keterselubungan (confinement degree) Kecepatan ANFO antara 2500 – 4500 m/s tergantung pada diameter lubang ledak Kecep detonasi merupakan komponen utama dari energi kejut (shock energy) yang menimbulkan pecahnya batuan Kecep detonasi handak harus melebihi kecepatan suara massa batuan (impedance matching) Dapat diukur untuk menentukan handak yang efisien

EFEK KANDUNGAN AIR TERHADAP VODANFO

TEKANAN DETONASI (detonation pressure) 



Tekanan yg terjadi disepanjang zona reaksi peledakan hingga terbentuk reaksi kimia seimbang sampai ujung handak yang disebut dgn bidang ChapmanJouguet (C-J plane). Umumnya memp satuan MPa. Dari penelitian oleh Cook menggunakan foto sinar-x, diformulasi tekanan detonasi sbb: PD = ρe x VD x U p Up = 0,25 x VD

ρe x VD 2 PD = 4

Dimana: PD = tekanan detonasi, kPa ρ e = densitas handak, gr/cc VD = kecep detonasi, m/s 

ANFO dgn densitas 0,85 gr/cc dan VOD 3700 m/s memiliki PD = 2900 MPa

TEKANAN THD LUBANG LEDAK (borehole pressure) 





Tekanan terhadap dinding lubang ledak akibat ekspansi detonasi gas Biasanya sekitar 50% dari tekanan detonasi Volume dan laju kecep gas yang dihasilkan peledakan mengontrol tumpukan dan lemparan fragmen batuan

SEKUEN PROSES YANG TERJADI PADA BIDANG HORISONTAL DARI MASSA BATUAN DI SEKITAR LUBANG LEDAK KETIKA KOLOM LUBANG LEDAK TERINISIASI

a)

c) b)

dikelompokkan sbb:

 AGEN PELEDAKAN (BLASTING

AGENTS)  BAHAN PELEDAK BERBASIS “NG”  PERMISSIBLE EXPLOSIVE  BLACK POWDER  DETONATOR

KLASIFIKASI AGEN PELEDAKAN

AMMO

BAHAN BAKAR KARBON (biasanya solar atau Fuel Oil/FO)

ALUMINIUM

CAMPURAN LAIN UNTUK MENINGKATKAN DENSITAS

AMMONIUM NITRAT (NH4NO3) •

•

• •

Densitas : - butiran berpori 0,74 – 0,78 gr/cc (untuk agen peledakan) - butiran tak berpori 0,93 gr/cc (untuk pupuk urea) Porositas: - mikroporositas 15% - makro plus mikroporositas 54% - butiran tak berpori mempunyai porositas 0 – 2% Ukuran partikel : yang baik untuk agen peledakan antara 1 – 2 mm Tingkat kelarutan terhadap air bervariasi tergantung temperatur, yaitu: - 5° C tingkat kelarutan 57,5% (berat) - 10° C tingkat kelarutan 60% (berat) - 20° C tingkat kelarutan 65,4% (berat) - 30° C tingkat kelarutan 70% (berat) - 40° C tingkat kelarutan 74% (berat)

BULK ANFO (1) 





1 0 0





Campuran AN (ammonium nitrat) dan FO (solar) sebesar 94,3% AN dan 5,7% FO akan menghasilkan zero oxygen balanced dengan energi panas sekitar 3800 joules/gr handak Campuran yang tidak sempurna akan menghasilkan energi ledak rendah dan gas beracun (noxious gasses) Overfueled dengan 92% AN dan 8% FO akan menurunkan energi 6% dan menghasilkan gas CO yang berbahaya Under fueled dengan 96% AN dan 4% FO menurunkan energi 18% dan menghasilkan gas NO2 Ukuran partikel AN antara 1 – 2 mm

O

x

3 8 0 0

9 0 8 0

Non-absorbent dense prill Distribusi FO tdk merata, shg oxygen balance buruk

Absorbent porous prill FO diserap merata dengan perbandingan yang proporsional

SIFAT-SIFAT ANFO (2) (Data diperoleh dari Dyno Nobel untuk Prilled ANFO) 

  



 



Densitas:  Poured (gr/cc) 0,80 – 0,85  Blow Loaded (gr/cc) 0,85 – 0,95 Energi (MJ/kg): 3,7 RWS (%): 100 → (373 kj/gr) RBS:  Poured (%) 100 → (317 kj/cc)  Blow Loaded (%) 116 Diameter lubang ledak min.:  Poured (mm) 75  Blow Loaded (mm) 25 Ketahanan thd. air: buruk Shelf Life:  Maks. 6 bulan tergantung temperatur dan kelembaban gudang  Gudang yang bersuhu dan kelembaban tinggi akan ANFO rusak, ditandai dgn pengerasan atau caking yg akan mengurangi kinerja peledakan Waktu Tidur (Sleep Time) :  Dalam kondisi normal kering dengan lubang tertutup stemming yang baik, ANFO dapat ditidurkan sampai 6 bulan  Kehadiran air dalam lubang akan menurunkan secara dramatis waktu tidur

KEBUTUHAN FO UNTUK MEMBUAT ANFO ANFO,kg 10 50 80 100 500 1000

BAHAN BAKAR (FO) kg liter 0,57 2,85 4,56 5,70 28,50 57,00

0,71 3,56 5,70 7,13 35,63 71,25

AN,kg 9,43 47,15 75,44 94,30 471,50 943,00

ANFO DARI TIGA PRODUSEN PROPERTIES

NITRO NOBEL

PT DAHANA

ICI EXPL. (ORICA)

0,80 – 0,84

0,80 – 1,10

100

100 – 113

Density, gr/cc : - Poured

0,80 – 0,85

- Blow loaded

0,85 – 0,95

- Bulk Energy, MJ/kg

3,70

RWS, %

100

RBS, % :

100 – 156

- Poured

100

- Blow loaded

116

VoD, m/s Min. hole diameter, mm :

3000 – 3300

4100

38,10

25

- Poured

75

- Blow loaded

25

Water resistance

nil

Poor

Poor

6

6

6

ANFO prill

DANFO

Nitropril

Storage life, month Trade mark

BAHAN PELEDAK SLURRY ATAU WATERGEL Istilah slurries dan watergel adalah sama artinya, yaitu campuran oksidator, bahan bakar, dan pemeka (sensitizer) di dalam media air yang dikentalkan memakai gums, semacam perekat, sehingga campuran tersebut berbentuk jeli atau slurries yang mempunyai ketahanan terhadap air sempurna. Sebagai oksidator bisa dipakai sodium nitrat atau ammonium nitrat, bahan bakarnya adalah solar atau minyak diesel, dan pemekanya bisa berupa bahan peledak atau bukan bahan peledak yang diaduk dalam 15% media air.

EMULSIONS (1) 



   

Adalah matriks yang terbentuk dari fase larutan oksidator di dalam fase fuel yang dipertahankan sifat-sifatnya (continuous fuel phase) ditambah emulsifier (biasanya cuka) agar campuran tetap bersatu. Komposisi ini disebut tipe water in oil. Ukuran partikel menjadi kecil berbentuk droplets emulsi handak Konsentrasi matriks emulsi tidak larut air Dapat dibuat di pabrik atau pada truck MMU Densitas antara 1,1 – 1,35 gr/cc VOD antara 4500 – 5800 m/s dan RWS < ANFO tapi RBS > ANFO

AN (AMMONIUM NITRAT) 94% ANFO

+6%

(94% AN + 6% FO)

FO

81% +18%

EMULSI

AIR

(76% AN + 5% FO + 18% AIR + 1% EMULSIFIER)

+1% EMULSI FIER

EMULSIONS (2)

Oxidiser Phase Suspended Fuel Phase Continuous (surrounds the oxidiser)

Pembesaran 1250 x

Photograph from Nitro Nobel

Handak

Ukuran butir

Bentuk butir

VOD, m/s

ANFO

2,00 mm

Semua padat

3500 - 4500

Dynamit

0,20 mm

Semua padat

4000

Slurry

0,20 mm

Padat / liquid

3300

Emulsi

0,001 mm

Liquid

5000 - 6000 Bampfield & Morrey, 1984

POLA URUTAN PRODUKSI EMULSI

FASE LARUTAN OKSIDA

TANGKI PENGADUK Prod. by Aws

JENIS HANDAK BERBASIS EMULSI (kemasan berbentuk cartridge) PRODUSEN DAHANA

DYNO NOBEL

ICI EXPLOSIVE

SASOL SMX

Merk dagang

Dayagel magnum

Emulite

Seri Powergel

Seri Emex

Desitas, gr/cc

1,25

1,18 – 1,25

1,16 – 1,32

1,12 – 1,24

20

25

20

--

RWS, %

119

111

98 – 118

74 – 186

RBS, %

183

162

140 – 179

97 – 183

4600 – 5600

5000 – 5800

4600 – 5600

4600 – 5600

25 – 65

25 – 80

25 – 65

25 – 65

Ketahanan thd air

Sangat baik

Sangat baik

Sangat baik

Sangat baik

Penyimpanan, thn

1

1

1

1

SIFAT

Berat/karton, kg

VOD, m/s Diameter, mm

KEMASAN HANDAK BERBASIS EMULSI BUATAN DYNO NOBEL DAN ICI EXPLOSIVES

HEAVY ANFO 100

90

80

70

0

10

20

30

RUANG UDARA

RUANG UDARA TERISI OLEH EMULSI

0 ,8 0

1 ,1 0

1 ,2 4

BAHAN PELEDAK BERBASIS NG DAN PERMITTED EXPLOSIVE

Dikatagorikan sebagai salah satu perlengkapan peledakan

1. DETONATOR 2. DETONATOR 3. DETONATOR 4. DETONATOR

BIASA LISTRIK NONEL ELEKTRONIK

STRENGTH DETONATOR • Kekuatan ledak (strength) detonator ditentukan oleh jumlah isian dasarnya dan diidentifikasi sbb: (dari ICI Explosive) • detonator No. 6 = 0,22 gr PETN • detonator No. 8 = 0,45 gr PETN • detonator No. 8* = 0,80 gr PETN

tabung sil (shell

STRENGTH DETONATOR • Kekuatan ledak (strength) detonator ditentukan oleh jumlah isian dasarnya dan diidentifikasi sbb: (dari ICI Explosive)

• • •

1. detonator No. 6 = 0,22 gr PETN 2. detonator No. 8 = 0,45 gr PETN 3. detonator No. 8* = 0,80 gr PETN

tabung alumunium pelapis baja