Mengoperasikan fasilitas jauh di bawah permukaan bumi memerlukan pemantauan terus-menerus terhadap dua elemen penting: udara dan air.
Pekerja di terowongan dan terowongan bawah tanah bergantung pada ventilasi yang andal untuk bertahan hidup dan bekerja dengan aman. Pada saat yang sama, air tanah dan air hujan yang merembes ke bawah tanah harus dikumpulkan dan dipompa ke permukaan.
Tantangan ini biasa terjadi pada operasi pertambangan besar, dimana tim khusus mengelola sistem ventilasi dan air. Ini juga merupakan bagian penting dari pengoperasian Sanford Underground Research Facility (SURF), sebuah laboratorium ilmiah bawah tanah besar yang berlokasi di South Dakota. Meskipun penambangan tidak lagi dilakukan di sana, para insinyur pertambangan tetap bertanggung jawab untuk memelihara secara aman jaringan terowongan dan poros yang luas.
Hujan deras memicu perubahan aliran udara yang tidak terduga
Sejak bergabung dengan SURF pada tahun 2019, insinyur pertambangan Jason Connot telah mengawasi sistem ventilasi fasilitas tersebut. Saat hujan deras, dia dan rekan-rekannya mulai memperhatikan sesuatu yang tidak biasa. Pola aliran udara bawah tanah terkadang melemah atau bahkan berbalik arah.
“Kami melihat kipas angin kami rusak di Shaft 5. Beberapa area mengalami penurunan atau bahkan pembalikan aliran udara saat hujan lebat,” kata Connot.
Dalam kondisi normal, udara segar masuk ke fasilitas melalui dua sumur utama dan keluar melalui dua sumur terpisah. Salah satu jalur pembuangan tersebut adalah 5 Shaft. Namun, saat hujan deras, kelebihan air dialirkan ke Sumur 5 ke kolam bawah tanah yang dalam dan kemudian dapat dipompa keluar.
“Awalnya kami tidak tahu apa yang terjadi dengan aliran udara saat hujan lebat,” kata Connot. “Kami semua dapat melihat perubahan aliran udara terjadi di seluruh ruang bawah tanah, dan kami bertanya-tanya mengapa hal ini terjadi?”
Sensor mengungkapkan petunjuk
Menemukan jawabannya memerlukan data.
Terobosan ini terjadi setelah pemasangan sensor aliran udara Maestro pada level 2000 sebagai bagian dari sistem kontrol ventilasi otomatis. Pengukuran ini memberi para insinyur gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana udara bergerak melalui fasilitas tersebut.
Bukti sebelumnya telah mengisyaratkan adanya kaitan. Selama pengujian sistem banjir sumur, sensor aliran udara tingkat 4850 mencatat peningkatan pergerakan udara yang tidak terduga.
Sensor ini dibuat dan dipasang oleh guru sains SMA Spearfish Steve Gabriel dan murid-muridnya. Gabriel kemudian bergabung dengan SURF sebagai teknisi ventilasi penuh waktu.
“Kami merasakan peningkatan aliran udara pada level 4850 selama pengujian ini. Itulah yang membuat korelasi dan memulai segalanya,” kata Connot.
Efek mengejutkan dari air terjun
Saat terjadi badai besar, air yang masuk bisa melebihi kapasitas sistem pemompaan bawah tanah. Untuk menangani volume ekstra, para insinyur mengirimkan kelebihan air di Sumur 5 ke kolam dalam di bawahnya, seperti bendungan pelimpah yang membantu mengurangi tekanan di reservoir yang penuh.
Tim menduga air terjun itu sendiri dapat mempengaruhi sirkulasi udara.
Teori mereka adalah bahwa kolom air yang turun bertindak seperti jarum suntik, mendorong udara melalui sumur saat jatuh.
Idenya menarik, namun memerlukan konfirmasi ilmiah.
Connot mencari literatur ilmiah dan menemukan laporan yang menggambarkan fenomena serupa di sistem saluran pembuangan kota besar. Studi-studi ini mencakup persamaan dinamika fluida yang menjelaskan bagaimana pergerakan air dapat mempengaruhi pergerakan udara di ruang terbatas.
Bekerja sama dengan rekan-rekannya di South Dakota Mines, Connot mengadaptasi persamaan ini agar sesuai dengan kondisi SURF. Hasilnya sangat cocok dengan apa yang diamati para insinyur di bawah tanah.
“Saat kami menambahkan angka dan parameter ke model, semuanya menjadi sempurna,” kata Connot. “Anda tidak akan percaya bahwa berat tetesan air dapat menggerakkan begitu banyak udara.”
Implikasi terhadap ventilasi dan keselamatan tambang
Temuan ini lebih dari sekadar hujan lebat dan bisa berdampak pada operasi bawah tanah di seluruh dunia.
“Jika terjadi kebakaran, insinyur pertambangan terkadang membuka katup dan menuangkan air ke dalam lubang. Mengetahui bahwa hal ini dapat mengubah aliran udara adalah informasi penting bagi semua orang. Kami telah mengujinya, kami telah melihatnya terjadi,” kata Connot.
SURF berfungsi sebagai pusat penelitian, para insinyur mempunyai kesempatan untuk mempelajari fenomena tersebut secara detail.
“Ini bukan jenis studi yang selalu kami punya waktu untuk lakukan di tambang yang sedang beroperasi,” kata Connot.
Bryce Pietzyk, direktur operasi bawah tanah di SURF, mengatakan upaya tersebut mencerminkan komitmen Connot untuk memahami sistem kompleks fasilitas tersebut.
“Satu hal yang sangat saya sukai dari bekerja dengan Jason adalah dia benar-benar ingin mempelajari detail yang diperlukan untuk memahami sistem operasi kompleks seperti ini. Belum pernah ada orang yang meluangkan waktu untuk memahami masalah ini, namun ini sangat penting, dan itulah mengapa seluruh tim mendukung penelitian ini,” kata Pietzyk. “Melalui upaya ini, kami dapat mengantisipasi masalah aliran udara, memprediksi apa yang akan terjadi, dan mengonfigurasi kontrol ventilasi dengan cara yang benar.”
Penelitian dipublikasikan di Mining Journal
makalah Connot, Pengaruh aliran air pada sistem ventilasi tambang: studi kasusditerbitkan di Penambangan, metalurgi dan eksplorasi.
Andrea Brickey, penasihat Connot dan profesor di Departemen Teknik dan Manajemen Pertambangan di South Dakota Mines, memuji penelitian dan ketekunan di baliknya.
“Sebagai seorang penasihat, kami tidak bisa meminta mahasiswa pascasarjana yang lebih baik dari Jason,” kata Brickey. “Dia mengidentifikasi fenomena yang berdampak pada sistem ventilasi dan rasa ingin tahunya mendorongnya untuk menentukan cara memprediksi perilaku ini. Dia berhasil, dan karyanya membantu SURF dan seluruh industri.”
Pietzyk juga menyoroti upaya yang diperlukan untuk menyelesaikan penelitian sambil menyeimbangkan tanggung jawab profesional dan pribadi.
“Jason adalah seorang insinyur yang melampaui dan melampauinya,” kata Pietzyk. “Pekerjaan yang telah dia lakukan untuk menyelesaikan penelitian ini menunjukkan bahwa dia benar-benar peduli terhadap fasilitas ini. Dia telah menjaga semuanya tetap bersama saat melakukan pekerjaan penuh waktu di bidang teknik, pulang pergi dari Rapid City, menyelesaikan gelar masternya dan membesarkan sebuah keluarga. Dia pantas mendapatkan pujian untuk ini, ini benar-benar upaya yang luar biasa.”
