يصبح المنجم أعمق كل عام - 30 مترًا، وفقًا لتقارير الصناعة.
ومع زيادة العمق، تزداد الحاجة إلى التهوية والتبريد، وهو ما يعرفه هاودن من خلال خبرته في العمل مع أعمق المناجم في جنوب أفريقيا.
تأسست شركة هاودن عام ١٨٥٤ على يد جيمس هاودن في اسكتلندا كشركة هندسة بحرية، ودخلت جنوب أفريقيا في خمسينيات القرن الماضي لتلبية احتياجات قطاعي التعدين والطاقة. وبحلول ستينيات القرن الماضي، ساهمت الشركة في تجهيز مناجم الذهب العميقة في البلاد بجميع أنظمة التهوية والتبريد اللازمة لاستخراج الخام بأمان وكفاءة على عمق أميال تحت الأرض.
"في البداية، كان المنجم يستخدم التهوية فقط كطريقة تبريد، ولكن مع زيادة عمق التعدين، أصبح التبريد الميكانيكي مطلوبًا للتعويض عن الحمل الحراري المتزايد في المنجم"، هذا ما قاله تيونس واسرمان، رئيس قسم تبريد المناجم والضواغط في شركة هاودن، لـ IM.
وقد قامت العديد من مناجم الذهب العميقة في جنوب أفريقيا بتثبيت مبردات الطرد المركزي Freon™ فوق وتحت الأرض لتوفير التبريد اللازم للعاملين والمعدات تحت الأرض.
على الرغم من تحسن الوضع الراهن، واجه نظام تبديد الحرارة في الآلة تحت الأرض مشكلة، إذ كانت قدرة التبريد محدودة بسبب درجة الحرارة وكمية هواء العادم المتاحة، وفقًا لواسرمان. في الوقت نفسه، تسببت جودة مياه المناجم في تلوث شديد للمبادلات الحرارية الأنبوبية المستخدمة في هذه المبردات الطاردة المركزية المبكرة.
لحل هذه المشكلة، بدأت المناجم بضخ الهواء البارد من السطح إلى الأرض. وبينما يزيد هذا من قدرة التبريد، فإن البنية التحتية اللازمة تشغل مساحة في الصومعة، وتتطلب العملية استهلاكًا كثيفًا للطاقة.
ولمعالجة هذه المشكلات، تسعى المناجم إلى زيادة كمية الهواء البارد الذي يتم جلبه إلى الأرض من خلال وحدات المياه المبردة.
دفع هذا شركة هاودن إلى إدخال مبردات لولبية أمينية في مناجم جنوب أفريقيا، أولًا بالتزامن مع مبردات الطرد المركزي السطحية الحالية. وقد أدى ذلك إلى تغيير جذري في كمية سائل التبريد المُستخدمة في مناجم الذهب العميقة تحت الأرض، مما أدى إلى انخفاض متوسط ​​درجة حرارة المياه السطحية من 6-8 درجات مئوية إلى درجة مئوية واحدة. ويمكن للمنجم استخدام البنية التحتية نفسها لأنابيب المنجم، والعديد منها مُثبت بالفعل، مع زيادة كبيرة في كمية التبريد المُقدمة إلى الطبقات العميقة.
بعد حوالي 20 عامًا من طرح ضاغط WRV 510، قامت شركة هاودن، الرائدة في هذا المجال، بتطوير ضاغط WRV 510، وهو ضاغط لولبي كبير الحجم مزود بدوار بقطر 510 مم. كان هذا الضاغط من أكبر ضواغط اللولب في السوق آنذاك، وكان يتناسب مع حجم وحدة التبريد اللازمة لتبريد مناجم جنوب أفريقيا العميقة.
قال واسرمان: "يُحدث هذا نقلة نوعية، إذ يُمكن للمناجم تركيب مُبرّد واحد بقدرة 10-12 ميجاوات بدلاً من مجموعة مُبرّدات". وأضاف: "في الوقت نفسه، يُعدّ الأمونيا، كمُبرّد صديق للبيئة، مُناسبًا تمامًا لمجموعات ضواغط الهواء اللولبية والمبادلات الحرارية اللوحية".
أُدرجت اعتبارات الأمونيا رسميًا في مواصفات ومعايير السلامة الخاصة بالأمونيا المستخدمة في صناعة التعدين، حيث لعبت شركة هاودن دورًا هامًا في عملية التصميم. وقد تم تحديث هذه المعايير ودمجها في القانون الجنوب أفريقي.
ويتجلى هذا النجاح في تركيب أكثر من 350 ميجاوات من قدرة تبريد الأمونيا بواسطة صناعة التعدين في جنوب أفريقيا، والتي تعتبر الأكبر في العالم.
ولكن ابتكارات هاودن في جنوب أفريقيا لم تتوقف عند هذا الحد: ففي عام 1985 أضافت الشركة آلة صنع الثلج السطحي إلى مجموعتها المتنامية من مبردات المناجم.
مع تزايد خيارات التبريد السطحي والجوفي أو اعتبارها باهظة التكلفة، أصبحت المناجم بحاجة إلى حل تبريد جديد لتوسيع التعدين إلى مستويات أعمق.
قامت شركة هاودن بتثبيت أول مصنع لإنتاج الثلج (المثال أدناه) في عام 1985 في منجم EPM (منجم إيست راند الخاص) شرق جوهانسبرج، والذي تبلغ قدرته الإجمالية النهائية على التبريد حوالي 40 ميجاوات وقدرته على إنتاج الثلج 4320 طن/ساعة.
تعتمد العملية على تكوين الجليد على السطح ونقله عبر المنجم إلى سد جليدي تحت الأرض، حيث يُدار الماء من السد الجليدي في محطات تبريد تحت الأرض أو يُستخدم كمياه معالجة لحفر الآبار. ثم يُضخ الجليد المذاب إلى السطح.
تتمثل الميزة الرئيسية لنظام صنع الثلج هذا في انخفاض تكاليف الضخ، مما يُخفّض تكاليف التشغيل المرتبطة بأنظمة المياه المبردة السطحية بنسبة 75-80% تقريبًا. وأوضح واسرمان أن ذلك يعود إلى "طاقة التبريد الكامنة المُخزّنة في انتقالات الطور في الماء"، موضحًا أن 1 كجم/ثانية من الثلج له نفس قدرة التبريد التي يُوفّرها 4.5-5 كجم/ثانية من الماء المُجمّد.
بفضل "كفاءة التموضع الفائقة"، يمكن الحفاظ على السد تحت الأرض عند درجة حرارة تتراوح بين 2 و5 درجات مئوية لتحسين الأداء الحراري لمحطة تبريد الهواء تحت الأرض، مما يؤدي مرة أخرى إلى تعظيم قدرة التبريد.
وتتمثل ميزة أخرى للأهمية الخاصة التي تتمتع بها محطة الطاقة الجليدية في جنوب أفريقيا، وهي دولة معروفة بشبكتها الكهربائية غير المستقرة، في قدرة النظام على استخدامه كطريقة لتخزين الحرارة، حيث يتم إنشاء الجليد وتجميعه في سدود جليدية تحت الأرض وخلال فترات الذروة.
وقد أدت الفائدة الأخيرة إلى تطوير مشروع شراكة صناعية بدعم من شركة إسكوم، والذي يقوم هاودن بموجبه بالتحقيق في استخدام صانعات الثلج لتقليل الطلب على الكهرباء في أوقات الذروة، مع حالات اختبار في منجمي مبونينج وموآب هوتسونج، أعمق مناجم تحت الأرض في العالم.
أوضح واسرمان: "قمنا بتجميد السد ليلًا (بعد ساعات العمل)، واستخدمنا الماء والجليد المذاب كمصدر لتبريد المنجم خلال ساعات الذروة. ويتم إيقاف تشغيل وحدات التبريد الأساسية خلال فترات الذروة، مما يُخفف الحمل على الشبكة".
وقد أدى ذلك إلى تطوير آلة تصنيع الثلج الجاهزة للاستخدام في مبونينج، حيث أكمل هاودن العمل بما في ذلك المعدات المدنية والكهربائية والميكانيكية لآلة تصنيع الثلج بقدرة 12 ميجاوات و120 طنًا في الساعة.
تشمل الإضافات الأخيرة لاستراتيجية التبريد الأساسية في منجم Mponeng الثلج الناعم والمياه المبردة السطحية ومبردات الهواء السطحية (BACs) ونظام تبريد تحت الأرض. وجود تركيزات مرتفعة من الأملاح المذابة والكلوريدات في مياه المناجم أثناء العمل.
ويقول إن ثروة جنوب أفريقيا من الخبرة وتركيزها على الحلول، وليس فقط المنتجات، تواصل تحويل أنظمة التبريد في جميع أنحاء العالم.
وكما ذكر واسرمان، فمع تزايد عمق المناجم وتزايد المساحة فيها، من السهل أن نرى حلولاً مثل هذه موجودة في أجزاء أخرى من العالم.
قال ماينهاردت: "تُصدّر هاودن تقنياتها لتبريد المناجم العميقة إلى جنوب أفريقيا منذ عقود. على سبيل المثال، زوّدنا مناجم الذهب الجوفية في نيفادا بحلول تبريد المناجم في تسعينيات القرن الماضي.
من التقنيات المثيرة للاهتمام المستخدمة في بعض مناجم جنوب أفريقيا تخزين الجليد الحراري لنقل الأحمال، حيث تُخزَّن الطاقة الحرارية في سدود جليدية كبيرة. يُنتَج الجليد ويُستخدَم خلال ساعات الذروة، كما قال. وأضاف: "عادةً ما تُصمَّم وحدات التبريد لتحمل أقصى درجة حرارة محيطة قد تصل إلى ثلاث ساعات يوميًا خلال أشهر الصيف. ومع ذلك، إذا كانت لديك القدرة على تخزين طاقة التبريد، يُمكنك تقليل هذه السعة."
إذا كانت لديك خطة ذات معدل ذروة مرتفع نسبيًا وترغب في الترقية إلى أسعار أقل خلال فترات الركود، فإن حلول صناعة الثلج هذه تُمثل جدوى تجارية قوية، كما قال. وأضاف: "يمكن لرأس المال الأولي للمصنع أن يُعوّض انخفاض تكاليف التشغيل".
وفي الوقت نفسه، يكتسب BAC، الذي تم استخدامه في مناجم جنوب أفريقيا لعقود من الزمن، أهمية عالمية متزايدة.
مقارنةً بتصميمات BAC التقليدية، يتميز الجيل الأحدث من BAC بكفاءة حرارية أعلى من سابقاتها، وحدود حرارة هواء المناجم أقل، وبصمة أصغر. كما أنها مُدمجة بوحدة تبريد عند الطلب (CoD) في منصة Howden Ventsim CONTROL، التي تضبط درجة حرارة هواء الطوق تلقائيًا لتتناسب مع احتياجات باطن الأرض.
على مدار العام الماضي، سلمت شركة هاودن ثلاثة أجهزة BAC من الجيل الجديد إلى العملاء في البرازيل وبوركينا فاسو.
كما تتمتع الشركة بالقدرة على إنتاج حلول مخصصة لظروف التشغيل الصعبة؛ ومن الأمثلة الحديثة على ذلك التركيب "الفريد" لمبردات الأمونيا BAC لشركة OZ Minerals في منجم Carrapateena في جنوب أستراليا.
قال واسرمان عن التركيب: "قامت شركة هاودن بتركيب مكثفات جافة مع ضواغط الأمونيا من هاودن ومبردات الهواء الجاف ذات الحلقة المغلقة في أستراليا في ظل عدم توفر المياه". وأضاف: "نظرًا لأن هذا التركيب "جاف" وليس مبردات رذاذ مفتوحة مثبتة في أنظمة المياه، فقد صُممت هذه المبردات لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة".
وتقوم الشركة حاليًا باختبار حل لمراقبة وقت التشغيل لمحطة BAC البرية بقدرة 8 ميجاوات (الصورة أدناه) المصممة والمبنية في منجم Yaramoko Fortuna Silver (المعروف سابقًا باسم Roxgold) في بوركينا فاسو.
يتيح النظام، الذي يُدار بواسطة مصنع هاودن في جوهانسبرغ، للشركة تقديم المشورة بشأن تحسينات الكفاءة والصيانة المُحتملة للحفاظ على تشغيل المصنع بأقصى طاقته. كما صُممت وحدة BAC في مجمع كارايبا للتعدين في إيرو كوبر بالبرازيل لاستخدام هذه الميزة.
تواصل منصة حلول التهوية الكاملة للمناجم (TMVS) بناء علاقات مستدامة ذات قيمة مضافة، وستطلق الشركة دراستي جدوى للتهوية عند الطلب (VoD) في البلاد في عام 2021.
وعلى الحدود مع زيمبابوي، تعمل الشركة على مشروع يتيح إمكانية عرض الفيديو عند الطلب على الأبواب الأوتوماتيكية في المناجم تحت الأرض، مما يسمح لها بالفتح على فترات زمنية مختلفة وتوفير القدر المناسب من هواء التبريد اعتمادًا على الاحتياجات المحددة للسيارة.
وسوف يشكل تطوير هذه التكنولوجيا، باستخدام البنية التحتية للتعدين المتاحة ومصادر البيانات الجاهزة، جزءًا مهمًا من منتجات هاودن المستقبلية.
تجربة هاودن في جنوب أفريقيا: تعلم كيفية تصميم حلول التبريد للتعامل مع سوء جودة المياه في مناجم الذهب العميقة، وكيفية جعل الحلول فعالة قدر الإمكان من حيث استخدام الطاقة لتجنب مشاكل الشبكة، وكيفية تلبية بعض متطلبات جودة الهواء الأكثر صرامة. متطلبات درجة الحرارة والصحة المهنية في جميع أنحاء العالم - التنظيم - سوف يستمر في تحقيق الثمار للمناجم في جميع أنحاء العالم.
شركة النشر الدولية لفريق التعدين المحدودة، 2 كلاريدج كورت، طريق لوير كينجز، بيركهامستد، هيرتفوردشاير، إنجلترا، HP4 2AF، المملكة المتحدة