Το ορυχείο γίνεται βαθύτερο κάθε χρόνο – 30 μέτρα, σύμφωνα με εκθέσεις του κλάδου.
Καθώς αυξάνεται το βάθος, αυξάνεται και η ανάγκη για αερισμό και ψύξη, και ο Χάουντεν το γνωρίζει αυτό από την εμπειρία του εργαζόμενος στα βαθύτερα ορυχεία στη Νότια Αφρική.
Η Howden ιδρύθηκε το 1854 από τον James Howden στη Σκωτία ως εταιρεία ναυπηγικής μηχανικής και εισήλθε στη Νότια Αφρική τη δεκαετία του 1950 για να εξυπηρετήσει τις ανάγκες των βιομηχανιών εξόρυξης και ενέργειας. Μέχρι τη δεκαετία του 1960, η εταιρεία βοήθησε στον εξοπλισμό των ορυχείων χρυσού της χώρας με όλα τα συστήματα εξαερισμού και ψύξης που ήταν απαραίτητα για την ασφαλή και αποτελεσματική εξόρυξη μεταλλεύματος σε μίλια υπόγεια.
«Αρχικά, το ορυχείο χρησιμοποιούσε μόνο αερισμό ως μέθοδο ψύξης, αλλά καθώς το βάθος εξόρυξης αυξανόταν, απαιτήθηκε μηχανική ψύξη για να αντισταθμιστεί το αυξανόμενο θερμικό φορτίο στο ορυχείο», δήλωσε στο IM ο Teunes Wasserman, επικεφαλής του τμήματος ψύξης και συμπιεστών ορυχείων της Howden.
Πολλά ορυχεία χρυσού σε μεγάλο βάθος στη Νότια Αφρική έχουν εγκαταστήσει φυγοκεντρικούς ψύκτες Freon™ πάνω και κάτω από το έδαφος για να παρέχουν την απαραίτητη ψύξη για το προσωπικό και τον εξοπλισμό που εργάζονται στο υπόγειο.
Παρά τη βελτίωση της υπάρχουσας κατάστασης, το σύστημα απαγωγής θερμότητας του υπόγειου μηχανήματος αποδείχθηκε προβληματικό, καθώς η ψυκτική ικανότητα του μηχανήματος περιοριζόταν από τη θερμοκρασία και την ποσότητα του διαθέσιμου αέρα εξαγωγής, δήλωσε ο Wasserman. Ταυτόχρονα, η ποιότητα του νερού του ορυχείου προκαλούσε σοβαρή ρύπανση των εναλλακτών θερμότητας κελύφους-σωλήνων που χρησιμοποιούνταν σε αυτούς τους πρώιμους φυγοκεντρικούς ψύκτες.
Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, τα ορυχεία άρχισαν να αντλούν κρύο αέρα από την επιφάνεια στο έδαφος. Ενώ αυτό αυξάνει την ψυκτική ικανότητα, η απαραίτητη υποδομή καταλαμβάνει χώρο στο σιλό και η διαδικασία είναι ενεργοβόρα και ενεργοβόρα.
Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, τα ορυχεία θέλουν να μεγιστοποιήσουν την ποσότητα κρύου αέρα που μεταφέρεται στο έδαφος μέσω μονάδων κρύου νερού.
Αυτό ώθησε την Howden να εισαγάγει ψύκτες με κοχλία αμινοξέων σε ορυχεία στη Νότια Αφρική, αρχικά σε συνδυασμό με τους υπάρχοντες φυγοκεντρικούς ψύκτες επιφανείας. Αυτό οδήγησε σε μια σταδιακή αλλαγή στην ποσότητα ψυκτικού που μπορεί να παρέχεται σε αυτά τα βαθιά υπόγεια ορυχεία χρυσού, με αποτέλεσμα τη μείωση της μέσης θερμοκρασίας του επιφανειακού νερού από 6-8°C σε 1°C. Το ορυχείο μπορεί να χρησιμοποιήσει την ίδια υποδομή αγωγών ορυχείου, πολλές από τις οποίες είναι ήδη εγκατεστημένες, αυξάνοντας παράλληλα σημαντικά την ποσότητα ψύξης που παρέχεται στα βαθύτερα στρώματα.
Περίπου 20 χρόνια μετά την εισαγωγή του WRV 510, η Howden, κορυφαίος παίκτης στην αγορά, ανέπτυξε τον WRV 510, έναν μεγάλο κοχλιωτό συμπιεστή με ρότορα 510 mm. Ήταν ένας από τους μεγαλύτερους κοχλιωτούς συμπιεστές στην αγορά εκείνη την εποχή και αντιστοιχούσε στο μέγεθος της μονάδας ψύκτη που απαιτούνταν για την ψύξη εκείνων των ορυχείων μεγάλου βάθους στη Νότια Αφρική.
«Αυτό αλλάζει τα δεδομένα, επειδή τα ορυχεία μπορούν να εγκαταστήσουν ένα μόνο ψυκτικό συγκρότημα 10-12 MW αντί για ένα σωρό ψυκτικά συγκροτήματα», δήλωσε ο Wasserman. «Ταυτόχρονα, η αμμωνία ως πράσινο ψυκτικό μέσο είναι κατάλληλη για συνδυασμούς κοχλιοφόρων συμπιεστών και πλακοειδών εναλλακτών θερμότητας».
Οι παράμετροι που αφορούν την αμμωνία επισημοποιήθηκαν σε προδιαγραφές και πρότυπα ασφαλείας για την αμμωνία για τη μεταλλευτική βιομηχανία, με την Howden να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διαδικασία σχεδιασμού. Έχουν ενημερωθεί και ενσωματωθεί στη νομοθεσία της Νότιας Αφρικής.
Αυτή η επιτυχία αποδεικνύεται από την εγκατάσταση ψυκτικής ικανότητας αμμωνίας άνω των 350 MW από τη μεταλλευτική βιομηχανία της Νότιας Αφρικής, η οποία θεωρείται η μεγαλύτερη στον κόσμο.
Αλλά η καινοτομία της Howden στη Νότια Αφρική δεν σταμάτησε εκεί: το 1985 η εταιρεία πρόσθεσε μια μηχανή επιφανειακού πάγου στην αυξανόμενη γκάμα ψυγείων ορυχείων της.
Καθώς οι επιλογές επιφανειακής και υπόγειας ψύξης μεγιστοποιούνται ή θεωρούνται υπερβολικά ακριβές, τα ορυχεία χρειάζονται μια νέα λύση ψύξης για την περαιτέρω επέκταση της εξόρυξης σε βαθύτερα επίπεδα.
Η Howden εγκατέστησε την πρώτη της μονάδα παραγωγής πάγου (παράδειγμα παρακάτω) το 1985 στο EPM (East Rand Proprietary Mine) ανατολικά του Γιοχάνεσμπουργκ, η οποία έχει τελική συνολική ψυκτική ικανότητα περίπου 40 MW και ικανότητα παραγωγής πάγου 4320 t/h.
Η βάση της λειτουργίας είναι ο σχηματισμός πάγου στην επιφάνεια και η μεταφορά του μέσω του ορυχείου σε ένα υπόγειο φράγμα πάγου, όπου το νερό από το φράγμα πάγου κυκλοφορεί στη συνέχεια σε υπόγειους σταθμούς ψύξης ή χρησιμοποιείται ως νερό διεργασίας για γεωτρήσεις. Ο λιωμένος πάγος στη συνέχεια αντλείται πίσω στην επιφάνεια.
Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του συστήματος παγομηχανής είναι το μειωμένο κόστος άντλησης, το οποίο μειώνει το λειτουργικό κόστος που σχετίζεται με τα συστήματα επιφανειακού κρύου νερού κατά περίπου 75-80%. Αυτό οφείλεται στην εγγενή «ενέργεια ψύξης που αποθηκεύεται στις μεταβάσεις φάσης του νερού», δήλωσε ο Wasserman, εξηγώντας ότι 1 kg/s πάγου έχει την ίδια ψυκτική ικανότητα με 4,5-5 kg/s κατεψυγμένου νερού.
Λόγω της «ανώτερης απόδοσης τοποθέτησης», το υπόγειο φράγμα μπορεί να διατηρηθεί στους 2-5°C για να βελτιωθεί η θερμική απόδοση του υπόγειου σταθμού ψύξης αέρα, μεγιστοποιώντας και πάλι την ψυκτική ικανότητα.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της ιδιαίτερης σημασίας ενός σταθμού παραγωγής ενέργειας από πάγο στη Νότια Αφρική, μια χώρα γνωστή για το ασταθές δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, είναι η ικανότητα του συστήματος να χρησιμοποιείται ως μέθοδος αποθήκευσης θερμότητας, όπου δημιουργείται και συσσωρεύεται πάγος σε υπόγεια φράγματα πάγου και κατά τις περιόδους αιχμής.
Το τελευταίο όφελος οδήγησε στην ανάπτυξη ενός έργου εταιρικής σχέσης στον κλάδο, το οποίο υποστηρίζεται από την Eskom, στο πλαίσιο του οποίου η Howden διερευνά τη χρήση παγομηχανών για τη μείωση της αιχμής της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, με δοκιμαστικές περιπτώσεις στο Mponeng και το Moab Hotsong, τα βαθύτερα υπόγεια ορυχεία στον κόσμο.
«Παγώσαμε το φράγμα τη νύχτα (εκτός ωρών λειτουργίας) και χρησιμοποιήσαμε νερό και λιωμένο πάγο ως πηγή ψύξης για το ορυχείο κατά τις ώρες αιχμής», εξήγησε ο Wasserman. «Οι βασικές μονάδες ψύξης απενεργοποιούνται κατά τις περιόδους αιχμής, γεγονός που μειώνει το φορτίο στο δίκτυο».
Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη μιας ετοιμοπαράδοτης μηχανής πάγου στο Mponeng, όπου η Howden ολοκλήρωσε το έργο, συμπεριλαμβανομένου του πολιτικού, ηλεκτρικού και μηχανολογικού εξοπλισμού για μια μηχανή πάγου 12 MW και 120 t/h.
Πρόσφατες προσθήκες στη στρατηγική ψύξης του Mponeng περιλαμβάνουν μαλακό πάγο, επιφανειακό ψυχρό νερό, ψύκτες επιφανειακού αέρα (BAC) και ένα υπόγειο σύστημα ψύξης. Η παρουσία υψηλών συγκεντρώσεων διαλυμένων αλάτων και χλωριδίων στα νερά του ορυχείου κατά τη διάρκεια των εργασιών.
Ο πλούτος της εμπειρίας της Νότιας Αφρικής και η έμφαση σε λύσεις, όχι μόνο σε προϊόντα, συνεχίζουν να μεταμορφώνουν τα συστήματα ψύξης σε όλο τον κόσμο, λέει.
Όπως ανέφερε ο Wasserman, καθώς όλο και περισσότερα ορυχεία προχωρούν βαθύτερα και καταλαμβάνουν περισσότερο χώρο, είναι εύκολο να δούμε λύσεις σαν κι αυτή να βρίσκονται και σε άλλα μέρη του κόσμου.
Ο Meinhardt δήλωσε: «Η Howden εξάγει την τεχνολογία ψύξης βαθέων ορυχείων στη Νότια Αφρική εδώ και δεκαετίες. Για παράδειγμα, παρείχαμε λύσεις ψύξης ορυχείων για υπόγεια χρυσωρυχεία στη Νεβάδα τη δεκαετία του 1990.
«Μια ενδιαφέρουσα τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε ορισμένα ορυχεία της Νότιας Αφρικής είναι η αποθήκευση θερμικού πάγου για μεταφορά φορτίου - η θερμική ενέργεια αποθηκεύεται σε μεγάλα φράγματα πάγου. Ο πάγος παράγεται κατά τις ώρες αιχμής και χρησιμοποιείται κατά τις ώρες αιχμής», είπε. «Παραδοσιακά, οι μονάδες ψύξης σχεδιάζονται για μέγιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος που μπορεί να φτάσει τις τρεις ώρες την ημέρα κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Ωστόσο, εάν έχετε τη δυνατότητα αποθήκευσης ψυκτικής ενέργειας, μπορείτε να μειώσετε αυτήν την χωρητικότητα».
«Εάν έχετε ένα σχέδιο με αρκετά υψηλό τιμολόγιο αιχμής και θέλετε να αναβαθμίσετε σε φθηνότερες τιμές κατά τις περιόδους εκτός αιχμής, αυτές οι λύσεις παραγωγής πάγου μπορούν να αποτελέσουν μια ισχυρή επιχειρηματική υπόθεση», είπε. «Το αρχικό κεφάλαιο για το εργοστάσιο μπορεί να αντισταθμίσει το χαμηλότερο λειτουργικό κόστος».
Ταυτόχρονα, το BAC, το οποίο χρησιμοποιείται στα ορυχεία της Νότιας Αφρικής εδώ και δεκαετίες, αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη παγκόσμια σημασία.
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά σχέδια BAC, η τελευταία γενιά BAC έχει υψηλότερη θερμική απόδοση από τους προκατόχους της, χαμηλότερα όρια θερμοκρασίας αέρα στο ορυχείο και μικρότερο αποτύπωμα. Ενσωματώνουν επίσης μια μονάδα ψύξης κατ' απαίτηση (CoD) στην πλατφόρμα Howden Ventsim CONTROL, η οποία προσαρμόζει αυτόματα τη θερμοκρασία του αέρα στο κολάρο ώστε να ταιριάζει με τις ανάγκες του υπεδάφους.
Κατά το περασμένο έτος, η Howden έχει παραδώσει τρία BAC νέας γενιάς σε πελάτες στη Βραζιλία και την Μπουρκίνα Φάσο.
Η εταιρεία είναι επίσης σε θέση να παράγει εξατομικευμένες λύσεις για δύσκολες συνθήκες λειτουργίας. Ένα πρόσφατο παράδειγμα είναι η «μοναδική» εγκατάσταση ψυκτών αμμωνίας BAC για την OZ Minerals στο ορυχείο Carrapateena στη Νότια Αυστραλία.
«Η Howden εγκατέστησε ξηρούς συμπυκνωτές με συμπιεστές αμμωνίας Howden και ψύκτες ξηρού αέρα κλειστού βρόχου στην Αυστραλία, ελλείψει διαθέσιμου νερού», δήλωσε ο Wasserman για την εγκατάσταση. «Δεδομένου ότι πρόκειται για «ξηρή» εγκατάσταση και όχι για ψύκτες ανοιχτού ψεκασμού εγκατεστημένους σε συστήματα ύδρευσης, αυτοί οι ψύκτες έχουν σχεδιαστεί για μέγιστη απόδοση».
Η εταιρεία δοκιμάζει αυτήν τη στιγμή μια λύση παρακολούθησης χρόνου λειτουργίας για μια χερσαία μονάδα BAC 8 MW (εικόνα παρακάτω) που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στο ορυχείο Yaramoko Fortuna Silver (πρώην Roxgold) στην Μπουρκίνα Φάσο.
Το σύστημα, που ελέγχεται από το εργοστάσιο Howden στο Γιοχάνεσμπουργκ, επιτρέπει στην εταιρεία να παρέχει συμβουλές σχετικά με πιθανές βελτιώσεις στην απόδοση και συντήρηση, ώστε να διατηρείται η μονάδα σε βέλτιστη λειτουργία. Η μονάδα BAC στο μεταλλευτικό συγκρότημα Caraiba στο Ero Copper της Βραζιλίας έχει επίσης σχεδιαστεί για να χρησιμοποιεί αυτό το χαρακτηριστικό.
Η πλατφόρμα Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) συνεχίζει να χτίζει βιώσιμες σχέσεις προστιθέμενης αξίας και η εταιρεία θα δρομολογήσει δύο μελέτες σκοπιμότητας για Ventilation On Demand (VoD) στη χώρα το 2021.
Ακριβώς στα σύνορα με τη Ζιμπάμπουε, η εταιρεία εργάζεται πάνω σε ένα έργο που θα επιτρέψει την παροχή βίντεο κατ' απαίτηση για αυτόματες πόρτες σε υπόγεια ορυχεία, επιτρέποντάς τους να ανοίγουν σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα και να παρέχουν ακριβώς τη σωστή ποσότητα αέρα ψύξης ανάλογα με τις συγκεκριμένες ανάγκες του οχήματος.
Αυτή η τεχνολογική ανάπτυξη, χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα διαθέσιμη υποδομή εξόρυξης και έτοιμες πηγές δεδομένων, θα αποτελέσει σημαντικό μέρος των μελλοντικών προϊόντων της Howden.
Η εμπειρία του Howden στη Νότια Αφρική: Μάθετε πώς να σχεδιάζετε λύσεις ψύξης για την αντιμετώπιση της κακής ποιότητας του νερού στα βαθιά χρυσωρυχεία της, πώς να κάνετε τις λύσεις όσο το δυνατόν πιο ενεργειακά αποδοτικές για να αποφύγετε προβλήματα στο δίκτυο και πώς να πληροίτε ορισμένες από τις πιο αυστηρές απαιτήσεις ποιότητας αέρα. Απαιτήσεις θερμοκρασίας και επαγγελματικής υγείας παγκοσμίως. Κανονισμός - θα συνεχίσει να αποδίδει καρπούς για τα ορυχεία σε όλο τον κόσμο.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Αγγλία HP4 2AF, Ηνωμένο Βασίλειο