Kaivos syvenee vuosittain – 30 metriä, alan raporttien mukaan.
Syvyyden kasvaessa myös ilmanvaihdon ja jäähdytyksen tarve kasvaa, ja Howden tietää tämän kokemuksestaan ​​Etelä-Afrikan syvimpien kaivosten parissa työskentelystä.
James Howden perusti Howdenin vuonna 1854 Skotlannissa laivatekniikan yritykseksi, ja se aloitti toimintansa Etelä-Afrikassa 1950-luvulla palvelemaan kaivos- ja energiateollisuuden tarpeita. 1960-luvulle mennessä yritys oli auttanut varustamaan maan syvänmeren kultakaivokset kaikilla tarvittavilla ilmanvaihto- ja jäähdytysjärjestelmillä malmin turvalliseen ja tehokkaaseen louhintaan maan alla kilometrien syvyydessä.
”Aluksi kaivoksessa käytettiin jäähdytysmenetelmänä vain ilmanvaihtoa, mutta louhinnan syvyyden kasvaessa tarvittiin mekaanista jäähdytystä kaivoksen kasvavan lämpökuorman kompensoimiseksi”, kertoi Howdenin kaivosjäähdytys- ja kompressoriosaston johtaja Teunes Wasserman IM:lle.
Monissa Etelä-Afrikan syvissä kultakaivoksissa on maan päälle ja alle asennettu Freon™-keskipakoisjäähdyttimiä maanalaisen henkilöstön ja laitteiden tarvittavan jäähdytyksen takaamiseksi.
Wassermanin mukaan vallitsevan tilanteen parantumisesta huolimatta maanalaisen koneen lämmönpoistojärjestelmä osoittautui ongelmalliseksi, koska lämpötila ja käytettävissä olevan poistoilman määrä rajoittivat koneen jäähdytyskapasiteettia. Samaan aikaan kaivosveden laatu aiheutti vakavaa likaantumista näissä varhaisissa keskipakojäähdyttimissä käytetyissä putkilämmönvaihtimissa.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi kaivokset alkoivat pumpata kylmää ilmaa maan pinnalta maahan. Vaikka tämä lisää jäähdytyskapasiteettia, tarvittava infrastruktuuri vie tilaa siilossa ja prosessi on sekä energiaa kuluttava että energiaintensiivinen.
Näiden ongelmien ratkaisemiseksi kaivokset haluavat maksimoida kylmän ilman määrän, joka tuodaan maahan jäähdytettyjen vesiyksiköiden kautta.
Tämä sai Howdenin ottamaan käyttöön aminoruuvijäähdyttimet Etelä-Afrikan kaivoksissa, ensin olemassa olevien maanpäällisten keskipakoisjäähdyttimien jälkeen. Tämä on johtanut äkilliseen muutokseen näihin syvällä maan alla sijaitseviin kultakaivoksiin syötettävän jäähdytysnesteen määrässä, minkä seurauksena pintaveden keskilämpötila on laskenut 6–8 °C:sta 1 °C:een. Kaivos voi käyttää samaa kaivosputkistoinfrastruktuuria, joista monet on jo asennettu, samalla kun syvempiin maakerroksiin syötettävän jäähdytyksen määrä kasvaa merkittävästi.
Noin 20 vuotta WRV 510:n käyttöönoton jälkeen Howden, alan johtava markkinatoimija, kehitti WRV 510:n, suuren ruuvikompressorin, jossa on 510 mm:n roottori. Se oli yksi markkinoiden suurimmista ruuvikompressoreista tuolloin ja vastasi jäähdytysmoduulin kokoa, jota tarvittiin syvien eteläafrikkalaisten kaivosten jäähdyttämiseen.
”Tämä muuttaa kaiken, koska kaivokset voivat asentaa yhden 10–12 MW:n jäähdyttimen useiden jäähdyttimien sijaan”, Wasserman sanoi. ”Samaan aikaan ammoniakki vihreänä kylmäaineena sopii hyvin ruuvikompressorien ja levylämmönvaihtimien yhdistelmiin.”
Ammoniakkia koskevat näkökohdat virallistettiin kaivosteollisuuden ammoniakin spesifikaatioissa ja turvallisuusstandardeissa, ja Howdenilla oli tärkeä rooli suunnitteluprosessissa. Näitä on päivitetty ja sisällytetty Etelä-Afrikan lakiin.
Tätä menestystä osoittaa yli 350 MW:n ammoniakkijäähdytyskapasiteetin asentaminen Etelä-Afrikan kaivosteollisuuteen, jota pidetään maailman suurimpana.
Mutta Howdenin innovaatiot Etelä-Afrikassa eivät päättyneet tähän: vuonna 1985 yritys lisäsi pintajääkoneen kasvavaan kaivosjäähdyttimien valikoimaansa.
Koska maanalaisten ja maanalaisten jäähdytysvaihtoehtojen käyttö on maksimoitu tai niitä pidetään liian kalliina, kaivokset tarvitsevat uuden jäähdytysratkaisun laajentaakseen kaivostoimintaa syvemmille tasoille.
Howden asensi ensimmäisen jäänvalmistuslaitoksensa (esimerkki alla) vuonna 1985 EPM:ään (East Rand Proprietary Mine) Johannesburgin itäpuolelle. Laitoksen kokonaisjäähdytyskapasiteetti on noin 40 MW ja jääkapasiteetti 4320 t/h.
Toiminnan perustana on jään muodostuminen maan pinnalle ja sen kuljettaminen kaivoksen läpi maanalaiseen jääpatoon, josta tuleva vesi kierrätetään maanalaisissa jäähdytysasemissa tai käytetään prosessivetenä kaivojen poraamisessa. Sulanut jää pumpataan sitten takaisin pinnalle.
Tämän jääkonejärjestelmän tärkein etu on pienemmät pumppauskustannukset, jotka alentavat pintajäähdytettyjen vesijärjestelmien käyttökustannuksia noin 75–80 %. Wassermanin mukaan tämä johtuu veden faasimuutoksiin varastoituneesta jäähdytysenergiasta, ja hän selitti, että 1 kg/s jäällä on sama jäähdytysteho kuin 4,5–5 kg/s jäätyneellä vedellä.
”Erinomaisen paikannustehokkuuden” ansiosta maanalaisen padon lämpötila voidaan pitää 2–5 °C:ssa, mikä parantaa maanalaisen jäähdytysaseman lämpöominaisuuksia ja maksimoi jälleen jäähdytyskapasiteetin.
Etelä-Afrikassa, joka tunnetaan epävakaasta sähköverkostaan, sijaitsevan jäävoimalan erityisen merkityksen toinen etu on järjestelmän kyky käyttää lämmön varastointimenetelmänä, jossa jäätä syntyy ja kertyy maanalaisiin jääpatoihin ja ruuhka-aikoina.
Jälkimmäinen hyöty on johtanut Eskomin tukeman teollisuuskumppanuusprojektin kehittämiseen, jossa Howden tutkii jääkoneiden käyttöä sähkönkulutuksen huippuvaiheen vähentämiseksi testitapauksilla Mponengissa ja Moab Hotsongissa, maailman syvimmissä maanalaisissa kaivoksissa.
”Jäädytimme padon yöllä (työajan jälkeen) ja käytimme vettä ja sulatettua jäätä kaivoksen jäähdytyksen lähteenä ruuhka-aikoina”, Wasserman selitti. ”Perusjäähdytysyksiköt sammutetaan ruuhka-aikoina, mikä vähentää sähköverkon kuormitusta.”
Tämä johti avaimet käteen -periaatteella toimivan jääkoneen kehittämiseen Mponengissa, jossa Howden suoritti työn, mukaan lukien siviili-, sähkö- ja mekaaniset laitteet 12 MW:n ja 120 t/h:n jääkoneelle.
Mponengin ydinjäähdytysstrategiaan on viime aikoina lisätty pehmeää jäätä, pintajäähdytettyä vettä, pintailman jäähdyttimiä (BAC) ja maanalainen jäähdytysjärjestelmä. Kaivosvesissä esiintyy työn aikana kohonneita liuenneiden suolojen ja kloridien pitoisuuksia.
Etelä-Afrikan laaja kokemus ja keskittyminen ratkaisuihin, ei pelkästään tuotteisiin, mullistaa edelleen jäähdytysjärjestelmiä ympäri maailmaa, hän sanoo.
Kuten Wasserman mainitsi, kun yhä useammat kaivokset menevät syvemmälle ja kaivoksissa on enemmän tilaa, on helppo nähdä tällaisia ​​ratkaisuja muualla maailmassa.
Meinhardt sanoi: ”Howden on vienyt syväkaivosjäähdytysteknologiaansa Etelä-Afrikkaan vuosikymmenten ajan. Esimerkiksi toimitimme kaivosjäähdytysratkaisuja maanalaisiin kultakaivoksiin Nevadassa 1990-luvulla.”
”Mielenkiintoinen teknologia, jota käytetään joissakin Etelä-Afrikan kaivoksissa, on lämpöjään varastointi kuormansiirtoa varten – lämpöenergia varastoidaan suuriin jääpatoihin. Jäätä tuotetaan ruuhka-aikoina ja käytetään ruuhka-aikoina”, hän sanoi. ”Perinteisesti jäähdytysyksiköt on suunniteltu ympäristön enimmäislämpötilalle, joka voi nousta kolmeen tuntiin päivässä kesäkuukausina. Jos kuitenkin on mahdollista varastoida jäähdytysenergiaa, tätä kapasiteettia voidaan pienentää.”
”Jos sinulla on suunnitelma, jossa on melko korkea ruuhka-ajan hinta, ja haluat päivittää halvempiin hintoihin ruuhka-aikojen ulkopuolella, nämä jäänvalmistusratkaisut voivat olla vahva liiketoimintatapaus”, hän sanoi. ”Laitoksen alkupääoma voi kompensoida alhaisempia käyttökustannuksia.”
Samaan aikaan BAC, jota on käytetty Etelä-Afrikan kaivoksissa vuosikymmeniä, on saamassa yhä enemmän maailmanlaajuista merkitystä.
Verrattuna perinteisiin BAC-malleihin, uusimman sukupolven BAC-laitteilla on edeltäjiään korkeampi lämpötehokkuus, alhaisemmat kaivosilman lämpötilarajat ja pienempi jalanjälki. Niissä on myös integroitu jäähdytysmoduuli Howden Ventsim CONTROL -alustaan, joka säätää kauluksen ilman lämpötilaa automaattisesti vastaamaan maanalaisia ​​tarpeita.
Kuluneen vuoden aikana Howden on toimittanut kolme uuden sukupolven veren hygienialaitetta asiakkaille Brasiliassa ja Burkina Fasossa.
Yritys pystyy myös tuottamaan räätälöityjä ratkaisuja vaikeisiin käyttöolosuhteisiin; tuore esimerkki on OZ Mineralsin ainutlaatuinen BAC-ammoniakkijäähdyttimien asennus Carrapateenan kaivoksella Etelä-Australiassa.
”Howden asensi Australiaan kuivat lauhduttimet Howdenin ammoniakkikompressoreilla ja suljetun kierron kuivailmajäähdyttimillä, koska vettä ei ollut saatavilla”, Wasserman sanoi asennuksesta. ”Koska kyseessä on ’kuiva’ asennus eikä vesijärjestelmiin asennettavia avoimia suihkutusjäähdyttimiä, nämä jäähdyttimet on suunniteltu maksimaalista tehokkuutta varten.”
Yritys testaa parhaillaan käyttöajan valvontaratkaisua 8 MW:n maalla sijaitsevalle BAC-laitokselle (kuvassa alla), joka on suunniteltu ja rakennettu Yaramoko Fortuna Silverin (entinen Roxgold) kaivokselle Burkina Fasoon.
Järjestelmää ohjaa Johannesburgissa sijaitseva Howdenin tehdas, jonka avulla yritys voi neuvoa mahdollisissa tehokkuuden parannuksissa ja kunnossapidossa, jotta laitos toimisi optimaalisesti. Myös Caraiba-kaivoskompleksin BAC-yksikkö Ero Copperissa Brasiliassa on suunniteltu käyttämään tätä ominaisuutta.
Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) -alusta jatkaa kestävien lisäarvoa tuottavien suhteiden rakentamista, ja yhtiö käynnistää kaksi Ventilation On Demand (VoD) -toteutettavuustutkimusta maassa vuonna 2021.
Aivan Zimbabwen rajalla yritys työstää projektia, joka mahdollistaa maanalaisten kaivosten automaattiovien video-on-demand-palvelun. Ovet avautuvat vaihtelevin väliajoin ja tarjoavat juuri oikean määrän jäähdytysilmaa ajoneuvon erityistarpeiden mukaan.
Tämä teknologian kehitys, jossa hyödynnetään olemassa olevaa kaivosinfrastruktuuria ja valmiita tietolähteitä, on tärkeä osa Howdenin tulevia tuotteita.
Howdenin kokemus Etelä-Afrikassa: Opi suunnittelemaan jäähdytysratkaisuja, jotka on suunniteltu käsittelemään heikkolaatuista vettä sen syvissä kultakaivoksissa, tekemään ratkaisuista mahdollisimman energiatehokkaita sähköverkko-ongelmien välttämiseksi ja täyttämään tiukimmat ilmanlaatua koskevat vaatimukset maailmanlaajuisesti. Lämpötila- ja työterveyssäännöt – sääntely kannattaa jatkossakin kaivoksille ympäri maailmaa.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Englanti HP4 2AF, Iso-Britannia