המכרה מעמיק מדי שנה - 30 מטר, על פי דיווחים בתעשייה.
ככל שעומק הקרקע גדל, כך גם הצורך באוורור ובקירור גובר, והאודן יודע זאת מניסיון עבודה עם המכרות העמוקים ביותר בדרום אפריקה.
חברת האודן נוסדה בשנת 1854 על ידי ג'יימס האודן בסקוטלנד כחברת הנדסה ימית ונכנסה לדרום אפריקה בשנות ה-50 כדי לשרת את צרכי תעשיות הכרייה והאנרגיה. עד שנות ה-60, החברה סייעה לצייד את מכרות הזהב העמוקים של המדינה בכל מערכות האוורור והקירור הדרושות להפקת עפרות בצורה בטוחה ויעילה קילומטרים רבים מתחת לאדמה.
"בתחילה, המכרה השתמש באוורור רק כשיטת קירור, אך ככל שעומק הכרייה גדל, נדרש קירור מכני כדי לפצות על עומס החום הגובר במכרה", אמר טאונס וסרמן, ראש חטיבת קירור המכרות והמדחסים של האודן, ל-IM.
מכרות זהב עמוקים רבים בדרום אפריקה התקינו מקררים צנטריפוגליים מסוג Freon™ מעל ומתחת לאדמה כדי לספק את הקירור הדרוש לצוות ולציוד תת-קרקעיים.
למרות השיפור במצב הקיים, מערכת פיזור החום של המכונה התת-קרקעית התגלתה כבעייתית, שכן יכולת הקירור של המכונה הייתה מוגבלת על ידי הטמפרטורה וכמות אוויר הפליטה הזמינה, אמר וסרמן. במקביל, איכות מי המכרה גרמה ללכלוך חמור של מחליפי החום מסוג "מעטפת וצינורות" ששימשו במצננים הצנטריפוגליים המוקדמים הללו.
כדי לפתור בעיה זו, החלו המכרות לשאוב אוויר קר מפני השטח לקרקע. אמנם זה מגביר את קיבולת הקירור, אך התשתית הדרושה תופסת מקום בסילו והתהליך דורש אנרגיה רבה.
כדי לטפל בבעיות אלו, מכרות רוצים למקסם את כמות האוויר הקר המובאת לקרקע באמצעות יחידות מים קרים.
עובדה זו הובילה את האודן להציג מצנני בורג אמינו במכרות בדרום אפריקה, תחילה במקביל למצנני צנטריפוגלים קיימים. דבר זה הוביל לשינוי משמעותי בכמות נוזל הקירור שניתן לספק למכרות הזהב התת-קרקעיים העמוקים הללו, וכתוצאה מכך לירידה בטמפרטורת מי השטח הממוצעת מ-6-8 מעלות צלזיוס ל-1 מעלות צלזיוס. המכרה יכול להשתמש באותה תשתית צינורות מכרה, שרבים מהם כבר מותקנים, תוך הגדלה משמעותית של כמות הקירור המסופקת לשכבות העמוקות יותר.
כ-20 שנה לאחר הצגת ה-WRV 510, חברת Howden, שחקנית מובילה בשוק בתחום, פיתחה את ה-WRV 510, מדחס בורגי גדול עם רוטור בקוטר 510 מ"מ. זה היה אחד ממדחסי הבורג הגדולים ביותר בשוק באותה תקופה, והוא התאים לגודל מודול הצ'ילר הנדרש לקירור מכרות עמוקים בדרום אפריקה.
"זה משנה את כללי המשחק מכיוון שבמכרות ניתן להתקין צ'ילר יחיד של 10-12 מגה-וואט במקום חבורה של צ'ילרים", אמר וסרמן. "בין היתר, אמוניה כחומר קירור ירוק מתאימה היטב לשילובים של מדחסים בורגיים ומחלפי חום פלטות."
שיקולי אמוניה עוגנו במפרטים ובסטנדרטים של בטיחות לאמוניה לתעשיית הכרייה, כאשר להאודן תפקיד חשוב בתהליך התכנון. הם עודכנו ושולבו בחוק הדרום אפריקאי.
הצלחה זו באה לידי ביטוי בהתקנת קיבולת קירור של יותר מ-350 מגה-וואט באמוניה על ידי תעשיית הכרייה של דרום אפריקה, הנחשבת לגדולה בעולם.
אבל החדשנות של האודן בדרום אפריקה לא נעצרה שם: בשנת 1985 החברה הוסיפה מכונת קרח עילית למגוון ההולך וגדל של מקררי מכרות.
ככל שאפשרויות קירור עיליות ותת-קרקעיות מנוצלות למקסימום או נחשבות יקרות מדי, מכרות זקוקים לפתרון קירור חדש כדי להרחיב עוד יותר את הכרייה לרמות עמוקות יותר.
האודן התקינה את מפעל ייצור הקרח הראשון שלה (דוגמה למטה) בשנת 1985 במכרה EPM (מכרה קנייני מזרח ראנד) ממזרח ליוהנסבורג, בעל כושר קירור כולל סופי של כ-40 מגה-וואט וקיבולת קרח של 4320 טון לשעה.
בסיס הפעולה הוא היווצרות קרח על פני השטח והובלתו דרך המכרה לסכר קרח תת-קרקעי, שם המים מסכר הקרח מופצים לתחנות קירור תת-קרקעיות או משמשים כמי תהליך לקידוח בארות. לאחר מכן הקרח המומס נשאב חזרה אל פני השטח.
היתרון העיקרי של מערכת ייצור קרח זו הוא עלויות השאיבה המופחתות, מה שמפחית את עלויות התפעול הכרוכות במערכות מים מקוררים בכ-75-80%. זה מסתכם ב"אנרגיית הקירור הטבועה המאוחסנת במעברי פאזה של מים", אמר וסרמן, והסביר כי לק"ג/שנייה של קרח יש את אותה קיבולת קירור כמו ל-4.5-5 ק"ג/שנייה של מים קפואים.
בשל "יעילות המיקום המעולה", ניתן לשמור על טמפרטורה של 2-5 מעלות צלזיוס בסכר התת-קרקעי כדי לשפר את הביצועים התרמיים של תחנת קירור האוויר התת-קרקעית, ובכך למקסם שוב את קיבולת הקירור.
יתרון נוסף של הרלוונטיות המיוחדת של תחנת כוח קרח בדרום אפריקה, מדינה הידועה ברשת החשמל הלא יציבה שלה, הוא יכולתה של המערכת לשמש כשיטת אגירת חום, שבה קרח נוצר ומצטבר בסכרי קרח תת-קרקעיים ובתקופות שיא.
התועלת האחרונה הובילה לפיתוח פרויקט שותפות בתעשייה הנתמך על ידי אסקום, במסגרתו חוקרת האודן את השימוש במכונות קרח כדי להפחית את ביקוש השיא לחשמל, עם מקרי ניסוי במכרות מפוננג ומואב הוטסונג, המכרות התת-קרקעיים העמוקים בעולם.
"הקפאנו את הסכר בלילה (אחרי שעות הפעילות) והשתמשנו במים ובקרח מומס כמקור קירור למכרה בשעות השיא", הסביר וסרמן. "יחידות הקירור הבסיסיות כבויות בשעות השיא, מה שמפחית את העומס על הרשת".
זה הוביל לפיתוח של מכונת קרח מוכנה למפתח במפוננג, שם האודן השלים את העבודה, כולל ציוד אזרחי, חשמלי ומכני עבור מכונת קרח בהספק של 12 מגה-וואט ו-120 טון לשעה.
תוספות אחרונות לאסטרטגיית הקירור המרכזית של מפוננג כוללות קרח רך, מים צוננים עיליים, מקררי אוויר עיליים (BACs) ומערכת קירור תת-קרקעית. נוכחות במי המכרות של ריכוזים גבוהים של מלחים וכלורידים מומסים במהלך העבודה.
"הניסיון הרב של דרום אפריקה וההתמקדות שלה בפתרונות, לא רק במוצרים, ממשיכים לשנות מערכות קירור ברחבי העולם", הוא אומר.
כפי שווסרמן ציין, ככל שיותר ויותר מכרות הולכים עמוק יותר ויותר מקום במכרות, קל לראות פתרונות כאלה שנמצאים בחלקים אחרים של העולם.
מיינהרדט אמר: "האודן מייצאת את טכנולוגיית קירור המכרות העמוקים שלה לדרום אפריקה כבר עשרות שנים. לדוגמה, סיפקנו פתרונות קירור למכרות זהב תת-קרקעיים בנבאדה עוד בשנות ה-90."
"טכנולוגיה מעניינת המשמשת בכמה מכרות בדרום אפריקה היא אחסון קרח תרמי להעברת עומס - אנרגיה תרמית מאוחסנת בסכרי קרח גדולים. קרח מיוצר בשעות השיא ומשמש בשעות השיא", אמר. "באופן מסורתי, יחידות קירור מתוכננות לטמפרטורת סביבה מקסימלית שיכולה להגיע לשלוש שעות ביום במהלך חודשי הקיץ. עם זאת, אם יש לך את היכולת לאגור אנרגיית קירור, אתה יכול להפחית את הקיבולת הזו."
"אם יש לכם תוכנית עם תעריף שיא גבוה למדי ואתם רוצים לשדרג לתעריפים זולים יותר בתקופות שפל, פתרונות ייצור הקרח האלה יכולים להוות פוטנציאל עסקי חזק", הוא אמר. "ההון הראשוני למפעל יכול לקזז את עלויות התפעול הנמוכות יותר".
במקביל, BAC, המשמש במכרות בדרום אפריקה במשך עשרות שנים, צובר חשיבות עולמית הולכת וגוברת.
בהשוואה לעיצובים מסורתיים של בקרת אוויר (BAC), לדור האחרון של בקרת אוויר יעילות תרמית גבוהה יותר מקודמיהם, מגבלות טמפרטורת אוויר נמוכות יותר במכרה וטביעת רגל קטנה יותר. הם גם משלבים מודול קירור לפי דרישה (CoD) בפלטפורמת Howden Ventsim CONTROL, אשר מתאים אוטומטית את טמפרטורת האוויר בצווארון לצרכים תת-קרקעיים.
במהלך השנה האחרונה, סיפקה האודן שלושה מכונות דלק BAC מדור חדש ללקוחות בברזיל ובבורקינה פאסו.
החברה מסוגלת גם לייצר פתרונות מותאמים אישית לתנאי הפעלה קשים; דוגמה עדכנית היא ההתקנה ה"ייחודית" של מצנני אמוניה BAC עבור OZ Minerals במכרה קארפטינה בדרום אוסטרליה.
"האודן התקינה מעבים יבשים עם מדחסי אמוניה של האודן ומקררי אוויר יבש בלולאה סגורה באוסטרליה בהיעדר מים זמינים", אמר וסרמן על ההתקנה. "בהתחשב בכך שמדובר בהתקנה 'יבשה' ולא במקררי ריסוס פתוח המותקנים במערכות מים, מקררים אלה מתוכננים ליעילות מרבית."
החברה בוחנת כעת פתרון לניטור זמן פעולה תקינה עבור תחנת BAC יבשתית בהספק של 8 מגה-וואט (בתמונה למטה) שתוכננה ונבנתה במכרה יאראמוקו פורטונה סילבר (לשעבר רוקסגולד) בבורקינה פאסו.
המערכת, הנשלטת על ידי מפעל האודן ביוהנסבורג, מאפשרת לחברה לייעץ לגבי שיפורי יעילות ותחזוקה פוטנציאליים כדי לשמור על פעילות אופטימלית של המפעל. יחידת BAC במתחם הכרייה קאראיבה בארו נחושת, ברזיל, תוכננה גם היא להשתמש בתכונה זו.
פלטפורמת פתרונות האוורור הכוללים למכרות (TMVS) ממשיכה לבנות קשרים בני קיימא בעלי ערך מוסף, והחברה תשיק שני מחקרי היתכנות של אוורור לפי דרישה (VoD) במדינה בשנת 2021.
ממש על גבול זימבבואה, החברה עובדת על פרויקט שיאפשר וידאו לפי דרישה עבור דלתות אוטומטיות במכרות תת-קרקעיים, שיאפשר להן להיפתח במרווחי זמן משתנים ולספק בדיוק את כמות האוויר הקירור הנכונה בהתאם לצרכים הספציפיים של הרכב.
פיתוח טכנולוגי זה, תוך שימוש בתשתית כרייה קיימת ובמקורות נתונים מוכנים לשימוש, יהיה חלק חשוב במוצרים העתידיים של האודן.
חוויית האודן בדרום אפריקה: למדו כיצד לתכנן פתרונות קירור להתמודדות עם איכות מים ירודה במכרות הזהב העמוקים שלה, כיצד להפוך פתרונות לחסכוניים באנרגיה ככל האפשר כדי להימנע מבעיות ברשת החשמל, וכיצד לעמוד בכמה מדרישות איכות האוויר המחמירות ביותר. דרישות טמפרטורה ובריאות תעסוקתית ברחבי העולם. רגולציה - תמשיך להשתלם למכרות ברחבי העולם.
הוצאת צוות הכרייה הבינלאומי בע"מ, 2 קלרידג' קורט, דרך קינגס התחתונה, ברקהמסטד, הרטפורדשייר, אנגליה HP4 2AF, בריטניה