Mỏ đang ngày càng sâu hơn mỗi năm – 30 m, theo các báo cáo của ngành.
Khi độ sâu tăng lên, nhu cầu thông gió và làm mát cũng tăng theo, và Howden biết điều này từ kinh nghiệm làm việc với các mỏ sâu nhất ở Nam Phi.
Howden được thành lập vào năm 1854 bởi James Howden ở Scotland với tư cách là một công ty kỹ thuật hàng hải và đến Nam Phi vào những năm 1950 để phục vụ nhu cầu của ngành khai thác mỏ và năng lượng.Đến những năm 1960, công ty đã giúp trang bị cho các mỏ vàng sâu của đất nước tất cả các hệ thống thông gió và làm mát cần thiết để khai thác quặng hàng km dưới lòng đất một cách an toàn và hiệu quả.
“Ban đầu, mỏ chỉ sử dụng hệ thống thông gió như một phương pháp làm mát, nhưng khi độ sâu khai thác tăng lên, việc làm mát cơ học được yêu cầu để bù đắp cho lượng nhiệt ngày càng tăng trong mỏ,” Teunes Wasserman, người đứng đầu bộ phận Máy nén và Làm mát Mỏ của Howden, nói với IM.
Nhiều mỏ vàng sâu ở Nam Phi đã lắp đặt máy làm mát ly tâm Freon™ trên và dưới mặt đất để cung cấp khả năng làm mát cần thiết cho nhân viên và thiết bị dưới lòng đất.
Wasserman cho biết, mặc dù hiện trạng đã được cải thiện nhưng hệ thống tản nhiệt của cỗ máy ngầm tỏ ra có vấn đề, do khả năng làm mát của cỗ máy bị hạn chế bởi nhiệt độ và lượng khí thải có sẵn.Đồng thời, chất lượng nước mỏ gây ra sự tắc nghẽn nghiêm trọng của bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống được sử dụng trong các thiết bị làm lạnh ly tâm đời đầu này.
Để giải quyết vấn đề này, các mỏ bắt đầu bơm không khí lạnh từ bề mặt lên mặt đất.Trong khi điều này làm tăng khả năng làm mát, cơ sở hạ tầng cần thiết chiếm không gian trong silo và quá trình này tốn nhiều năng lượng và năng lượng.
Để giải quyết những vấn đề này, các mỏ muốn tối đa hóa lượng không khí lạnh được đưa xuống đất thông qua các đơn vị nước lạnh.
Điều này đã thúc đẩy Howden giới thiệu bộ làm mát trục vít amino trong các mỏ ở Nam Phi, lần đầu tiên song song với các bộ làm mát ly tâm bề mặt hiện có.Điều này đã dẫn đến một bước thay đổi về lượng chất làm mát có thể cung cấp cho các mỏ vàng nằm sâu dưới lòng đất này, dẫn đến nhiệt độ trung bình của nước bề mặt giảm từ 6-8°C xuống 1°C.Mỏ có thể sử dụng cùng một cơ sở hạ tầng đường ống của mỏ, nhiều trong số đó đã được lắp đặt, đồng thời tăng đáng kể lượng làm mát được cung cấp cho các lớp sâu hơn.
Khoảng 20 năm sau khi giới thiệu WRV 510, Howden, một công ty dẫn đầu thị trường trong lĩnh vực này, đã phát triển WRV 510, một máy nén trục vít khối lớn với rô-to 510 mm.Nó là một trong những máy nén trục vít lớn nhất trên thị trường vào thời điểm đó và phù hợp với kích thước mô-đun máy làm lạnh cần thiết để làm mát các mỏ sâu ở Nam Phi.
Wasserman cho biết: “Đây là một yếu tố thay đổi cuộc chơi vì các mỏ có thể lắp đặt một máy làm lạnh 10-12 MW duy nhất thay vì một loạt các máy làm lạnh.“Đồng thời, amoniac với vai trò là chất làm lạnh xanh rất phù hợp cho sự kết hợp của máy nén trục vít và bộ trao đổi nhiệt dạng tấm.”
Các cân nhắc về amoniac đã được chính thức hóa trong các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn đối với amoniac cho ngành khai thác mỏ, với Howden đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế.Chúng đã được cập nhật và đưa vào luật pháp Nam Phi.
Thành công này được chứng minh bằng việc lắp đặt hơn 350 MW công suất làm lạnh amoniac bởi ngành công nghiệp khai thác mỏ của Nam Phi, được coi là lớn nhất thế giới.
Nhưng sự đổi mới của Howden ở Nam Phi không dừng lại ở đó: vào năm 1985, công ty đã thêm một máy làm đá bề mặt vào loạt máy làm mát mỏ đang phát triển của mình.
Khi các tùy chọn làm mát bề mặt và dưới lòng đất được tối đa hóa hoặc được coi là quá đắt đỏ, các mỏ đang cần một giải pháp làm mát mới để tiếp tục mở rộng khai thác xuống các cấp độ sâu hơn.
Howden đã lắp đặt nhà máy làm đá đầu tiên của mình (ví dụ bên dưới) vào năm 1985 tại EPM (Mỏ độc quyền East Rand) phía đông Johannesburg, nơi có tổng công suất làm lạnh cuối cùng khoảng 40 MW và công suất làm đá là 4320 tấn/giờ.
Cơ sở của hoạt động này là sự hình thành băng trên bề mặt và vận chuyển nó qua mỏ đến đập băng ngầm, nơi nước từ đập băng sau đó được tuần hoàn trong các trạm làm mát ngầm hoặc được sử dụng làm nước xử lý cho giếng khoan.Băng tan chảy sau đó được bơm trở lại bề mặt.
Lợi ích chính của hệ thống làm đá này là giảm chi phí bơm, giúp giảm chi phí vận hành liên quan đến hệ thống nước lạnh bề mặt khoảng 75-80%.Nó bắt nguồn từ “năng lượng làm mát được lưu trữ trong quá trình chuyển pha của nước,” Wasserman cho biết, giải thích rằng 1kg/giây băng có khả năng làm mát tương đương với 4,5-5kg/giây nước đóng băng.
Do “hiệu quả định vị vượt trội”, đập ngầm có thể được duy trì ở nhiệt độ 2-5°C để cải thiện hiệu suất nhiệt của trạm làm mát không khí ngầm, một lần nữa tối đa hóa công suất làm mát.
Một ưu điểm khác về mức độ phù hợp đặc biệt của một nhà máy điện băng ở Nam Phi, một quốc gia nổi tiếng với lưới điện không ổn định, là khả năng của hệ thống được sử dụng như một phương pháp lưu trữ nhiệt, nơi băng được tạo ra và tích tụ trong các đập băng ngầm và trong thời kỳ cao điểm..
Lợi ích thứ hai đã dẫn đến sự phát triển của dự án hợp tác công nghiệp do Eskom hỗ trợ, theo đó Howden đang nghiên cứu việc sử dụng máy làm đá để giảm nhu cầu điện cao điểm, với các trường hợp thử nghiệm tại Mponeng và Moab Hotsong, các mỏ dưới lòng đất sâu nhất thế giới.
“Chúng tôi đóng băng đập vào ban đêm (sau nhiều giờ) và sử dụng nước và băng tan làm nguồn làm mát cho mỏ trong giờ cao điểm,” Wasserman giải thích.“Các thiết bị làm mát cơ sở được tắt trong thời gian cao điểm, giúp giảm tải cho lưới điện.”
Điều này dẫn đến sự phát triển của máy làm đá chìa khóa trao tay tại Mponeng, nơi Howden hoàn thành công việc bao gồm thiết bị dân dụng, điện và cơ khí cho máy làm đá 12 MW, 120 tấn/giờ.
Những bổ sung gần đây cho chiến lược làm mát cốt lõi của Mponeng bao gồm đá mềm, nước làm lạnh bề mặt, bộ làm mát không khí bề mặt (BAC) và hệ thống làm mát ngầm.sự hiện diện trong nước mỏ với nồng độ cao của muối và clorua hòa tan trong quá trình làm việc.
Ông nói, kinh nghiệm phong phú của Nam Phi và sự tập trung vào các giải pháp, không chỉ sản phẩm, tiếp tục biến đổi các hệ thống lạnh trên toàn thế giới.
Như Wasserman đã đề cập, khi ngày càng có nhiều mỏ đào sâu hơn và có nhiều không gian hơn trong mỏ, thật dễ dàng để thấy những giải pháp như thế này được tìm thấy ở những nơi khác trên thế giới.
Meinhardt cho biết: “Howden đã xuất khẩu công nghệ làm mát mỏ sâu của mình sang Nam Phi trong nhiều thập kỷ.Ví dụ: chúng tôi đã cung cấp các giải pháp làm mát mỏ cho các mỏ vàng dưới lòng đất ở Nevada vào những năm 1990.
“Một công nghệ thú vị được sử dụng ở một số mỏ ở Nam Phi là lưu trữ băng nhiệt để truyền tải – năng lượng nhiệt được lưu trữ trong các đập băng lớn.Nước đá được sản xuất trong giờ cao điểm và được sử dụng trong giờ cao điểm,” ông nói.“Theo truyền thống, các thiết bị làm lạnh được thiết kế cho nhiệt độ môi trường tối đa có thể đạt tới ba giờ một ngày trong những tháng mùa hè.Tuy nhiên, nếu bạn có khả năng tích trữ năng lượng làm mát, bạn có thể giảm công suất đó xuống.”
Ông nói: “Nếu bạn có một kế hoạch với mức giá cao điểm vào giờ cao điểm và muốn nâng cấp lên mức giá rẻ hơn trong thời gian thấp điểm, thì những giải pháp làm đá này có thể tạo ra một trường hợp kinh doanh hiệu quả.“Vốn ban đầu cho nhà máy có thể bù đắp chi phí vận hành thấp hơn.”
Đồng thời, BAC, đã được sử dụng trong các mỏ ở Nam Phi trong nhiều thập kỷ, ngày càng có tầm quan trọng toàn cầu.
So với các thiết kế BAC truyền thống, thế hệ BAC mới nhất có hiệu suất nhiệt cao hơn so với các thiết kế tiền nhiệm, giới hạn nhiệt độ không khí trong mỏ thấp hơn và chiếm diện tích nhỏ hơn.Họ cũng tích hợp mô-đun làm mát theo yêu cầu (CoD) vào nền tảng Howden Ventsim CONTROL, nền tảng này tự động điều chỉnh nhiệt độ không khí ở cổ áo để phù hợp với nhu cầu của bề mặt.
Trong năm qua, Howden đã giao ba BAC thế hệ mới cho khách hàng ở Brazil và Burkina Faso.
Công ty cũng có thể sản xuất các giải pháp tùy chỉnh cho các điều kiện vận hành khó khăn;một ví dụ gần đây là việc lắp đặt thiết bị làm mát amoniac BAC 'độc nhất vô nhị' cho OZ Minerals tại mỏ Carrapateena ở Nam Úc.
Wasserman nói về việc lắp đặt: “Howden đã lắp đặt bình ngưng khô với máy nén khí amoniac Howden và máy làm mát không khí khô vòng kín ở Úc trong trường hợp không có nước.“Vì đây là cách lắp đặt 'khô' và không mở các bộ làm mát dạng phun được lắp đặt trong hệ thống nước, nên những bộ làm mát này được thiết kế để đạt hiệu quả tối đa.”
Công ty hiện đang thử nghiệm giải pháp giám sát thời gian hoạt động cho một nhà máy BAC trên bờ có công suất 8 MW (hình bên dưới) được thiết kế và xây dựng tại mỏ Yaramoko Fortuna Silver (trước đây là Roxgold) ở Burkina Faso.
Hệ thống này, được điều khiển bởi nhà máy Howden ở Johannesburg, cho phép công ty tư vấn về các cải tiến và bảo trì hiệu quả tiềm năng để giữ cho nhà máy hoạt động ở mức tối ưu.Đơn vị BAC tại tổ hợp khai thác Caraiba ở Ero Copper, Brazil cũng được thiết kế để sử dụng tính năng này.
Nền tảng Giải pháp thông gió tổng thể cho mỏ (TMVS) tiếp tục xây dựng các mối quan hệ giá trị gia tăng bền vững và công ty sẽ khởi động hai nghiên cứu khả thi về thông gió theo yêu cầu (VoD) tại quốc gia này vào năm 2021.
Ngay tại biên giới Zimbabwe, công ty đang thực hiện một dự án cho phép cung cấp video theo yêu cầu cho cửa tự động trong các mỏ dưới lòng đất, cho phép chúng mở ở các khoảng thời gian khác nhau và cung cấp lượng không khí làm mát phù hợp tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của phương tiện.
Sự phát triển công nghệ này, sử dụng cơ sở hạ tầng khai thác hiện có và các nguồn dữ liệu sẵn có, sẽ là một phần quan trọng trong các sản phẩm tương lai của Howden.
Trải nghiệm của Howden ở Nam Phi: Tìm hiểu cách thiết kế các giải pháp làm mát để giải quyết chất lượng nước kém tại các mỏ vàng sâu, cách tạo ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng nhất có thể để tránh các sự cố lưới điện và cách đáp ứng một số yêu cầu nghiêm ngặt nhất về chất lượng không khí.các yêu cầu về nhiệt độ và sức khỏe nghề nghiệp Quy định trên toàn thế giới – sẽ tiếp tục mang lại hiệu quả cho các mỏ trên khắp thế giới.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire England HP4 2AF, UK