يزداد عمق المنجم كل عام - 30 متراً، وفقاً لتقارير الصناعة.
مع ازدياد العمق، تزداد الحاجة إلى التهوية والتبريد، ويعرف هاودن هذا من خلال خبرته في العمل مع أعمق المناجم في جنوب إفريقيا.
تأسست شركة هاودن عام 1854 على يد جيمس هاودن في اسكتلندا كشركة هندسة بحرية، ودخلت السوق الجنوب أفريقية في خمسينيات القرن العشرين لتلبية احتياجات قطاعي التعدين والطاقة. وبحلول ستينيات القرن العشرين، ساهمت الشركة في تجهيز مناجم الذهب العميقة في البلاد بجميع أنظمة التهوية والتبريد اللازمة لاستخراج الخام بأمان وكفاءة من أعماق الأرض.
"في البداية، كان المنجم يستخدم التهوية فقط كوسيلة للتبريد، ولكن مع زيادة عمق التعدين، أصبح التبريد الميكانيكي ضروريًا للتعويض عن الحمل الحراري المتزايد في المنجم"، هذا ما قاله تيونيس واسرمان، رئيس قسم تبريد المناجم والضواغط في شركة هاودن، لمجلة IM.
قامت العديد من مناجم الذهب العميقة في جنوب إفريقيا بتركيب مبردات طرد مركزي تعمل بغاز الفريون فوق وتحت الأرض لتوفير التبريد اللازم للعاملين والمعدات الموجودة تحت الأرض.
على الرغم من تحسن الوضع الراهن، إلا أن نظام تبديد الحرارة في الآلة الموجودة تحت الأرض أثبت أنه إشكالي، إذ كانت قدرة التبريد محدودة بدرجة الحرارة وكمية هواء العادم المتاح، كما ذكر واسرمان. وفي الوقت نفسه، تسببت جودة مياه المنجم 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. ورغم أن هذا يزيد من قدرة التبريد، إلا أن البنية التحتية اللازمة تشغل حيزاً في الصومعة، كما أن العملية تستهلك كميات كبيرة من الطاقة.
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، أولاً بالتزامن مع المبردات الطاردة المركزية السطحية الموجودة. وقد أدى ذلك إلى نقلة نوعية في كمية سائل التبريد التي يمكن إمدادها لهذه المناجم العميقة للذهب، مما أسفر عن انخفاض متوسط ​​درجة حرارة المياه السطحية من 6-8 درجات مئوية إلى درجة مئوية واحدة. ويمكن للمنجم استخدام نفس بنية خطوط أنابيب المنجم، والتي تم تركيب العديد منها بالفعل، مع زيادة كبيرة في كمية التبريد التي تصل إلى الطبقات الأعمق.
بعد حوالي عشرين عامًا من طرح ضاغط الهواء اللولبي WRV 510، قامت شركة هاودن، الرائدة في هذا المجال، بتطوير ضاغط WRV 510، وهو ضاغط لولبي كبير الحجم مزود بدوار قطره 510 مم. كان هذا الضاغط من أكبر الضواغط اللولبية المتوفرة في السوق آنذاك، وكان حجمه مناسبًا لحجم وحدة التبريد اللازمة لتبريد مناجم جنوب إفريقيا العميقة.
قال واسرمان: "هذا يُغيّر قواعد اللعبة، إذ يُمكن للمناجم تركيب مُبرّد واحد بقدرة 10-12 ميغاواط بدلاً من مجموعة من المُبرّدات. وفي الوقت نفسه، يُعدّ الأمونيا مُبرّداً صديقاً للبيئة، وهو مُناسب تماماً لمجموعات ضواغط لولبية ومُبادلات حرارية لوحية."
تمّ وضع اعتبارات الأمونيا بشكل رسمي في المواصفات ومعايير السلامة الخاصة بها في صناعة التعدين، حيث لعبت شركة هاودن دورًا هامًا في عملية التصميم. وقد تمّ تحديث هذه الاعتبارات وإدراجها في القانون الجنوب أفريقي.
ويتجلى هذا النجاح من خلال تركيب أكثر من 350 ميجاوات من قدرة التبريد بالأمونيا من قبل صناعة التعدين في جنوب إفريقيا، والتي تعتبر الأكبر في العالم.
لكن ابتكارات هاودن في جنوب إفريقيا لم تتوقف عند هذا الحد: ففي عام 1985 أضافت الشركة آلة صنع الثلج السطحي إلى مجموعتها المتنامية من مبردات المناجم.
مع وصول خيارات التبريد السطحية وتحت الأرضية إلى أقصى حد أو اعتبارها مكلفة للغاية، فإن المناجم بحاجة إلى حل تبريد جديد لتوسيع نطاق التعدين إلى مستويات أعمق.
قامت شركة Howden بتركيب أول مصنع لصنع الثلج (مثال أدناه) في عام 1985 في منجم EPM (East Rand Proprietary Mine) شرق جوهانسبرج، والذي تبلغ طاقته الإجمالية النهائية للتبريد حوالي 40 ميجاوات وطاقة إنتاج الثلج 4320 طن/ساعة.
تعتمد العملية على تكوين الجليد على السطح ونقله عبر المنجم إلى سد جليدي تحت الأرض، حيث يتم تدوير المياه من السد الجليدي في محطات تبريد تحت الأرض أو استخدامها كمياه معالجة لحفر الآبار. ثم يُضخ الجليد الذائب مرة أخرى إلى السطح.
تتمثل الميزة الرئيسية لنظام صنع الثلج هذا في انخفاض تكاليف الضخ، مما يقلل تكاليف التشغيل المرتبطة بأنظمة المياه المبردة السطحية بنسبة تتراوح بين 75 و80%. ويعود ذلك إلى "طاقة التبريد الكامنة في تحولات حالة الماء"، كما أوضح واسرمان، مشيرًا إلى أن 1 كجم/ثانية من الثلج لها نفس قدرة التبريد التي يتمتع بها 4.5 إلى 5 كجم/ثانية من الماء المتجمد.
بفضل "كفاءة تحديد المواقع الفائقة"، يمكن الحفاظ على السد تحت الأرض عند درجة حرارة 2-5 درجة مئوية لتحسين الأداء الحراري لمحطة تبريد الهواء تحت الأرض، مما يزيد من قدرة التبريد إلى أقصى حد.
ومن المزايا الأخرى لأهمية محطة الطاقة الجليدية في جنوب إفريقيا، وهي دولة معروفة بشبكة الكهرباء غير المستقرة، قدرة النظام على استخدامه كطريقة لتخزين الحرارة، حيث يتم تكوين الجليد وتجميعه في سدود جليدية تحت الأرض وخلال فترات الذروة.
وقد أدت الفائدة الأخيرة إلى تطوير مشروع شراكة صناعية مدعوم من شركة إيسكوم، والذي تقوم بموجبه شركة هاودن بالتحقيق في استخدام آلات صنع الثلج لتقليل ذروة الطلب على الكهرباء، مع حالات اختبار في مبونينج ومواب هوتسونج، وهما أعمق مناجم تحت الأرض في العالم.
وأوضح واسرمان قائلاً: "قمنا بتجميد السد ليلاً (بعد ساعات العمل) واستخدمنا الماء والجليد الذائب كمصدر للتبريد للمنجم خلال ساعات الذروة. يتم إيقاف تشغيل وحدات التبريد الأساسية خلال فترات الذروة، مما يقلل الحمل على الشبكة الكهربائية."
وقد أدى ذلك إلى تطوير آلة ثلج جاهزة للاستخدام في مبونينج، حيث أكملت شركة هاودن العمل بما في ذلك المعدات المدنية والكهربائية والميكانيكية لآلة ثلج بقدرة 12 ميجاوات و120 طن/ساعة.
تشمل الإضافات الحديثة لاستراتيجية التبريد الأساسية في مبونينغ استخدام الجليد الناعم، والمياه المبردة السطحية، ومبردات الهواء السطحية، ونظام تبريد تحت الأرض. وقد لوحظ وجود تركيزات مرتفعة من الأملاح والكلوريدات الذائبة في مياه المنجم أثناء العمل.
ويقول إن ثروة جنوب إفريقيا من الخبرة وتركيزها على الحلول، وليس المنتجات فقط، تواصل تحويل أنظمة التبريد في جميع أنحاء العالم.
كما ذكر واسرمان، مع ازدياد عمق المناجم وتوسع مساحتها، من السهل رؤية حلول كهذه موجودة في أجزاء أخرى من العالم.
قال مينارد: "تقوم شركة هاودن بتصدير تقنية تبريد المناجم العميقة إلى جنوب إفريقيا منذ عقود. على سبيل المثال، قمنا بتوريد حلول تبريد المناجم لمناجم الذهب تحت الأرض في نيفادا في التسعينيات."
قال: "من التقنيات المثيرة للاهتمام المستخدمة في بعض مناجم جنوب أفريقيا تخزين الجليد الحراري لنقل الأحمال، حيث تُخزن الطاقة الحرارية في سدود جليدية ضخمة. ويُنتج الجليد خلال ساعات الذروة ويُستخدم خلالها أيضاً. عادةً ما تُصمم وحدات التبريد لتحمل درجة حرارة محيطة قصوى قد تصل إلى ثلاث ساعات يومياً خلال أشهر الصيف. ولكن، إذا توفرت إمكانية تخزين طاقة التبريد، يُمكن تقليل هذه السعة."
وقال: "إذا كانت لديك خطة ذات سعر ذروة مرتفع نسبياً وترغب في الترقية إلى أسعار أرخص خلال فترات انخفاض الطلب، فإن حلول صنع الثلج هذه يمكن أن تشكل خياراً تجارياً قوياً. ويمكن لرأس المال الأولي للمصنع أن يعوض انخفاض تكاليف التشغيل".
وفي الوقت نفسه، تكتسب مادة BAC، التي تستخدم في مناجم جنوب إفريقيا منذ عقود، أهمية عالمية متزايدة.
بالمقارنة مع تصاميم وحدات تكييف الهواء التقليدية، يتميز الجيل الأحدث منها بكفاءة حرارية أعلى من سابقاتها، وحدود أدنى لدرجة حرارة هواء المنجم، وحجم أصغر. كما أنها تتضمن وحدة تبريد عند الطلب (CoD) ضمن منصة Howden Ventsim CONTROL، والتي تعمل على ضبط درجة حرارة هواء المنجم تلقائيًا لتلبية احتياجات باطن الأرض.
على مدار العام الماضي، قامت شركة Howden بتسليم ثلاثة أجهزة BAC من الجيل الجديد لعملائها في البرازيل وبوركينا فاسو.
كما أن الشركة قادرة على إنتاج حلول مخصصة لظروف التشغيل الصعبة؛ ومن الأمثلة الحديثة على ذلك التركيب "الفريد" لمبردات الأمونيا BAC لشركة OZ Minerals في منجم كاراباتينا في جنوب أستراليا.
قال واسرمان، متحدثًا عن عملية التركيب: "قامت شركة هاودن بتركيب مكثفات جافة مزودة بضواغط أمونيا من إنتاجها ومبردات هواء جافة ذات دائرة مغلقة في أستراليا نظرًا لعدم توفر المياه. ونظرًا لأن هذا التركيب "جاف" وليس مبردات رذاذ مفتوحة مثبتة في أنظمة المياه، فقد صُممت هذه المبردات لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة."
تقوم الشركة حاليًا باختبار حل لمراقبة وقت التشغيل لمحطة توليد الطاقة بالكربون المنشط على اليابسة بقدرة 8 ميجاوات (الموضحة أدناه) والتي تم تصميمها وبناؤها في منجم ياراموكو فورتونا سيلفر (روكسغولد سابقًا) في بوركينا فاسو.
يُتيح هذا النظام، الذي يُدار من محطة هاودن في جوهانسبرغ، للشركة تقديم المشورة بشأن التحسينات المحتملة في الكفاءة والصيانة اللازمة للحفاظ على تشغيل المحطة بأقصى كفاءة. كما صُممت وحدة BAC في مجمع كارايبا للتعدين في إيرو كوبر بالبرازيل للاستفادة من هذه الميزة.
تواصل منصة حلول التهوية الشاملة للمناجم (TMVS) بناء علاقات مستدامة ذات قيمة مضافة، وستطلق الشركة دراستين جدوى للتهوية عند الطلب (VoD) في البلاد في عام 2021.
وعلى الحدود الزيمبابوية مباشرة، تعمل الشركة على مشروع من شأنه أن يتيح خدمة الفيديو حسب الطلب للأبواب الأوتوماتيكية في المناجم تحت الأرض، مما يسمح لها بالفتح على فترات زمنية متفاوتة وتوفير الكمية المناسبة من هواء التبريد حسب الاحتياجات المحددة للمركبة.
سيشكل تطوير هذه التقنية، باستخدام البنية التحتية الحالية المتاحة للتعدين ومصادر البيانات الجاهزة، جزءًا مهمًا من منتجات Howden المستقبلية.
تجربة هاودن في جنوب أفريقيا: تعرّف على كيفية تصميم حلول تبريد لمعالجة رداءة جودة المياه في مناجم الذهب العميقة، وكيفية جعل الحلول موفرة للطاقة قدر الإمكان لتجنب مشاكل الشبكة، وكيفية تلبية بعض أكثر متطلبات جودة الهواء صرامة. ستستمر اللوائح المتعلقة بدرجة الحرارة والصحة المهنية في جميع أنحاء العالم في تحقيق فوائد جمة للمناجم.
شركة النشر الدولية لفريق التعدين المحدودة، 2 كلاريدج كورت، طريق لور كينغز، بيركهامستيد، هيرتفوردشاير، إنجلترا HP4 2AF، المملكة المتحدة