Důl se každým rokem prohlubuje – podle zpráv z oboru o 30 m.
S rostoucí hloubkou roste i potřeba větrání a chlazení a společnost Howden to ví ze zkušeností s prací v nejhlubších dolech v Jižní Africe.
Společnost Howden byla založena v roce 1854 Jamesem Howdenem ve Skotsku jako lodní strojírenství a v 50. letech 20. století vstoupila do Jižní Afriky, aby sloužila potřebám těžebního a energetického průmyslu. V 60. letech 20. století společnost pomohla vybavit hlubinné zlaté doly v zemi všemi ventilačními a chladicími systémy potřebnými k bezpečné a efektivní těžbě rudy v hloubkách několika kilometrů pod zemí.
„Zpočátku důl používal jako metodu chlazení pouze ventilaci, ale s rostoucí hloubkou těžby bylo nutné mechanické chlazení, aby se kompenzovalo rostoucí tepelné zatížení v dole,“ řekl deníku IM Teunes Wasserman, vedoucí divize chlazení a kompresorů v dolech společnosti Howden.
Mnoho hlubinných zlatých dolů v Jižní Africe instalovalo odstředivé chladiče Freon™ nad i pod zemí, aby zajistily potřebné chlazení pro personál a zařízení v podzemí.
Navzdory zlepšení současného stavu se systém odvodu tepla podzemního stroje ukázal jako problematický, protože chladicí kapacita stroje byla omezena teplotou a množstvím dostupného odpadního vzduchu, uvedl Wasserman. Zároveň kvalita důlní vody způsobovala vážné znečištění trubkových výměníků tepla používaných v těchto raných odstředivých chladičích.
Aby se tento problém vyřešil, začaly doly pumpovat studený vzduch z povrchu na zem. To sice zvyšuje chladicí kapacitu, ale potřebná infrastruktura zabírá v silu místo a celý proces je energeticky i energeticky náročný.
Aby se tyto problémy vyřešily, chtějí doly maximalizovat množství studeného vzduchu přiváděného k zemi prostřednictvím chladicích jednotek.
To vedlo společnost Howden k zavedení spirálových chladičů aminokyselin v dolech v Jižní Africe, nejprve v tandemu po stávajících povrchových odstředivých chladičích. To vedlo k zásadní změně v množství chladiva, které lze dodávat do těchto hlubokých podzemních zlatých dolů, což vedlo ke snížení průměrné teploty povrchové vody z 6–8 °C na 1 °C. Důl může využívat stejnou infrastrukturu důlních potrubních systémů, z nichž mnohé jsou již instalovány, a zároveň výrazně zvýšit množství chladiva dodávaného do hlubších vrstev.
Přibližně 20 let po uvedení WRV 510 vyvinula společnost Howden, přední hráč na trhu v tomto oboru, WRV 510, velký blokový šroubový kompresor s rotorem o průměru 510 mm. V té době se jednalo o jeden z největších šroubových kompresorů na trhu a odpovídal velikosti chladicího modulu potřebné k chlazení hlubokých jihoafrických dolů.
„Toto je převratný krok, protože doly mohou instalovat jeden chladič o výkonu 10–12 MW místo několika chladičů,“ řekl Wasserman. „Zároveň je amoniak jako ekologické chladivo vhodný pro kombinace šroubových kompresorů a deskových výměníků tepla.“
Aspekty týkající se amoniaku byly formalizovány ve specifikacích a bezpečnostních normách pro amoniak v těžebním průmyslu, přičemž společnost Howden sehrála v procesu návrhu důležitou roli. Byly aktualizovány a začleněny do jihoafrického práva.
Důkazem tohoto úspěchu je instalace více než 350 MW amoniakové chladicí kapacity jihoafrickým těžebním průmyslem, který je považován za největší na světě.
Inovace společnosti Howden v Jižní Africe však tím neskončily: v roce 1985 společnost rozšířila svou rostoucí řadu důlních chladičů o výrobník povrchového ledu.
Vzhledem k tomu, že možnosti povrchového i podzemního chlazení jsou maximalizovány nebo považovány za příliš drahé, doly potřebují nové chladicí řešení pro další rozšíření těžby do hlubších úrovní.
Společnost Howden instalovala svou první ledárnu (příklad níže) v roce 1985 v dole EPM (East Rand Proprietary Mine) východně od Johannesburgu, která má celkovou chladicí kapacitu přibližně 40 MW a kapacitu ledu 4320 t/h.
Základem provozu je tvorba ledu na povrchu a jeho transport přes důl do podzemní ledové hráze, kde voda z ledové hráze cirkuluje v podzemních chladicích stanicích nebo se používá jako technologická voda pro vrtání vrtů. Roztavený led se poté čerpá zpět na povrch.
Hlavní výhodou tohoto systému výroby ledu jsou snížené náklady na čerpání, což snižuje provozní náklady spojené se systémy povrchového chlazení vody přibližně o 75–80 %. „Důvodem je inherentní „chladicí energie uložené ve fázových přechodech vody,“ uvedl Wasserman a vysvětlil, že 1 kg/s ledu má stejnou chladicí kapacitu jako 4,5–5 kg/s zmrzlé vody.
Díky „vynikající účinnosti umístění“ lze podzemní přehradu udržovat na teplotě 2–5 °C, čímž se zlepší tepelný výkon podzemní chladicí stanice a opět maximalizuje chladicí kapacita.
Další výhodou zvláštního významu ledové elektrárny v Jihoafrické republice, zemi známé svou nestabilní energetickou sítí, je schopnost systému sloužit jako metoda akumulace tepla, kde se led vytváří a hromadí v podzemních ledových přehradách a během špičkových období.
Tato poslední výhoda vedla k rozvoji projektu průmyslového partnerství podporovaného společností Eskom, v jehož rámci společnost Howden zkoumá využití výrobníků ledu ke snížení špičkové poptávky po elektřině, s testovacími případy v Mponengu a Moab Hotsongu, nejhlubších podzemních dolech na světě.
„V noci (po pracovní době) jsme přehradu zmrazili a během špičky jsme jako zdroj chlazení dolu používali vodu a roztavený led,“ vysvětlil Wasserman. „Základní chladicí jednotky jsou během špičky vypnuty, což snižuje zatížení sítě.“
To vedlo k vývoji stroje na výrobu ledu na klíč v Mponengu, kde společnost Howden dokončila práce včetně stavebních, elektrických a mechanických zařízení pro stroj na výrobu ledu o výkonu 12 MW a kapacitě 120 t/h.
Mezi nedávné přírůstky do strategie chlazení jádra společnosti Mponeng patří měkký led, povrchově chlazená voda, povrchové vzduchové chladiče (BAC) a podzemní chladicí systém. Přítomnost zvýšených koncentrací rozpuštěných solí a chloridů v důlních vodách během práce.
Bohaté zkušenosti Jihoafrické republiky a zaměření na řešení, nejen na produkty, nadále transformují chladicí systémy po celém světě, říká.
Jak zmínil Wasserman, s tím, jak se stále více dolů dostává do větší hloubky a zabírá v dolech více prostoru, je snadné najít podobná řešení i v jiných částech světa.
Meinhardt uvedl: „Společnost Howden vyváží svou technologii hlubinného chlazení do Jižní Afriky již po celá desetiletí. Například jsme v 90. letech 20. století dodávali řešení chlazení dolů pro podzemní zlaté doly v Nevadě.“
„Zajímavou technologií používanou v některých jihoafrických dolech je skladování termálního ledu pro přenos zátěže – tepelná energie se ukládá ve velkých ledových přehradách. Led se vyrábí během špičky a během špičky se také používá,“ řekl. „Tradičně jsou chladicí jednotky navrženy pro maximální okolní teplotu, která může v letních měsících dosáhnout tří hodin denně. Pokud však máte možnost skladovat chladicí energii, můžete tuto kapacitu snížit.“
„Pokud máte tarif s poměrně vysokou špičkovou sazbou a chcete v období mimo špičku přejít na levnější sazby, mohou být tato řešení pro výrobu ledu silným obchodním argumentem,“ řekl. „Počáteční kapitál pro zařízení může kompenzovat nižší provozní náklady.“
Zároveň BAC, který se v jihoafrických dolech používá již po celá desetiletí, získává na globálním významu.
Ve srovnání s tradičními konstrukcemi BAC mají nejnovější generace BAC vyšší tepelnou účinnost než jejich předchůdci, nižší limity teploty důlního vzduchu a menší zastavěnou plochu. Do platformy Howden Ventsim CONTROL také integrují modul chlazení na vyžádání (CoD), který automaticky upravuje teplotu vzduchu v límci podle potřeb podpovrchového prostředí.
Během uplynulého roku dodala společnost Howden tři systémy BAC nové generace zákazníkům v Brazílii a Burkině Faso.
Společnost je také schopna vyrábět zakázková řešení pro obtížné provozní podmínky; nedávným příkladem je „unikátní“ instalace amoniakových chladičů BAC pro společnost OZ Minerals v dole Carrapateena v Jižní Austrálii.
„Společnost Howden instalovala v Austrálii suché kondenzátory s amoniakovými kompresory Howden a uzavřené chladiče suchého vzduchu z důvodu nedostatku dostupné vody,“ uvedl Wasserman o instalaci. „Vzhledem k tomu, že se jedná o ‚suchou‘ instalaci a nikoli o otevřené rozprašovací chladiče instalované ve vodních systémech, jsou tyto chladiče navrženy pro maximální účinnost.“
Společnost v současné době testuje řešení pro monitorování provozuschopnosti pevninské elektrárny BAC o výkonu 8 MW (na obrázku níže), která byla navržena a postavena v dole Yaramoko Fortuna Silver (dříve Roxgold) v Burkině Faso.
Systém, řízený závodem Howden v Johannesburgu, umožňuje společnosti radit s potenciálními vylepšeními efektivity a údržbou, aby závod fungoval optimálně. Jednotka BAC v těžebním komplexu Caraiba v Ero Copper v Brazílii je také navržena tak, aby tuto funkci využívala.
Platforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) pokračuje v budování udržitelných vztahů s přidanou hodnotou a v roce 2021 společnost spustí v zemi dvě studie proveditelnosti ventilace na vyžádání (VoD).
Přímo na zimbabwských hranicích pracuje společnost na projektu, který umožní video na vyžádání pro automatické dveře v podzemních dolech. Budou se otevírat v různých intervalech a poskytovat přesně tolik chladicího vzduchu, kolik potřebuje vozidlo.
Tento technologický vývoj, využívající stávající dostupnou těžební infrastrukturu a běžně dostupné datové zdroje, bude důležitou součástí budoucích produktů společnosti Howden.
Zkušenosti společnosti Howden v Jižní Africe: Naučte se, jak navrhovat chladicí řešení pro řešení špatné kvality vody v jejích hlubinných zlatých dolech, jak co nejvíce zefektivnit energeticky náročná řešení, aby se předešlo problémům se sítí, a jak splnit některé z nejpřísnějších požadavků na kvalitu ovzduší. Požadavky na teplotu a ochranu zdraví při práci na celém světě – regulace – se budou i nadále vyplácet dolům po celém světě.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Anglie HP4 2AF, Spojené království