La mine devient plus profonde chaque année – 30 m, selon les rapports de l’industrie.
À mesure que la profondeur augmente, le besoin de ventilation et de refroidissement augmente également, et Howden le sait grâce à son expérience de travail avec les mines les plus profondes d'Afrique du Sud.
Howden a été fondée en 1854 par James Howden en Écosse en tant qu'entreprise d'ingénierie maritime. Elle s'est implantée en Afrique du Sud dans les années 1950 pour répondre aux besoins des industries minière et énergétique. Dans les années 1960, l'entreprise a contribué à équiper les mines d'or profondes du pays de tous les systèmes de ventilation et de refroidissement nécessaires à l'extraction sûre et efficace du minerai à des kilomètres sous terre.
« Au départ, la mine n'utilisait que la ventilation comme méthode de refroidissement, mais à mesure que la profondeur d'extraction augmentait, un refroidissement mécanique était nécessaire pour compenser la charge thermique croissante dans la mine », a déclaré à IM Teunes Wasserman, responsable de la division Refroidissement et compresseurs des mines de Howden.
De nombreuses mines d’or profondes en Afrique du Sud ont installé des refroidisseurs centrifuges Freon™ au-dessus et au-dessous du sol pour fournir le refroidissement nécessaire au personnel et à l’équipement souterrains.
Malgré l'amélioration de la situation actuelle, le système de dissipation thermique de la machine souterraine s'est avéré problématique, car sa capacité de refroidissement était limitée par la température et la quantité d'air extrait disponible, a expliqué Wasserman. Parallèlement, la qualité de l'eau de mine a entraîné un encrassement important des échangeurs de chaleur à tubes et calandre utilisés dans ces premiers refroidisseurs centrifuges.
Pour résoudre ce problème, les mines ont commencé à pomper de l'air froid de la surface vers le sol. Si cela augmente la capacité de refroidissement, l'infrastructure nécessaire occupe de l'espace dans le silo et le processus est énergivore.
Pour résoudre ces problèmes, les mines souhaitent maximiser la quantité d’air froid amenée au sol par des unités d’eau glacée.
Cela a incité Howden à introduire des refroidisseurs à vis amino dans les mines d'Afrique du Sud, d'abord en tandem avec les refroidisseurs centrifuges de surface existants. Cela a entraîné une augmentation significative de la quantité de liquide de refroidissement pouvant être fournie à ces mines d'or souterraines profondes, entraînant une baisse de la température moyenne de l'eau de surface de 6-8 °C à 1 °C. La mine peut utiliser la même infrastructure de canalisations, dont beaucoup sont déjà installées, tout en augmentant considérablement la quantité de refroidissement fournie aux couches plus profondes.
Environ 20 ans après le lancement du WRV 510, Howden, acteur majeur du secteur, a développé le WRV 510, un compresseur à vis à grand bloc doté d'un rotor de 510 mm. Il s'agissait de l'un des plus grands compresseurs à vis du marché à l'époque, adapté à la taille du module de refroidissement nécessaire au refroidissement des mines sud-africaines profondes.
« C'est une innovation majeure, car les mines peuvent installer un seul refroidisseur de 10 à 12 MW au lieu de plusieurs », a déclaré Wasserman. « Parallèlement, l'ammoniac, en tant que réfrigérant écologique, est parfaitement adapté aux combinaisons de compresseurs à vis et d'échangeurs de chaleur à plaques. »
Les considérations relatives à l'ammoniac ont été formalisées dans les spécifications et les normes de sécurité relatives à l'ammoniac pour l'industrie minière, Howden jouant un rôle important dans le processus de conception. Ces spécifications ont été mises à jour et intégrées à la législation sud-africaine.
Ce succès est attesté par l’installation de plus de 350 MW de capacité de réfrigération à l’ammoniac par l’industrie minière sud-africaine, considérée comme la plus grande au monde.
Mais l'innovation de Howden en Afrique du Sud ne s'est pas arrêtée là : en 1985, la société a ajouté une machine à glace de surface à sa gamme croissante de refroidisseurs de mines.
Alors que les options de refroidissement de surface et souterraines sont maximisées ou jugées trop coûteuses, les mines ont besoin d'une nouvelle solution de refroidissement pour étendre davantage l'exploitation minière à des niveaux plus profonds.
Howden a installé sa première usine de fabrication de glace (exemple ci-dessous) en 1985 à l'EPM (East Rand Proprietary Mine) à l'est de Johannesburg, qui a une capacité de refroidissement totale finale d'environ 40 MW et une capacité de glace de 4 320 t/h.
L'exploitation repose sur la formation de glace en surface et son transport à travers la mine jusqu'à un barrage de glace souterrain. L'eau de ce barrage circule ensuite dans des stations de refroidissement souterraines ou est utilisée comme eau de procédé pour le forage de puits. La glace fondue est ensuite pompée vers la surface.
Le principal avantage de ce système de fabrication de glace réside dans la réduction des coûts de pompage, ce qui diminue d'environ 75 à 80 % les coûts d'exploitation associés aux systèmes de refroidissement par eau de surface. Cela s'explique par « l'énergie de refroidissement inhérente aux transitions de phase de l'eau », explique Wasserman, expliquant qu'1 kg/s de glace a la même capacité de refroidissement que 4,5 à 5 kg/s d'eau gelée.
Grâce à « l'efficacité de positionnement supérieure », le barrage souterrain peut être maintenu à 2-5°C pour améliorer les performances thermiques de la station de refroidissement par air souterraine, maximisant ainsi la capacité de refroidissement.
Un autre avantage de la pertinence particulière d’une centrale électrique à glace en Afrique du Sud, un pays connu pour son réseau électrique instable, est la capacité du système à être utilisé comme méthode de stockage de chaleur, où la glace est créée et accumulée dans des barrages de glace souterrains et pendant les périodes de pointe.
Ce dernier avantage a conduit au développement d'un projet de partenariat industriel soutenu par Eskom dans le cadre duquel Howden étudie l'utilisation de machines à glace pour réduire la demande de pointe en électricité, avec des cas tests à Mponeng et Moab Hotsong, les mines souterraines les plus profondes du monde.
« Nous avons gelé le barrage la nuit (après les heures de fermeture) et utilisé l'eau et la glace fondue pour refroidir la mine aux heures de pointe », explique Wasserman. « Les unités de refroidissement de base sont éteintes pendant les heures de pointe, ce qui réduit la charge sur le réseau. »
Cela a conduit au développement d'une machine à glace clé en main à Mponeng, où Howden a réalisé les travaux, y compris l'équipement civil, électrique et mécanique pour une machine à glace de 12 MW et 120 t/h.
Les ajouts récents à la stratégie de refroidissement de base de Mponeng comprennent de la glace molle, de l'eau réfrigérée en surface, des refroidisseurs d'air de surface (BAC) et un système de refroidissement souterrain. la présence dans les eaux de mine de concentrations élevées de sels et de chlorures dissous pendant les travaux.
La richesse de l’expérience de l’Afrique du Sud et son intérêt pour les solutions, et pas seulement pour les produits, continuent de transformer les systèmes de réfrigération dans le monde entier, dit-il.
Comme l'a mentionné Wasserman, à mesure que de plus en plus de mines s'approfondissent et que l'espace disponible augmente, il est facile de voir des solutions comme celle-ci être trouvées dans d'autres parties du monde.
Meinhardt a déclaré : « Howden exporte sa technologie de refroidissement pour mines profondes en Afrique du Sud depuis des décennies. Par exemple, nous avons fourni des solutions de refroidissement pour les mines d'or souterraines du Nevada dans les années 1990. »
« Une technologie intéressante utilisée dans certaines mines sud-africaines est le stockage de glace thermique pour le transfert de charge. L'énergie thermique est stockée dans de grands barrages de glace. La glace est produite et utilisée aux heures de pointe », a-t-il expliqué. « Traditionnellement, les unités de réfrigération sont conçues pour une température ambiante maximale pouvant atteindre trois heures par jour pendant les mois d'été. Cependant, si l'on dispose de la capacité de stockage de l'énergie frigorifique, on peut réduire cette capacité. »
« Si vous disposez d'un forfait avec un tarif de pointe assez élevé et souhaitez bénéficier de tarifs plus avantageux en dehors des heures de pointe, ces solutions de production de glace peuvent constituer un argument de vente solide », a-t-il déclaré. « L'investissement initial de l'usine peut compenser la baisse des coûts d'exploitation. »
Dans le même temps, le BAC, utilisé dans les mines sud-africaines depuis des décennies, gagne de plus en plus d’importance à l’échelle mondiale.
Comparées aux conceptions traditionnelles de BAC, les BAC de dernière génération offrent une efficacité thermique supérieure à celle de leurs prédécesseurs, des limites de température de l'air minier plus basses et un encombrement réduit. Elles intègrent également un module de refroidissement à la demande (CoD) à la plateforme Howden Ventsim CONTROL, qui ajuste automatiquement la température de l'air du collet en fonction des besoins du sous-sol.
Au cours de l’année écoulée, Howden a livré trois BAC de nouvelle génération à des clients au Brésil et au Burkina Faso.
L'entreprise est également en mesure de produire des solutions personnalisées pour des conditions d'exploitation difficiles ; un exemple récent est l'installation « unique » de refroidisseurs d'ammoniac BAC pour OZ Minerals à la mine de Carrapateena en Australie du Sud.
« En Australie, Howden a installé des condenseurs secs avec des compresseurs à ammoniac Howden et des refroidisseurs d'air sec en circuit fermé, faute d'eau disponible », a déclaré Wasserman à propos de l'installation. « Étant donné qu'il s'agit d'une installation sèche et non de refroidisseurs à pulvérisation ouverts installés dans des réseaux d'eau, ces refroidisseurs sont conçus pour une efficacité maximale. »
La société teste actuellement une solution de surveillance de la disponibilité pour une centrale BAC terrestre de 8 MW (photo ci-dessous) conçue et construite dans la mine Yaramoko Fortuna Silver (anciennement Roxgold) au Burkina Faso.
Le système, contrôlé par l'usine Howden de Johannesburg, permet à l'entreprise de conseiller sur les améliorations potentielles d'efficacité et de maintenance afin de maintenir l'usine à son niveau optimal. L'unité BAC du complexe minier de Caraiba à Ero Copper, au Brésil, est également conçue pour utiliser cette fonctionnalité.
La plateforme Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continue de construire des relations durables à valeur ajoutée et la société lancera deux études de faisabilité de ventilation à la demande (VoD) dans le pays en 2021.
Juste à la frontière zimbabwéenne, l'entreprise travaille sur un projet qui permettra la vidéo à la demande pour les portes automatiques dans les mines souterraines, leur permettant de s'ouvrir à des intervalles variables et de fournir juste la bonne quantité d'air de refroidissement en fonction des besoins spécifiques du véhicule.
Ce développement technologique, utilisant l’infrastructure minière existante et les sources de données disponibles sur le marché, constituera une partie importante des futurs produits de Howden.
L'expérience Howden en Afrique du Sud : découvrez comment concevoir des solutions de refroidissement pour faire face à la mauvaise qualité de l'eau dans ses mines d'or profondes, comment rendre les solutions aussi économes en énergie que possible pour éviter les problèmes de réseau et comment répondre à certaines des exigences les plus strictes en matière de qualité de l'air. La réglementation mondiale continuera d'être rentable pour les mines du monde entier.
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