Tambang tersebut semakin dalam setiap tahunnya – 30 meter, menurut laporan industri.
Seiring bertambahnya kedalaman, kebutuhan akan ventilasi dan pendinginan juga meningkat, dan Howden mengetahui hal ini dari pengalamannya bekerja di tambang terdalam di Afrika Selatan.
Howden didirikan pada tahun 1854 oleh James Howden di Skotlandia sebagai perusahaan teknik kelautan dan memasuki Afrika Selatan pada tahun 1950-an untuk melayani kebutuhan industri pertambangan dan pembangkit listrik. Pada tahun 1960-an, perusahaan ini membantu melengkapi tambang emas dalam di negara tersebut dengan semua sistem ventilasi dan pendinginan yang dibutuhkan untuk mengekstrak bijih secara aman dan efisien di kedalaman bermil-mil di bawah tanah.
“Awalnya, tambang hanya menggunakan ventilasi sebagai metode pendinginan, tetapi seiring bertambahnya kedalaman penambangan, pendinginan mekanis diperlukan untuk mengimbangi beban panas yang meningkat di dalam tambang,” kata Teunes Wasserman, kepala divisi Pendinginan dan Kompresor Tambang Howden, kepada IM.
Banyak tambang emas dalam di Afrika Selatan telah memasang pendingin sentrifugal Freon™ di atas dan di bawah tanah untuk menyediakan pendinginan yang diperlukan bagi personel dan peralatan di bawah tanah.
Meskipun ada peningkatan dalam kondisi saat ini, sistem pembuangan panas mesin bawah tanah terbukti bermasalah, karena kapasitas pendinginan mesin dibatasi oleh suhu dan jumlah udara buangan yang tersedia, kata Wasserman. Pada saat yang sama, kualitas air tambang menyebabkan pengotoran parah pada penukar panas shell-and-tube yang digunakan pada pendingin sentrifugal awal ini.
Untuk mengatasi masalah ini, tambang mulai memompa udara dingin dari permukaan ke dalam tanah. Meskipun hal ini meningkatkan kapasitas pendinginan, infrastruktur yang dibutuhkan memakan ruang di dalam silo dan prosesnya membutuhkan energi yang besar.
Untuk mengatasi masalah ini, perusahaan tambang ingin memaksimalkan jumlah udara dingin yang dialirkan ke permukaan tanah melalui unit pendingin air.
Hal ini mendorong Howden untuk memperkenalkan pendingin sekrup amino di tambang-tambang di Afrika Selatan, pertama-tama secara bersamaan setelah pendingin sentrifugal permukaan yang sudah ada. Hal ini telah menyebabkan perubahan signifikan dalam jumlah pendingin yang dapat disuplai ke tambang emas bawah tanah yang dalam ini, sehingga menurunkan suhu air permukaan rata-rata dari 6-8°C menjadi 1°C. Tambang dapat menggunakan infrastruktur pipa tambang yang sama, yang sebagian besar sudah terpasang, sambil secara signifikan meningkatkan jumlah pendinginan yang diberikan ke lapisan yang lebih dalam.
Sekitar 20 tahun setelah diperkenalkannya WRV 510, Howden, pemain pasar terkemuka di bidang ini, mengembangkan WRV 510, kompresor sekrup blok besar dengan rotor 510 mm. Kompresor ini merupakan salah satu kompresor sekrup terbesar di pasaran pada saat itu dan sesuai dengan ukuran modul pendingin yang dibutuhkan untuk mendinginkan tambang-tambang dalam di Afrika Selatan.
“Ini adalah terobosan besar karena tambang dapat memasang satu unit pendingin 10-12 MW saja, bukan banyak unit pendingin,” kata Wasserman. “Pada saat yang sama, amonia sebagai refrigeran ramah lingkungan sangat cocok untuk kombinasi kompresor ulir dan penukar panas pelat.”
Pertimbangan terkait amonia telah diformalkan dalam spesifikasi dan standar keselamatan untuk amonia bagi industri pertambangan, dengan Howden memainkan peran penting dalam proses perancangan. Spesifikasi dan standar tersebut telah diperbarui dan dimasukkan ke dalam hukum Afrika Selatan.
Keberhasilan ini dibuktikan dengan pemasangan kapasitas pendinginan amonia lebih dari 350 MW oleh industri pertambangan Afrika Selatan, yang dianggap sebagai yang terbesar di dunia.
Namun inovasi Howden di Afrika Selatan tidak berhenti sampai di situ: pada tahun 1985 perusahaan tersebut menambahkan mesin es permukaan ke jajaran pendingin tambang mereka yang terus berkembang.
Seiring dengan dimaksimalkannya opsi pendinginan permukaan dan bawah tanah atau ketika opsi tersebut dianggap terlalu mahal, tambang membutuhkan solusi pendinginan baru untuk memperluas penambangan ke kedalaman yang lebih dalam.
Howden memasang pabrik pembuatan es pertamanya (contoh di bawah) pada tahun 1985 di EPM (East Rand Proprietary Mine) di sebelah timur Johannesburg, yang memiliki total kapasitas pendinginan sekitar 40 MW dan kapasitas es sebesar 4320 t/jam.
Prinsip dasar operasinya adalah pembentukan es di permukaan dan pengangkutannya melalui tambang ke bendungan es bawah tanah, di mana air dari bendungan es kemudian disirkulasikan di stasiun pendingin bawah tanah atau digunakan sebagai air proses untuk pengeboran sumur. Es yang mencair kemudian dipompa kembali ke permukaan.
Keuntungan utama dari sistem pembuat es ini adalah pengurangan biaya pemompaan, yang mengurangi biaya operasional yang terkait dengan sistem air dingin permukaan sekitar 75-80%. Hal ini disebabkan oleh "energi pendinginan yang tersimpan dalam transisi fase air," kata Wasserman, menjelaskan bahwa 1 kg/detik es memiliki kapasitas pendinginan yang sama dengan 4,5-5 kg/detik air beku.
Berkat "efisiensi penempatan yang unggul", bendungan bawah tanah dapat dipertahankan pada suhu 2-5°C untuk meningkatkan kinerja termal stasiun pendingin udara bawah tanah, sehingga memaksimalkan kapasitas pendinginan.
Keunggulan lain dari pembangkit listrik tenaga es yang sangat relevan di Afrika Selatan, negara yang dikenal dengan jaringan listriknya yang tidak stabil, adalah kemampuan sistem ini untuk digunakan sebagai metode penyimpanan panas, di mana es dibuat dan dikumpulkan di bendungan es bawah tanah dan selama periode puncak.
Manfaat yang disebutkan terakhir telah mendorong pengembangan proyek kemitraan industri yang didukung Eskom, di mana Howden sedang menyelidiki penggunaan mesin pembuat es untuk mengurangi permintaan listrik puncak, dengan studi kasus di Mponeng dan Moab Hotsong, tambang bawah tanah terdalam di dunia.
“Kami membekukan bendungan di malam hari (setelah jam kerja) dan menggunakan air serta es yang mencair sebagai sumber pendingin untuk tambang selama jam-jam puncak,” jelas Wasserman. “Unit pendingin dasar dimatikan selama periode puncak, yang mengurangi beban pada jaringan listrik.”
Hal ini mengarah pada pengembangan mesin es siap pakai di Mponeng, di mana Howden menyelesaikan pekerjaan termasuk pekerjaan sipil, listrik, dan peralatan mekanik untuk mesin es berkapasitas 12 MW dan 120 t/jam.
Penambahan terbaru pada strategi pendinginan inti Mponeng meliputi es lunak, air dingin permukaan, pendingin udara permukaan (BAC), dan sistem pendinginan bawah tanah. Kehadiran konsentrasi garam dan klorida terlarut yang tinggi dalam air tambang selama pekerjaan berlangsung.
Menurutnya, kekayaan pengalaman dan fokus Afrika Selatan pada solusi, bukan hanya produk, terus mentransformasi sistem pendingin di seluruh dunia.
Seperti yang disebutkan Wasserman, seiring semakin banyaknya tambang yang digali lebih dalam dan membutuhkan lebih banyak ruang di dalamnya, mudah untuk melihat solusi seperti ini ditemukan di bagian lain dunia.
Meinhardt mengatakan: “Howden telah mengekspor teknologi pendinginan tambang dalam ke Afrika Selatan selama beberapa dekade. Misalnya, kami memasok solusi pendinginan tambang untuk tambang emas bawah tanah di Nevada pada tahun 1990-an.
“Teknologi menarik yang digunakan di beberapa tambang Afrika Selatan adalah penyimpanan es termal untuk transfer beban – energi termal disimpan dalam bendungan es besar. Es diproduksi selama jam-jam puncak dan digunakan selama jam-jam puncak,” katanya. “Secara tradisional, unit pendingin dirancang untuk suhu lingkungan maksimum yang dapat mencapai tiga jam sehari selama bulan-bulan musim panas. Namun, jika Anda memiliki kemampuan untuk menyimpan energi pendingin, Anda dapat mengurangi kapasitas tersebut.”
“Jika Anda memiliki paket dengan tarif puncak yang cukup tinggi dan ingin beralih ke tarif yang lebih murah selama periode di luar jam sibuk, solusi pembuatan es ini dapat menjadi pilihan bisnis yang menguntungkan,” katanya. “Modal awal untuk pabrik tersebut dapat mengimbangi biaya operasional yang lebih rendah.”
Pada saat yang sama, BAC, yang telah digunakan di tambang Afrika Selatan selama beberapa dekade, semakin penting secara global.
Dibandingkan dengan desain BAC tradisional, generasi terbaru BAC memiliki efisiensi termal yang lebih tinggi daripada pendahulunya, batas suhu udara tambang yang lebih rendah, dan ukuran yang lebih kecil. Mereka juga mengintegrasikan modul pendinginan sesuai permintaan (CoD) ke dalam platform Howden Ventsim CONTROL, yang secara otomatis menyesuaikan suhu udara di sekitar anjungan agar sesuai dengan kebutuhan bawah permukaan.
Selama tahun lalu, Howden telah mengirimkan tiga BAC generasi baru kepada pelanggan di Brasil dan Burkina Faso.
Perusahaan ini juga mampu menghasilkan solusi khusus untuk kondisi operasi yang sulit; contoh terbaru adalah instalasi 'unik' pendingin amonia BAC untuk OZ Minerals di tambang Carrapateena di Australia Selatan.
“Howden memasang kondensor kering dengan kompresor amonia Howden dan pendingin udara kering loop tertutup di Australia karena tidak tersedianya air,” kata Wasserman tentang instalasi tersebut. “Mengingat ini adalah instalasi 'kering' dan bukan pendingin semprot terbuka yang dipasang di sistem air, pendingin ini dirancang untuk efisiensi maksimum.”
Saat ini perusahaan sedang menguji solusi pemantauan waktu operasional untuk pembangkit BAC darat 8 MW (seperti yang terlihat pada gambar di bawah) yang dirancang dan dibangun di tambang Yaramoko Fortuna Silver (sebelumnya Roxgold) di Burkina Faso.
Sistem ini, yang dikendalikan oleh pabrik Howden di Johannesburg, memungkinkan perusahaan untuk memberikan saran tentang potensi peningkatan efisiensi dan pemeliharaan agar pabrik tetap beroperasi secara optimal. Unit BAC di kompleks pertambangan Caraiba di Ero Copper, Brasil juga dirancang untuk menggunakan fitur ini.
Platform Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) terus membangun hubungan bernilai tambah yang berkelanjutan dan perusahaan akan meluncurkan dua studi kelayakan Ventilation On Demand (VoD) di negara tersebut pada tahun 2021.
Tepat di perbatasan Zimbabwe, perusahaan tersebut sedang mengerjakan proyek yang memungkinkan video on demand untuk pintu otomatis di tambang bawah tanah, sehingga pintu dapat terbuka pada interval yang berbeda dan menyediakan jumlah udara pendingin yang tepat tergantung pada kebutuhan spesifik kendaraan.
Pengembangan teknologi ini, dengan menggunakan infrastruktur penambangan yang sudah ada dan sumber data siap pakai, akan menjadi bagian penting dari produk-produk Howden di masa mendatang.
Pengalaman Howden di Afrika Selatan: Pelajari cara merancang solusi pendinginan untuk mengatasi kualitas air yang buruk di tambang emasnya yang dalam, cara membuat solusi seefisien mungkin dalam hal energi untuk menghindari masalah jaringan listrik, dan cara memenuhi beberapa persyaratan kualitas udara, suhu, dan kesehatan kerja yang paling ketat di seluruh dunia. Regulasi – akan terus memberikan keuntungan bagi tambang di seluruh dunia.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Inggris HP4 2AF, Inggris Raya