業界報告によると、この鉱山は毎年30メートルずつ深くなっている。
深さが増すにつれて、換気と冷却の必要性も高まる。ハウデンはこのことを、南アフリカの最も深い鉱山での作業経験から熟知している。
ハウデン社は1854年、ジェームズ・ハウデンによってスコットランドで海洋工学会社として設立され、1950年代に南アフリカに進出し、鉱業および電力業界のニーズに応えました。1960年代までには、同社は南アフリカの深部金鉱山に、地下数マイルに及ぶ鉱石を安全かつ効率的に採掘するために必要な換気および冷却システム一式を供給するのに貢献しました。
「当初、この鉱山では冷却方法として換気のみを使用していましたが、採掘深度が増すにつれて、鉱山内の熱負荷の増加に対応するために機械的な冷却が必要になりました」と、ハウデン社の鉱山冷却・圧縮機部門責任者であるテューネス・ワッサーマン氏はIM誌に語った。
南アフリカの多くの深層金鉱山では、地下作業員や設備に必要な冷却を提供するため、地上と地下にフロン™遠心式冷却装置が設置されている。
現状は改善されたものの、地下に設置された機械の放熱システムには問題があった。機械の冷却能力は温度と排気量によって制限されていたためだ、とワッサーマン氏は述べた。同時に、鉱山水の水質が悪く、初期の遠心式チラーに使用されていたシェルアンドチューブ式熱交換器がひどく汚れてしまった。
この問題を解決するため、鉱山では地表から冷たい空気を地中に送り込むようになった。これにより冷却能力は向上するものの、必要なインフラがサイロ内のスペースを占有し、エネルギー消費量も多くなる。
これらの問題に対処するため、鉱山会社は冷水装置を通して地上に送り込む冷気の量を最大限に増やしたいと考えている。
このことがきっかけとなり、ハウデン社は南アフリカの鉱山にアミノスクリュークーラーを導入しました。当初は既存の地表遠心式クーラーと併用して設置されました。これにより、これらの深層金鉱山に供給できる冷却液の量が飛躍的に増加し、地表水の平均温度が6～8℃から1℃に低下しました。鉱山は既存のパイプライン設備（多くは既に設置済み）をそのまま利用できるだけでなく、より深い層への冷却量を大幅に増やすことが可能になりました。
WRV 510の発売から約20年後、この分野の大手市場プレーヤーであるハウデン社は、ローター径510mmの大型ブロックスクリューコンプレッサーであるWRV 510を開発しました。これは当時市場に出回っていたスクリューコンプレッサーの中でも最大級のもので、南アフリカの深部鉱山を冷却するために必要なチラーモジュールのサイズに合致していました。
「これは画期的なことです。鉱山では、多数のチラーを設置する代わりに、10～12MWのチラーを1台設置するだけで済むからです」とワッサーマン氏は述べた。「同時に、環境に優しい冷媒であるアンモニアは、スクリューコンプレッサーとプレート式熱交換器の組み合わせに最適です。」
アンモニアに関する考慮事項は、鉱業におけるアンモニアの仕様および安全基準として正式に定められ、ハウデン社はその設計プロセスにおいて重要な役割を果たしました。これらの仕様および基準は更新され、南アフリカの法律に組み込まれています。
この成功は、南アフリカの鉱業が350MWを超えるアンモニア冷凍設備を設置したことからも明らかであり、これは世界最大規模とされている。
しかし、ハウデン社の南アフリカにおける革新はそこで終わらなかった。1985年、同社は拡大を続ける鉱山用冷却装置のラインナップに、地表製氷機を追加した。
地表および地下の冷却方法が最大限に活用されたり、費用がかかりすぎると判断されたりするにつれ、鉱山は採掘をさらに深い層へと拡大するために、新たな冷却ソリューションを必要としている。
ハウデン社は1985年、ヨハネスブルグ東部のEPM（イーストランド私有鉱山）に最初の製氷プラント（下記参照）を設置しました。このプラントの最終的な総冷却能力は約40MW、製氷能力は4320t/hです。
この操業の基本は、地表で氷を生成し、それを鉱山を通して地下の氷ダムまで輸送することである。氷ダムの水は、地下の冷却ステーションで循環させたり、掘削井戸のプロセス水として使用したりする。溶けた氷はその後、地上に汲み上げられる。
この製氷システムの主な利点は、ポンプの稼働コストが削減されることであり、これにより表面冷却水システムの運転コストを約75～80%削減できます。ワッサーマン氏は、「これは水の相変化に蓄えられた冷却エネルギーによるものだ」と述べ、1kg/秒の氷は4.5～5kg/秒の凍結水と同じ冷却能力を持つと説明しました。
「優れた位置決め効率」により、地下ダムを2～5℃に維持することができ、地下空冷ステーションの熱性能を向上させ、冷却能力を最大限に高めることができる。
電力網が不安定なことで知られる南アフリカにおいて、氷発電所が特に重要なもう一つの利点は、このシステムが蓄熱方式として利用できることである。つまり、ピーク時には地下の氷ダムに氷を生成・蓄積することができる。
後者の利点から、エスコムが支援する業界連携プロジェクトが開発され、ハウデン社は製氷機を利用してピーク時の電力需要を削減する方法を研究しており、世界で最も深い地下鉱山であるムポネン鉱山とモアブ・ホットソング鉱山で試験運用を行っている。
「夜間（営業時間外）にダムを凍結させ、ピーク時には水と溶けた氷を鉱山の冷却源として利用しました」とワッサーマン氏は説明した。「ピーク時には基幹冷却装置を停止することで、電力網への負荷を軽減しています。」
これにより、ムポネンにターンキー方式の製氷機が開発されることになり、ハウデン社は12MW、120t/hの製氷機に必要な土木、電気、機械設備を含む工事を完了させた。
Mponeng のコア冷却戦略に最近追加されたものには、ソフトアイス、表面冷却水、表面空気冷却器 (BAC)、および地下冷却システムが含まれます。作業中、鉱山水には溶解塩と塩化物の濃度が高くなっています。
南アフリカの豊富な経験と、製品だけでなくソリューションに重点を置く姿勢は、世界中の冷凍システムを変革し続けている、と彼は述べている。
ワッサーマンが述べたように、鉱山がより深く掘り進められ、鉱山内の空間が広がるにつれて、このような解決策が世界の他の地域で見られるようになるのは容易なことだ。
マインハルト氏は次のように述べた。「ハウデン社は数十年にわたり、深部鉱山冷却技術を南アフリカに輸出してきました。例えば、1990年代にはネバダ州の地下金鉱山向けに鉱山冷却ソリューションを提供しました。」
「南アフリカの一部の鉱山で使われている興味深い技術の一つに、熱エネルギーを蓄えて負荷分散に利用するものがあります。これは、大きな氷のダムに熱エネルギーを蓄える技術です。氷はピーク時に生産され、ピーク時に使用されます」と彼は述べた。「従来、冷凍装置は、夏季に1日3時間程度まで上昇する可能性のある最高外気温に対応するように設計されています。しかし、冷却エネルギーを蓄えることができれば、その容量を削減できます。」
「ピーク時の料金がかなり高いプランをお持ちで、オフピーク時の料金を安くしたいとお考えなら、こうした製氷ソリューションは有力なビジネスチャンスとなるでしょう」と彼は述べた。「プラントの初期投資額は、運用コストの削減分を相殺できるはずです。」
同時に、南アフリカの鉱山で数十年にわたり使用されてきたBACは、世界的にますます重要性を増している。
従来のBAC設計と比較して、最新世代のBACは、従来品よりも熱効率が高く、坑内空気温度の上限が低く、設置面積も小さくなっています。また、Howden Ventsim CONTROLプラットフォームにオンデマンド冷却（CoD）モジュールを統合しており、坑内空気温度を地下のニーズに合わせて自動的に調整します。
過去1年間で、ハウデン社はブラジルとブルキナファソの顧客に3基の新型BAC（バッテリー式自動制御システム）を納入した。
同社は、困難な操業条件に対応したカスタマイズソリューションも提供できる。最近の例としては、南オーストラリア州のカラパティーナ鉱山にあるOZ Minerals社向けに、BAC社製のアンモニア冷却装置を「他に類を見ない」形で設置したことが挙げられる。
「ハウデン社は、オーストラリアで水が利用できない状況下で、ハウデン社製のアンモニアコンプレッサーと密閉型ドライエアクーラーを備えたドライコンデンサーを設置しました」とワッサーマン氏は設置について述べた。「これは、水システムに設置される開放型スプレークーラーではなく、『ドライ』設置であるため、これらのクーラーは最大限の効率を発揮するように設計されています。」
同社は現在、ブルキナファソのヤラモコ・フォルトゥナ銀鉱山（旧ロックスゴールド鉱山）に設計・建設された8MWの陸上BAC発電所（下図​​参照）向けの稼働状況監視ソリューションの試験運用を行っている。
ヨハネスブルグにあるハウデン社の工場が制御するこのシステムにより、同社は工場の最適な稼働を維持するための効率改善策やメンテナンスについて助言することができる。ブラジルのエロ銅鉱山にあるカライバ鉱山複合施設のBACユニットも、この機能を利用するように設計されている。
トータル・マイン・ベンチレーション・ソリューションズ（TMVS）プラットフォームは、持続可能な付加価値のある関係構築を継続しており、同社は2021年に国内で2件のオンデマンド換気（VoD）の実現可能性調査を開始する予定です。
ジンバブエ国境付近で、同社は地下鉱山の自動ドアにオンデマンドビデオ配信機能を搭載するプロジェクトに取り組んでいる。これにより、車両の特定のニーズに応じて、ドアを様々な間隔で開閉し、適切な量の冷却空気を供給できるようになる。
既存の採掘インフラと市販のデータソースを活用したこの技術開発は、ハウデンの将来の製品にとって重要な要素となるでしょう。
ハウデンの南アフリカでの経験：同社の深部金鉱山の水質不良に対処する冷却ソリューションの設計方法、グリッドの問題を回避するためにソリューションを可能な限りエネルギー効率の高いものにする方法、そして世界で最も厳しい空気質要件を満たす方法を学びましょう。温度と労働衛生要件に関する規制は、世界中の鉱山にとって引き続き利益をもたらします。
インターナショナル・マイニング・チーム・パブリッシング社 2 クラリッジ・コート、ロウアー・キングス・ロード、バークハムステッド、ハートフォードシャー、イングランド HP4 2AF、イギリス