kỹ thuật làm lạnh khai thác mỏ

kỹ thuật làm lạnh khai thác mỏ: Tổng quan

Kỹ thuật làm lạnh khai thác mỏ là một môn học quan trọng tập trung vào việc thiết kế, thực hiện, và duy trì hệ thống làm mát trong các hoạt động khai thác dưới lòng đất và trên mặt đất. Mục đích chính của nó là quản lý môi trường nhiệt để đảm bảo an toàn cho người lao động, bảo vệ thiết bị, và cho phép khai thác ở độ sâu lớn hơn, nơi nhiệt địa nhiệt và khả năng tự động nén không khí khiến điều kiện nóng và ẩm không thể chịu nổi. Lĩnh vực này bao gồm nhiều công nghệ, từ nhà máy nước lạnh và làm mát không khí thông gió đến kho chứa đá và hệ thống dựa trên chất làm lạnh trực tiếp, được thiết kế để chống lại tải nhiệt đáng kể do máy móc tạo ra, tầng đá, và hoạt động của con người.

Hệ thống cốt lõi và phương pháp tiếp cận công nghệ

Việc lựa chọn hệ thống làm lạnh phụ thuộc vào các yếu tố như độ sâu mỏ, Địa chất, nguồn nước sẵn có, và quy mô dự án. Hai loại chính là làm mát không khí số lượng lớn trên bề mặt (BAC) và làm mát tại chỗ hoặc làm mát cục bộ.

• Làm mát không khí số lượng lớn bề mặt (BAC): Các nhà máy làm lạnh lớn được lắp đặt trên bề mặt để làm mát toàn bộ luồng khí thông gió hút vào trước khi đi xuống mỏ. Điều này có hiệu quả đối với các mỏ có trục nạp tập trung.
• Làm mát tại chỗ dưới lòng đất: Các thiết bị làm lạnh được đặt trong khu vực khai thác mỏ để làm mát các khu vực cụ thể, chẳng hạn như các đầu phát triển sâu hoặc phòng thiết bị cố định. Điều này bao gồm mạng lưới nước lạnh được bơm vào bộ trao đổi nhiệt (cuộn dây làm mát) ở những vị trí quan trọng.

Một thành phần quan trọng thường được tích hợp là Hệ thống lưu trữ nước đá hoặc bùn. Các hệ thống này tạo ra băng trên bề mặt trong giờ điện thấp điểm (giảm chi phí năng lượng) và bơm bùn đá xuống lòng đất. Sự chuyển pha từ băng sang nước hấp thụ một lượng nhiệt lớn (ẩn nhiệt của phản ứng tổng hợp), cung cấp khả năng làm mát hiệu quả cao tại thời điểm sử dụng.

So sánh các chiến lược làm mát sơ cấp

Tính năng	Làm mát không khí số lượng lớn bề mặt (BAC)	Làm mát tại chỗ dưới lòng đất	Hệ thống nước đá/bùn
Ứng dụng chính	Làm mát toàn bộ luồng khí nạp để kiểm soát khí hậu toàn quận hoặc toàn mỏ.	Làm mát mục tiêu các khu vực có nhiệt độ cao hoặc bề mặt làm việc cụ thể.	Làm mát tại chỗ hiệu quả cao, thường dành cho mục đích phát triển hoặc khu vực làm việc sâu.
Cơ sở hạ tầng	Nhà máy bề mặt lớn; yêu cầu ống dẫn/thông gió rộng rãi để phân phối không khí được làm mát.	Phòng thực vật dưới lòng đất; yêu cầu mạng lưới đường ống dẫn nước lạnh/chất làm lạnh.	Nhà máy băng bề mặt; mạng lưới đường ống bùn cách nhiệt đến các điểm nóng chảy dưới lòng đất.
hiệu quả năng lượng	Có thể thấp hơn do khoảng cách di chuyển bằng đường hàng không dài và hấp thụ nhiệt. Có thể cần công suất quạt cao hơn.	Hiệu quả hơn cho các vùng cục bộ vì khả năng làm mát được áp dụng gần nguồn.	Rất cao; sử dụng ẩn nhiệt của phản ứng tổng hợp. Cho phép tiết kiệm chi phí năng lượng thông qua sản xuất đá ngoài giờ cao điểm.
Chi phí vốn	Rất cao cho nhà máy và cơ sở hạ tầng phân phối không khí rộng khắp.	Trung bình đến cao, tùy theo quy mô và số lượng đơn vị triển khai ngầm.	Chi phí vốn cao cho các nhà máy sản xuất đá chuyên dụng và hệ thống đường ống dẫn bùn.
Tính linh hoạt trong vận hành	Thấp; khó điều chỉnh theo các điều kiện thay đổi ở các khu vực mỏ khác nhau.	Cao; các đơn vị có thể được di dời hoặc điều chỉnh khi tiến trình khai thác.	Vừa phải; mạng lưới đường ống xác định điểm phân phối, nhưng trạm nóng chảy có thể được điều chỉnh.

Nghiên cứu trường hợp thực tế: Mỏ sâu nhất ở Bắc Mỹ

Một ví dụ rõ ràng về làm lạnh khai thác tiên tiến được tìm thấy tại Mỏ Musselwhite của Newmont ở Ontario, Canada (hiện là một phần trong danh mục đầu tư của Newmont). Khi việc khai thác mở rộng ra ngoài 1 độ sâu km, nhiệt độ đá vượt quá 40°C.

• Thử thách: Cung cấp khả năng làm mát hiệu quả ở bề mặt làm việc sâu nơi BAC thông thường không đủ do khoảng cách.
• Giải pháp: Triển khai hệ thống hai giai đoạn:
  1. Hệ thống BAC bề mặt sơ cấp làm mát trước khí nạp chính.
  2. Một thứ cấp hệ thống bùn đá đã được cài đặt—một trong những ứng dụng quy mô lớn đầu tiên ở Bắc Mỹ vào thời điểm đó.
• Thực hiện: Một nhà máy bề mặt tạo ra bùn đá được bơm lên 1 km xuống lỗ khoan qua đường ống cách nhiệt tới bể chứa gần khu vực làm việc sâu. Bùn sau đó được phân phối đến các trạm nấu chảy gần khu vực làm việc đang hoạt động.
• kết quả: Khả năng làm mát tiềm ẩn của băng cho phép giảm đáng kể khối lượng vật liệu được bơm so với nước lạnh, tiết kiệm năng lượng bơm đồng thời mang lại khả năng làm mát mạnh mẽ chính xác ở những nơi cần thiết, duy trì nhiệt độ làm việc khả thi ở độ sâu cực cao.

Câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp)

1. Tại sao các mỏ không thể sử dụng hệ thống thông gió nhiều hơn thay vì làm lạnh?
Trong khi tăng luồng không khí (pha loãng) là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sức nóng, nó trở nên không thực tế ở độ sâu lớn do tự động nén—không khí nóng lên chỉ bằng cách đi xuống dưới sức nặng của chính nó (khoảng 1°C mỗi 100 mét). Hơn nữa, việc di chuyển một lượng lớn không khí đòi hỏi chi phí điện năng quạt rất lớn và việc đào đường dẫn khí lớn hơn trở nên cực kỳ tốn kém so với làm lạnh cơ học.

2 là gì "tải nhiệt" trong một khu mỏ mà điện lạnh phải vượt qua?
Tổng tải nhiệt của mỏ bao gồm một số nguồn:

• Độ dốc địa nhiệt: Nhiệt truyền từ các tầng đá xung quanh.
• Tự động nén: Nhiệt sinh ra do khí nạp đi xuống.
• Thiết bị: Động cơ Diesel, Động cơ điện, cuộc tập trận vv., chuyển đổi gần như toàn bộ năng lượng đầu vào thành nhiệt.
• nổ mìn & Phá đá: Phản ứng hóa học tỏa nhiệt từ chất nổ.
• Sự trao đổi chất của con người: Bản thân thợ mỏ tạo ra nhiệt lượng đáng kể.

Kỹ thuật điện lạnh liên quan đến việc tính toán chính xác tất cả các tải này.

3 Có nguy cơ chất làm lạnh có thể rò rỉ vào không gian hạn chế của mỏ không?
Đúng, đây là vấn đề cần cân nhắc chính về an toàn Chất làm lạnh halocarbon tiêu chuẩn như R134a đậm đặc hơn không khí nếu bị rò rỉ, chúng có thể tích tụ lượng oxy dễ thở dẫn đến nguy cơ ngạt thở Do đó, amoniac (R717) có đặc tính nhiệt động tuyệt vời nhưng dễ cháy độc hại có thể được sử dụng thận trọng trong các nhà máy trên bề mặt với sự kiểm soát chặt chẽ Đối với các hệ thống trực tiếp dưới lòng đất, các giải pháp thay thế không độc hại như máy làm lạnh bằng nước hoặc hệ thống CO2 R744 được quản lý cẩn thận ngày càng được xem xét

---

Tài liệu tham khảo & Cơ sở đọc thêm
Thực tiễn công nghiệp chi tiết ở đây được ghi lại trong các ấn phẩm như "Thông gió và điều hòa không khí của mỏ" bởi Hartman và cộng sự. nghiên cứu trường hợp từ Tạp chí khai thác CIM tài liệu kỹ thuật từ Đại hội Hiệp hội thông gió mỏ. Các thông số kỹ thuật cụ thể trên hệ thống của Musselwhite được các kỹ sư của Hatch Ltd báo cáo tại hội nghị CIM