本文最初发表于《国际矿业杂志》——丹尼尔·格里森。

矿山的深度正在逐年增加——如果行业报告无误，深度将达到30米。

随着矿井深度的增加，矿井通风和冷却的需求也会增加，这是豪顿在与南非最深的矿井合作的经验中得知的事实。

1854年，詹姆斯·豪顿(James Howden)在苏格兰创立了一家海洋工程公司，豪顿在20世纪50年代进入南非，努力满足采矿和电力行业的需求。到20世纪60年代，豪顿为南非的深金矿提供了在地表以下数公里安全、高效开采矿石所需的所有通风和冷却产品。

“最初，矿井只使用通风作为冷却方法，但随着开采深度的增加，需要机械制冷来抵消矿井中不断增加的热负荷，豪顿南非矿山冷却和压缩机部门的团队负责人Theuns Wasserman告诉《国际矿业》。

南非的许多深金矿在地上和地下安装了Freon™离心冷却器，为地下工作人员和设备提供必要的冷却。

沃瑟曼说，在改善现状的时候发现地下设备的散热系统存在问题，设备的冷却能力受到温度和可用排出空气量的限制。同时，由于矿井水质的原因，早期离心冷水机组的管壳和管式换热器结垢严重。

他说，这导致设备的冷却水温度限制在6-8°C。

为了解决这一问题，矿井开始从地表向地下泵送冷空气。虽然这提高了冷却能力，但所需的基础设施占用了竖井的空间，并且该过程十分耗费能源和运营成本。

为了解决这些问题，煤矿希望最大限度地利用通过冷冻水设施输送到地下的冷却空气。

豪顿因此将氨基螺杆冷水机组引入南非矿山，最初是在现有的地面离心式冷水机组之后串联使用的。这使得可以输送到地下深处金矿的冷却量发生了质的变化，使从地表输送的平均水温从6-8°C降至1°C。这样就可以使用相同的竖井管道基础设施，而许多矿井都有这种基础设施，同时大大增加了向深层输送的冷却量。

在推出约20年后，豪顿作为该领域领先的市场参与者，开发了WRV 510 -一种转子直径510毫米的大型螺杆压缩机组。这是当时市场上最大的螺杆压缩机之一，它适合南非这些深矿制冷所需的冷却器的模块尺寸。

沃瑟曼说：“这改变了游戏规则，因为矿山可以安装一台容量为10-12兆瓦的制冷机，而不是一组制冷机。“”同时，氨作为一种‘绿色’制冷剂，非常适合螺杆压缩机和板式热交换器的组合。”

有关氨的使用注意事项被正式纳入采矿特定的氨规范和安全标准，豪顿在制定这些规范和安全标准方面发挥了重要作用。这些规定已被更新并纳入南非立法。

南非采矿部门已经安装了超过350兆瓦的氨基制冷能力，是世界上最多的，这是成功的最好证明。

但豪顿在南非的创新并没有止步于此，1985年，为该公司在地表增加了制冰厂以扩大矿井冷却能力。

由于地表和地下制冷方案已达到最大化或成本过于高昂，矿山需要一种新的冷却解决方案来进一步扩大开采到更深的层次。

1985年，豪顿在约翰内斯堡以东的ERPM (East Rand Proprietary Mines)矿山安装了第一个地面冰厂，最终总冷却能力约为40兆瓦，制冰能力为4,320吨/小时。

操作的基础是，在地表制冰，沿着矿井输送到地下冰坝，然后从冰坝中的水循环到地下冷却站或用作钻井水。融化的冰随后被泵回地表。

此外，冰的主要好处是降低了泵送成本。这比使用地面冷水输送系统的运营成本低75-80%。沃瑟曼说，这要归功于“储存在水相变中的冷却能量”，他解释说，1千克/秒的冰与4.5-5千克/秒的冷冻水具有相同的冷却能力。

凭借“优越的位置效率”，地下水坝可以保持在2-5°C，以提高地下空气冷却站的热性能-再次最大化冷却能力。

南非是出了名的电网不稳定的国家，在南非使用制冰厂的另一个好处是通风系统可以用来储热，在那里制冰并积聚在地下冰坝中，并在高峰时期使用。

后一项优势促使豪顿开发了一个得到南非国家电力公司支持的行业合作项目，其中包括使用冰厂来减少峰值电力需求，测试案例位于世界上最深的地下矿山姆波能和Moab Khotsong。

瓦瑟曼解释说:“我们在夜间(非高峰)冻结了一座大坝，在高峰时段，水和融冰被用作矿井的冷却源。”“基本负荷制冷装置在高峰时段关闭，减轻了电网的压力。”

结果在姆波能建立了一个完整的交钥匙制冰厂，在那里豪顿承担了一个12兆瓦、120吨/小时的制冰厂的建设，包括土木、电气和机械设备在内。

姆波能矿的主要冷却策略已经包括软冰、地面冷冻水、地面大型冷风塔(BACs)和地下制冷系统，作为最新的补充，制冰厂配备了双相不锈钢板制冰机，以处理作业中矿井水中存在的高浓度溶解盐和氯化物。

豪顿南非现任压缩机经理及即将上任的全球矿山冷却负责人MG Mynhardt表示：豪顿在南非的丰富经验，以及对解决方案而不仅仅是产品的关注，将继续在全球范围内推广。

正如Wasserman所暗示的那样，随着越来越多的矿井进入更深的地方，竖井内的空间变得越来越珍贵，这种解决方案在世界其它地方将会得到更多的应用。

“几十年来，豪顿一直在‘输出’其南非深矿冷却技术，”他说。“例如，早在20世纪90年代，我们就为内华达州的一个地下金矿提供了矿井冷却解决方案。

“一些南非矿山使用的一项有趣技术是用于转移负荷的热冰储存；这就是大型冰坝储存热能的地方。冰是在高峰时期制成的，并在高峰时期利用。传统上，制冷设备的大小取决于最高环境温度，在夏季，最高环境温度每天可能会有三小时。然而，如果你有一个储存冷却能量的设施，你可以减少这个容量。”

这与用电池储能取代过多的旋转储备相似。

他说:“如果你有一个电价计划，在这个计划中，你的峰值电价相当高，而你希望将其转换为更便宜的非峰值电价，那么这些冰厂的解决方案可能会成为一个强有力的商业案例。”“工厂的前期投入资金可以用较低的运营成本来抵消。”

与此同时，在南非矿山中使用了数十年的大型冷风塔(BAC)在全球范围内日益受到重视。

最新一代BAC比其前身具有更高的热效率，更低的井筒空气温度限制，并且与传统BAC结构类型相比占地面积更小。它们还嵌入了豪顿的Ventsim CONTROL平台内的按需冷却(CoD)模块，在该模块中，井口空气的温度可以自动修改，以满足地表以下的需求。

去年，豪顿向巴西和布基纳法索的客户提供了三台这种新一代BAC。

豪顿还可以提供定制解决方案，以应对具有挑战性的操作环境，最近的一个例子是“独特的BAC”，用于OZ Minerals在南澳大利亚Carrapateena矿山安装的氨冷却器。

沃瑟曼说:“在没有水可用的情况下，豪顿在澳大利亚安装了干式冷凝器和豪顿氨基压缩机，以及闭环干式大型冷风塔。”“考虑到它是一个‘干式’工厂，而不是安装在有水资源的地方的开放式喷雾冷却器，这些冷却器的设计是为了达到最高效率。”

该公司目前正在为Fortuna Silver在布基纳法索的Yaramoko矿(前身为Roxgold)设计的8兆瓦地面BAC设施试验一种“Uptime”状态监测解决方案。

该通风系统由豪顿在约翰内斯堡的工厂监控，使豪顿能够就潜在的效率提高和维护问题提出建议，以确保工厂尽可能以最佳状态运行。巴西Ero Copper公司Caraiba采矿综合体的BAC装置也设计使用了这种功能。

这并不是说豪顿只关注南非以外的项目——远非如此。

其整套矿井通风解决方案(TMVS)平台继续建立可持续的增值关系，豪顿已于2021年在该国进行了两次按需通风(VoD)可行性研究。

就在津巴布韦边境，豪顿正在进行一个项目，该项目可以为地下矿井的一个自动门实现按需通风功能，允许它以不同的增量打开，并根据特定的车辆需求提供所需的新风量。

这种技术发展——利用现有的矿山基础设施和现成的数据输入——将成为豪顿提供的服务的重要组成部分。

豪顿在南非的经验——学习如何设计矿井冷却解决方案来解决其深金矿水质差的问题，如何制定尽可能节能的解决方案以规避电网问题，以及如何满足全球一些最严格的空气质量、温度和职业卫生法规——将继续为世界各地的矿山带来回报。