Pierwszy po wyjęciu z pudełka

Operator Dayton Gray wjeżdża największą ładowarką akumulatorowo-elektryczną w górnictwie do ładowni w pętli odstawczej Lift 1 w jaskini New Gold w New Afton. Nie ma tam suwnic ani wózków widłowych, a system samowzmacniający ładowarki odłącza i opuszcza wyczerpaną baterię, a następnie jedzie po w pełni naładowaną baterię i automatycznie ją łączy. Gray nie opuszcza kabiny podczas całego procesu, kontrolując wymianę za pomocą podpowiedzi na ekranie dotykowym. Niecałe sześć minut później wyjeżdża z ładowni i przyspiesza na wzniesieniu.

Kierownik kopalni New Afton, Peter Prochotsky, postrzega ten proces jako potencjalną przyszłość "tankowania" podziemnego sprzętu mobilnego.

"To ogromna zmiana dla naszej branży, aby przejść z napędów diesla na elektryczne, i cieszę się, że mogę w tym uczestniczyć", mówi.

Ładowarka, pierwszy 18-tonowy pojazd akumulatorowo-elektryczny (BEV) Sandvik LH518B, jest pierwszym dużym elementem infrastruktury BEV w kopalni New Afton. Kopalnia złota, która w 2011 r. wykonała pierwszy otwór strzałowy, a w 2012 r. rozpoczęła wydobycie, jest pionierem w dziedzinie innowacyjnych technologii, które pomagają zapewnić bezpieczeństwo i wydajność pracowników. New Afton wcześnie wdrożyła automatyzację i jest dumna z bycia pionierem w dziedzinie górnictwa akumulatorowo-elektrycznego.

W 2016 r. spółka New Afton ukończyła studium wykonalności w celu określenia rentowności złoża C-Zone. Oczekuje się, że strefa C, która zawiera około 29 milionów ton, rozpocznie produkcję w drugiej połowie 2023 roku i wydłuży żywotność kopalni New Afton do 2030 roku. New Afton od początku rozważała elektryfikację ze względu na głębokość nowego złoża rudy wynoszącą 1150 metrów pod powierzchnią, a kierownik kopalni Jeff LaMarsh powiedział, że New Afton dostrzegła szereg potencjalnych korzyści płynących z elektryfikacji baterii podczas badania.

"Chcemy przyjąć elektryfikację jako część przyszłości dla naszej kopalni i potencjalnie
przyszłości dla branży" - mówi LaMarsh.

Projekt C-Zone został zatwierdzony w 2019 r., a New Afton nawiązał współpracę z firmą konsultingową i inżynieryjną Tetra Tech oraz British Columbia Hydro and Power Authority w celu przeprowadzenia odrębnego badania ekonomicznego floty zasilanej bateryjnie w ramach projektu C-Zone.

"Mając to w ręku, zdecydowaliśmy się na elektryfikację baterii i zapoznanie się z technologią przed podjęciem decyzji o zakupie naszej floty LHD C-Zone" - mówi Prochotsky.

W 2020 r. kopalnia New Afton nawiązała współpracę z firmą Sandvik w celu przeprowadzenia trzymiesięcznego testu pierwszej ładowarki Sandvik LH518B przed jej zakupem. Kopalnia ustaliła wskaźniki KPI dotyczące dyspozycyjności, żywotności akumulatorów i parametrów roboczych, w tym prędkości urabiania i jazdy manewrowej.

"We wszystkich ocenianych parametrach ładowarka LH518B przekroczyła nasze oczekiwania - mówi LaMarsh, który był pod szczególnym wrażeniem siły odspajania i wydajności załadunku.

Tym, co najbardziej wyróżniło Prochotsky'ego, gdy po raz pierwszy zobaczył ładowarkę pracującą pod ziemią, był brak ciepła.

"Sandvik LH518B wytwarza około 10 procent ciepła porównywalnej ładowarki z silnikiem wysokoprężnym", mówi Prochotsky. "To zdumiewające, o ile mniej ciepła wytwarza, więc jest to świetne rozwiązanie dla naszego podziemnego miejsca pracy i środowiska". Akumulatorowy sprzęt elektryczny przyniósł naszym pracownikom duże korzyści w zakresie higieny i zdrowia w miejscu pracy. Wentylacja w celu rozcieńczenia ciepła, cząstek stałych i pyłu w zamkniętych podziemnych przestrzeniach jest na wagę złota, a BEV pomagają nam zmniejszyć te zanieczyszczenia w miejscu pracy".

Ładowarka akumulatorowo-elektryczna jest również znacznie cichsza niż jej odpowiednik z silnikiem wysokoprężnym.

"Możesz prowadzić rozmowę jeden na jeden obok działającego sprzętu, czego nigdy nie można było zrobić z silnikiem wysokoprężnym" - mówi LaMarsh.

Największym zaskoczeniem dla LaMarsha była jednak moc ładowarki.

"Sandvik LH518B ma znacznie większą moc kopania", mówi. "W tradycyjnym silniku wysokoprężnym trzeba kręcić silnikiem, aby uzyskać całą moc hydrauliczną, podczas gdy w BEV jest ona maksymalna od samego początku. Natychmiastowy moment obrotowy jest korzystny, zarówno podczas czyszczenia, jak i ruszania na rampie. Z punktu widzenia wydajności i produktywności, z naszego doświadczenia wynika, że BEV znacznie wyprzedza konkurencję pod względem odpowiednika z silnikiem wysokoprężnym".

Uruchamianie, zatrzymywanie i jazda manewrowa na krótkich dystansach miały największy wpływ na skrócenie czasu cyklu ładowarki akumulatorowo-elektrycznej, ale Prochotsky twierdzi, że największym czynnikiem wpływającym na wydajność jest gęstość mocy.

"Mamy około cztery razy więcej mocy silnika w ładowarce Sandvik LH518B niż w jej odpowiedniku z silnikiem wysokoprężnym, więc czas jazdy manewrowej jest proporcjonalnie krótszy - mówi Prochotsky. - Podczas jazdy manewrowej po pochyłości szacujemy, że nasze ładowarki LHD z silnikiem wysokoprężnym poruszają się z prędkością od siedmiu do ośmiu kilometrów na godzinę, podczas gdy w przypadku ładowarki LHD z akumulatorem osiągamy prędkość od 12 do 14 kilometrów na godzinę.

Ładowarka pomaga również New Afton w osiągnięciu celów w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych.

"Częścią misji New Gold jest prowadzenie odpowiedzialnego wydobycia", mówi Prochotsky. "Zdajemy sobie sprawę, że emisja gazów cieplarnianych na całym świecie rośnie i chcemy spróbować zmniejszyć nasz ślad cieplarniany. Przy pełnej wydajności koparki zmniejszamy emisję gazów cieplarnianych o około 700 ton ekwiwalentu CO2 rocznie w porównaniu do koparki LHD z silnikiem wysokoprężnym".

Dane New Afton dotyczące ładowarki Sandvik LH518B pokazują, że wymiana jednej ładowarki z silnikiem Diesla na porównywalną ładowarkę BEV powinna zmniejszyć całkowitą emisję gazów cieplarnianych w kopalni nawet o 2 procent w ciągu roku, przy założeniu pełnej wydajności.

"To naprawdę duża liczba, która zależy między innymi od tego, jak często używamy sprzętu i ile oleju napędowego kompensujemy, ale w przypadku podziemnego górnictwa nawet wymiana jednego elementu sprzętu z silnikiem diesla na akumulator elektryczny może mieć duży wpływ na całkowitą redukcję emisji gazów cieplarnianych".

Zużycie energii przez ładowarkę Sandvik LH518B jest znacznie niższe niż w przypadku ładowarki New Afton z silnikiem Diesla. "Całkowity koszt energii w porównaniu z silnikiem Diesla wynosi około 10,9 procent podczas pracy", mówi Prochotsky.

Ładowarka Sandvik LH518B jest wyposażona w Auto- Swap, opatentowany system samodzielnej wymiany akumulatorów Artisan. Ładowarka jest także pierwszym pojazdem BEV firmy Sandvik wyposażonym w technologię AutoConnect, umożliwiającą operatorowi jeszcze szybszą wymianę akumulatorów bez wychodzenia z kabiny operatora.

"Technologia AutoSwap i AutoConnect działa płynnie i bezproblemowo", mówi Prochotsky. "To duża korzyść dla operatorów, zarówno pod względem bezpieczeństwa, jak i wydajności, ponieważ nie muszą wychodzić z kabiny, aby odłączyć akumulator".

W New Afton oceniono różne metodologie ładowania. LaMarsh powiedział, że możliwość szybkiej wymiany akumulatorów jest zaletą ładowarek BEV firmy Sandvik, ponieważ ładowarka nie musi być odstawiana na dłuższy czas.

"Sandvik LH518B był dla nas atrakcyjną opcją, ponieważ ma technologię wymiany akumulatorów w przeciwieństwie do szybkiego ładowania, a to naprawdę dobrze wróży w przypadku prac w jaskiniach blokowych", mówi LaMarsh. "Wymiana akumulatorów pomaga zapewnić większe wykorzystanie sprzętu, podczas gdy w przypadku szybkiego ładowania potrzebny jest przestój, aby ułatwić ładowanie. Dla nas, w przypadku zastosowań w jaskiniach blokowych, wymiana baterii jest wiodącą technologią. Kiedy polegasz na technologii szybkiego ładowania, każda minuta wpływa na wykorzystanie sprzętu".

Wymiana baterii umożliwia również New Afton rozłożenie obciążenia ładowania na dłuższe okresy czasu, pomagając złagodzić agresywny pobór mocy, jaki rozwiązania szybkiego ładowania mogą wywierać na sieć kopalni.

"Technologia wymiany baterii jest dla nas świetną opcją, ponieważ musimy ładować baterie tylko do poziomu rozładowania" - mówi LaMarsh.

Ponieważ New Afton rozszerza się w kierunku strefy C, kopalnia jest ograniczona pierwotnym zasilaniem Lift 1 o mocy około 5 megawatów.

"Zamierzamy poprowadzić tę samą średnicę kabla głębiej, więc kiedy mówimy o elektryfikacji strefy C, musimy upewnić się, że zapotrzebowanie na moc mieści się w granicach naszych możliwości kablowych" - mówi Prochotsky. "Widzimy, że najlepszym sposobem na to jest rozłożenie obciążenia na dłuższy okres czasu. Nadal zużywamy taką samą ilość energii poprzez elektryfikację naszej floty produkcyjnej, ale nie mamy szczytowego zapotrzebowania na moc, które przekracza ilość mocy, jaką mogą zasilać nasze kable. W przypadku C-Zone chcemy rozłożyć nasze zapotrzebowanie na energię na jak najdłuższy czas".

Obecnie w kopalni New Afton wykorzystuje się kable Sandvik LH518B w pętli odstawczej Lift 1 do załadunku samochodów ciężarowych i transportu rudy do kruszarki stożkowej. Do 2023 r. kopalnia planuje przenieść ładowarkę do nowej jaskini B3, aby kontynuować załadunek samochodów ciężarowych. B3 jest zasadniczo strefą pośrednią, która przeniesie New Afton z obecnego obszaru wydobywczego Lift 1 do przyszłej strefy C.

Jaskinia bloku C-Zone znajduje się około 550 metrów pod szybem Lift 1 i 1150 metrów pod powierzchnią. Wydobycie na głębokości przyszłego obszaru produkcyjnego wiąże się z wyzwaniami w zakresie wentylacji i kosztów eksploatacji, które Prochotsky spodziewa się, że BEV i elektryfikacja mogą pomóc złagodzić.

"Ekonomiczne wydobycie na takiej głębokości może być skomplikowane, a elektryfikację baterii postrzegamy jako jedno z potencjalnych rozwiązań tego wyzwania" - mówi Prochotsky. "Temperatura pierwotnej skały zwiększa nagrzewanie się poziomu podczas wydobycia, więc zarówno to, jak i ograniczenia wentylacji sprzyjają sprzętowi górniczemu zasilanemu bateriami".

W 2022 r. do kopalni New Afton dostarczone zostaną dwa samochody ciężarowe Sandvik Z50 z napędem akumulatorowym, co pozwoli kopalni wykorzystać istniejącą infrastrukturę akumulatorową i rosnącą wiedzę na temat akumulatorów. Chociaż kopalnia zakupiła 50-tonowe samochody ciężarowe jako rozwiązanie produkcyjne dla obszaru wydobywczego B3, kierownictwo kopalni New Afton przewiduje, że będą one wykorzystywane do przyspieszenia rozwoju upadowej C-Zone do czasu uruchomienia produkcji B3 w czwartym kwartale 2022 roku.

"Doprowadzenie wystarczającej wentylacji do przodka jest zawsze wyzwaniem, dopóki nie stworzymy stałej infrastruktury wentylacyjnej" - mówi Prochotsky. "Dzięki wykorzystaniu samochodów ciężarowych spodziewamy się, że zmniejszymy ciepło generowane przed przodkiem i wyeliminujemy cząstki stałe z oleju napędowego".

Pracownicy fabryki Sandvik wsparli New Afton w zakresie przewidywanych wskaźników rozładowania i modelowania cyklu pracy dla Sandvik LH518B, które okazały się trafne.

"Sandvik pomaga nam zrozumieć najlepsze rozmieszczenie urządzeń Sandvik, najlepsze odstępy między pętlami, lokalizację stacji przeładunkowych i stacji ładowania, tego rodzaju kryteria projektowe, które możemy następnie wdrożyć przed przystąpieniem do pracy w strefie C", mówi Prochotsky. "Zawsze mieliśmy bardzo dobre relacje z firmą Sandvik. Przez długi czas używaliśmy wierceń i kotew Sandvik pod ziemią, a kontynuacja naszej współpracy i przejście do automatyzacji, a teraz do pojazdów akumulatorowo-elektrycznych, było naturalnym krokiem naprzód".

"Osobiście uważam, że elektryfikacja to przyszłość - mówi LaMarsh. - Bycie częścią grupy, która jest pionierem technologii BEV w górnictwie podziemnym, jest naprawdę ekscytujące.

"Każda kopalnia prawdopodobnie będzie w najbliższych latach dokonywać zakupów kapitałowych lub wymiany konserwacyjnej i myślę, że nie zdecydowaliby się na zbadanie lub wdrożenie technologii akumulatorowo-elektrycznej" - mówi.