Добыча полезных ископаемых открытым способом часто сопряжена с большим риском. Неудивительно, что последние 30 лет во всем мире пытаются сделать этот процесс автоматическим. Пока полностью безлюдная добыча во многом остается мечтой, но многие шаги на пути к ней уже сделаны
Автоматизация производства происходит стремительно последние несколько десятков лет. Сейчас на одних заводах роботы шьют одежду, стараясь успеть за быстро меняющейся модой поколения Z, на других производят колбасу, чтобы накормить всё большее число людей. Минимизация влияния человеческого фактора позволяет производить больше, точнее и эффективнее. Кроме того, автоматизация позволяет также заботиться о безопасности людей там, где их работа сопряжена с серьезным риском.
Работа в горнодобывающей отрасли зачастую сопровождается сложными условиями: 40-градусными морозами или, наоборот, экстремальной жарой, жизнью в труднодоступных местах. Работа таких специалистов довольно высоко оплачивается, однако несмотря на это, в отрасли наблюдается острая нехватка квалифицированного персонала, в том числе водителей карьерных самосвалов.
«Ряд предприятий сталкивается с усложнением условий добычи: это и углубление карьеров, риски обрушения бортов, высокогорная добыча, а также затрудненная логистика персонала. Известны случаи, когда из-за природных форс-мажоров, повторяющихся ежегодно, в определенный сезон, компаниям приходится доставлять водителей с помощью авиации. Так почему бы не оставить их работать в комфортабельном центре управления в городе в качестве удаленного оператора?», — рассуждал в одном из интервью руководитель «ВИСТ групп» (входит в ГК «Цифра») Сергей Мельничук.
«Примерно 10 лет назад стало понятно, что нужно заниматься роботизацией. Мы поняли, что важный шаг в развитии отрасли — это исключение из процесса ведения горных работ человека. Но запустить роботизированную технику на реальных предприятиях получилось только спустя девять лет — это были буровые станки и роботизированные карьерные самосвалы. До этого мы отрабатывали роботизированное движение на заводе БЕЛАЗ», — рассказывает исполнительный директор «Цифра Роботикс» Дмитрий Клебанов.
В 2010 году первый карьерный самосвал, которому не нужен водитель показали и БЕЛАЗ вместе с «ВИСТ Групп». Машиной управляли дистанционно, оператор находился в отдельно стоящем здании и рулил грузовиком сидя за пультом управления. В 2013-2015 годах на белорусском полигоне, который находится при заводе, успешно прошел испытание 130-тонный роботизированный самосвал. Он сам, без водителя и оператора, двигался по заданной траектории. А 10 июля 2018 года на том же полигоне прошли испытания погрузчика. Причем управляли им из Екатеринбурга, за 2500 км от полигона.
На БЕЛАЗе уверены, что в будущем самосвалы будут полностью беспилотными. Пока же роботы и люди работать вместе не могут –для «беспилотников» выделяют отдельные участки, где они трудятся, не пересекаясь с людьми.
В ноябре 2018 года группа «Цифра» объявила о приобретении за 2 млрд руб. 100% «ВИСТ групп», одна из дочерних компаний которой, «ВИСТ Майнинг Технолоджи», как раз и реализовывала проект «Интеллектуальный карьер», благодаря 400 млн рублям, привлеченным за год до этого от Российско-казахстанского фонда нанотехнологий под управлением I2BF Global Ventures и ВТБ Капитал Управление активами.
«Интеллектуальный карьер» включает в себя роботизированные карьерные самосвалы, систему управления парком техники для автономной добычи и транспортировки полезных ископаемых и другую технику. Благодаря ему можно дистанционно управлять горным производством в режиме реального времени. Оно позволяет не только решить вопрос нехватки кадров и и повысить уровень безопасности (за счет полного отсутствия персонала в опасных зонах). С его помощью удается повысить эффективность производства.
«Дистанционное управление однозначно повышает производительность. Оператор к месту работы может добираться час, а то и больше. Смена у него 6 часов — два часа добавляем, вот и рост производительности на 20%. И многие производители, например, Epiroc, Sandvik, Caterpillar, уже выпускают решения с подобным функционалом с завода», — говорит коммерческий директор «Цифра Роботикс» Михаил Макеев.
О влиянии автоматизации на эффективность говорит и Клебанов: «В первую очередь автоматизация влияет на утилизацию часов работы техники. Техника стоит миллионы долларов (роботизированный карьерный самосвал стоит $1,5 млн) и она должна работать с минимумом простоев. При участии человека невозможно организовать бесперебойную работу техники — нужен обед, пересменки и в целом человек в течение рабочей смены устает. Роботизация позволяет полностью исключить эти простои».
Из материалов самой «Цифры» следует, что благодаря «Интеллектуальному карьеру» удается сократить нетехнологические простои на 10%, повысить среднюю скорость передвижения техники на 20% и снизить издержки на ее эксплуатацию – до 15% в год.
«Это не просто автоматизация или внедрение IT системы, здесь очень многое завязано на безопасности людей и сохранности техники, — говорит Клебанов, — Есть еще некоторые нормативные ограничения, которые не позволяют сейчас говорить о полной автоматизации какого-либо из участков. Сейчас ведутся активные работы, чтобы преодолеть этот нормативный барьер, но пока что запускать роботизированную технику можно только на тех участках, где отсутствуют люди. Однако уровень безопасности, который мы обеспечиваем с помощью радаров и лидаров позволяет запускать на производстве технику рядом с людьми».
Первые попытки автоматизации горного оборудования предпринимались еще в 60-х годах прошлого века. Компания «Komatsu» начала тестировать технологии автоматизации транспортировки в карьерах в 1990 году, а «Caterpillar» в 1995 году испытала беспилотный самосвал, но только в 2007-2008 году автономные карьерные самосвалы начали применяться в действующих карьерах: компанией «Komatsu» был автоматизирован меднорудный карьер в Чили, совместно с Modular Mining, поставившей систему оптимизации перевозок и управления горными работами.
По данным Modular Mining, за более чем 10 лет работы в карьерах, автоматизированная система транспортировки Komatsu и Modular Mining перевезла более двух миллиардов тонн материала по всему миру.
По данным Caterpillar, его беспилотная техника показывает на 20% большую эффективность эксплуатации по сравнению с традиционными машинами, а производительность составила 99,95%, поскольку машины не простаивают, работая в среднем на 2,5 часа больше, чем те, что управляются людьми.
Технологии компьютерного зрения в горнодобывающей промышленности сейчас активно внедряют не только для работы автономной техники. Например, они позволяют анализировать состояние зубьев ковша карьерного экскаватора. Повреждение зубьев может снижать эффективность работы и приводить к простою техники - система анализирует степень их износа, позволяя не доводить их до поломки.
Другой пример - после того, как горную породу взорвали, ее нужно раздробить в специальной дробилке. В неё необходимо загружать куски породы определенного размера. С помощью технического зрения происходит автоматическое измерение состава руды. Выявление негабаритных кусков позволяет сократить простой дробилки и повысить эффективность производства.
“Специалисты выделяют четыре уровня автоматизации горнодобывающего оборудования”, — пишут в своей научной статье, посвященной роботизированным грузоперевозкам на карьерах, Юрий и Артем Вороновы. Первый, простейший уровень – дистанционное управление; его обычно используют для управления работой такого оборудования, как экскаваторы и бульдозеры. Оператор находится относительно недалеко от машины, так что она находится в его поле зрения, и использует пульт дистанционного управления для выполнения обычной работы.
Дистанционное управление обычно используется при добыче в опасных местах – где есть риск оползней, взрывов, падения породы. И поскольку оператор гораздо хуже «чувствует машину», то при его участии производительность обычно снижается.
Второй уровень — управление горным оборудованием оператором, находящимся на значительном расстоянии. Телеуправление позволяет убрать человека из опасного места на значительное расстояние и управлять оборудованием из безопасного места. При использовании телеуправления может произойти снижение производительности, как и при дистанционном управлении, но оператор удален от источника опасности на значительно большее расстояние.
На третьем уровне один оператор регулирует работу уже нескольких единиц техники, а она перемещается по алгоритму, заложенному программой. Оператор контролирует процесс, если необходимо – вносит корректировки.
Четвертый, высший уровень – полная автоматизация, когда техника работает абсолютно самостоятельно, совершенно без участия людей. «При полной автоматизации роботизированные системы полностью берут на себя управление зажиганием, переключением передач, рулевым управлением, торможением, высыпанием материала, положением отвала бульдозера и т.п. – без вмешательства оператора», — пишут ученые.
| Год | Компания | Карьер | Местоположение | Самосвалы |
| 2007 | Codelco | Gabriela Mistral (медная руда) | Чили, Антофагаста | Komatsu 930E (290 т) – 18 шт. |
| 2008 | Rio Tinto | West Angelas (железная руда) | Австралия, Пилбара | Komatsu 930E (290 т) – 15 шт. |
| 2011 | BHP Billiton | Navajo Mine (каменный уголь) | США, Нью-Мексико | Caterpillar 793F (227 т) – 3 шт. (тест) |
| 2012 | Rio Tinto | Yandicoogina (железная руда) | Австралия, Пилбара | Komatsu 930E (290 т) – 22 шт. |
| 2012 | Rio Tinto | Hope Downs 4 (железная руда) | Австралия, Пилбара | Komatsu 930E (290 т) – 19 шт. |
| 2012 | Fortescue Metals | Solomon (железная руда) | Австралия, Пилбара | Caterpillar 793F (227 т) – 54 шт. |
| 2013 | Rio Tinto | Nammuldi (железная руда) | Австралия, Пилбара | Komatsu 930E (290 т) – 30 шт. |
| 2014 | BHP Billiton | Jimblebar (железная руда) | Австралия, Пилбара | Caterpillar 793F (227 т) – 50 шт. |
| 2017 | Rio Tinto | Silvergrass (железная руда) | Австралия, Пилбара | Komatsu 930E (290 т) – 10 шт. |
| 2017 | Stanwell | Meandu (каменный уголь) | Австралия, Квинсленд | Hitachi EH5000 (296 т) – 3 шт. (тест) |
| 2018 | Fortescue Metals | Christmas Creek (железная руда) | Австралия, Пилбара | Caterpillar 789D (181 т) – 35 шт. |
| 2018 | Suncor Energy | North Steepbank (нефтеносные пески) | Канада, Альберта | Komatsu 930E, 980Е – 20 шт. |
| 2018 | Barrick Gold | South Arturo (золото) | США, Невада | Komatsu 930E (290 т) – 5 шт. |
| 2019 | Fortescue Metals | Cloudbreak (железная руда) | Австралия, Пилбара | Caterpillar 789D (181 т) – 38 шт. |
| 2019 | Vale S.A. | Brucutu (железная руда) | Бразилия, Минас-Жерайс | Caterpillar 793F (227 т) – 13 шт. |
| 2019 | Brønnøy Kalk AS | Brønnøy Kalk (известняк) | Норвегия, Вельфьорд | Volvo FH16 (75 т) – 6 шт. |
| 2019 | ООО «СУЭК- Хакасия» | Разрез Черногорский (каменный уголь) | Россия, Хакасия | БелАЗ 7513R (130 т) – 2 шт. (тест) |
На сегодняшний день добыча полезных ископаемых в развитых странах с недостатком и высокой стоимостью рабочей силы находится на промежуточном этапе перехода к полной автоматизации. В странах третьего мира, где стоимость рабочей силы невысока, такая потребность в увеличении эффективности остается низкой, по мнению ученых.
Основными производителями, инвестирующими в беспилотные самосвалы, являются «Komatsu», «Caterpillar» и «Hitachi». Эти компании также имеют собственные разработанные и испытанные системы роботизированных перевозок (СРП). Системы «Komatsu» и «Caterpillar» уже широко внедрены в реальное производство, «Hitachi» планировала первое внедрение своей СРП на конец 2019 года. Разработки собственных СРП ведут также БелАЗ, «Liebherr» и «Volvo». Кроме того, автоматизацией карьерной техники занимаются и сторонние фирмы, такие как американская ASI (Autonomous Solutions Inc.).
Volvo представил электрический «беспилотник» Volvo Aktiebolaget. В конце августа 2019 подразделение Volvo Trucks начало тестировать новинки беспилотной тяжелой техники – 8 карьерных 15-тонных электросамосвалов HX2, 70-тонного экскаватора EX1 и погрузчика LX1 с гибридным двигателем. Испытания проходят в Швеции, в карьере Викан-Кросс (Гетеборг). Согласно проекту будет создан автоматизированный процесс разработки : добыча, дробление, перевозка сырья. Роботы оснащены аккумуляторами, силовой электроникой и специальной технологией, способной распознавать разные препятствия. В ходе испытаний инженеры должны решить задачи снижения эксплуатационных расходов на 25% и и уменьшения уровня вредных выбросов.
