Когда большинство людей думают об автономных подземных работах по добыче, они обычно думают об оборудовании или системах, то есть о участке шахты (обычно в производственных условиях), которая работает без физического присутствия людей. Подобные операции возможны в течение некоторого времени и будут классифицироваться как «условно-автономные» третьего уровня в модели зрелости автоматизации горных работ GMG. Однако для того, чтобы операция была классифицирована как «высоко» или «полностью» автономная (четвертый или пятый уровень по определению GMG) необходимо, чтобы она выполнялась без участия людей и их решений.
Системы с такой возможностью также классифицируются как «высокоавтоматизированные» шестого уровня в соответствии с моделью зрелости для систем контроля в коротких интервалах (SIC) (см. рисунок 1). Эти технологии позволяют централизованному координатору оптимизировать оборудование и операции для таких функций, как техническое обслуживание, планирование горных работ и логистика, обеспечивая повышение точности, эффективности и скорости координации действий в масштабе всего предприятия.
Для большинства шахт операции и системы, подобные этим, остаются лишь мечтой. Однако для операций по массовой выемке, таких как блоковое или панельное обрушение, полностью автономное производство сегодня является реальной возможностью. Технологии, которые могут обеспечить значительные преимущества, уже существуют, и если объединить правильные решения и поставщиков эти преимущества могут быть реальны.
Непрерывная выемка идеально подходит для полной автономности
Блоковые обрушения, как правило, представляют собой крупномасштабные активы с длительным сроком службы. Высокая скорость, большой объем, повторяющийся характер производственных операций, например, погрузка в точках выемки и перевозка грузовиками на участках на участках на руднике самосвалы означают, что они хорошо подходят для высоко- или полностью автономного функционирования, как и относительно стабильный объем работы (хотя он будет развиваться и расширяться с течением времени). Такая стабильность означает, что автономная производственная система может быть настроена и отрегулирована для оптимальной работы, а также объединена с другими системами и функциями шахты, например, с планированием и составлением расписания.
На практике такая система может включать парк автономных погрузчиков и самосвалов, которые динамически распределяются в разные точки выработки и рудные проходы в зависимости от состояния пещеры в режиме реального времени и ее соответствия плану горных работ. Она также может включать вспомогательное оборудование, такое как водяные распылители, которые работают автономно, когда уровни пыли превышают определенный порог, или дробильные машины, которые срабатывают при обнаружении сверхгабаритного материала в точке выпуска.
Для сравнения, операции, в которых используются такие методы добычи, как подуровневая остановка работ, как правило, более динамичны, и поэтому при внедрении автономности внимание, скорее всего, будет уделено небольшому участку операции в целях быстрой настройки и согласованности работ. Наглядным примером является движение грузовиков по кругу: автономные автомобили курсируют между погрузчиками и рудоспуском под наблюдением человека.
Тай Осборн (Tay Osborne), и.о. директора по линейке продуктов и проектам глобальной автоматизации, бизнес-подразделение Automation компании Sandvik Mining and Rock Solutions, пояснил: «На разных шахтах используются разные методы добычи и подходят разные уровни автономности. Сегодня лишь несколько шахт используют высоко- или полностью автономные системы. Тем не менее мы видим, что интерес к этим технологиям растет».
«Один из наших первых сценариев использования полной автономности в среде массовой добычи произошел на руднике в штате NSW, Австралия. Эта система была внедрена 10–15 лет назад, и часто, когда мы показывали потенциальным заказчикам, чего мы достигли там, мы слышали: «Это здорово, но на моей шахте это не сработает». В то время отрасль не испытывала такого же давления с точки зрения нехватки талантливых специалистов и уровня производительности труда. По мере того, как на смену приходит новое поколение руководителей и работников, мы наблюдаем отказ от этого традиционного мышления. Сейчас люди спрашивают: «Как заставить эти системы работать на нас?» Это действительно обнадеживает».
Создание полностью автономных систем добычи
Для полностью автономной добычи требуется оборудование — автономные самосвалы и погрузчики, — а также программное обеспечение и надежные средства связи и сеть. Например, предложение AutoMine® Core от Sandvik — это целостная платформа для автономности, которая обеспечивает несколько уровней совместимости для парков Sandvik и сторонних поставщиков оборудования. Основные модули включают AutoMine® Fleet and Manual Production Monitoring (MPM), а также систему контроля доступа (ACS) AutoMine®, которая обеспечивает функциональную безопасность. Система управления трафиком AutoMine® координирует перемещения единиц парка, а интеграция с системами управления SCADA обеспечивает двустороннюю связь с другим горным оборудованием и системами, такими как освещение и водораспыление.
«AutoMine® была одной из первых автономных систем для подземных шахт, хотя теперь ее можно применять и для наземных работ», — сказал Осборн. Изначально она была разработана для автоматизации парка грузовиков на шахте в Южной Африке, и с тех пор мы продолжаем развивать эту платформу».
Одной из новых функций, необходимых для высокои полностью автономной массовой добычи, является гибкая зона безопасности. Это позволяет автономному горному оборудованию непрерывно работать в автоматизированной зоне, учитывая при этом пересечения с ручным оборудованием, что позволяет ручному оборудованию пересекаться с автоматизированными маршрутами оборудования и использовать общие точки захоронения или погрузки. В июне 2023 года было представлено приложение AutoLoad 2.0. Это позволяет операторам «обучать» погрузчиков различным профилям погрузки для каждой точки выемки, что устраняет необходимость помощи в загрузке ковша во время забоев. AutoLoad по сути замыкает автономные производственные циклы, то есть один оператор может одновременно управлять пятью или шестью машинами.
Решение AutoMine® внедрено более чем в 20 массовых горных работ по всему миру и в общей сложности более чем в 100 работ. Компания Northparkes компании Evolution Mining, занимающаяся добычей меди и золота, эксплуатирует пещеру E48 с 2010 года с помощью электропогрузчиков. С использованием AutoMine® шахта добывает 6 Мтонн нефти в год, и с момента внедрения системы удалось значительно сократить свои эксплуатационные расходы. Бывшая шахта в Новом Южном Уэльсе (NSW), Австралия, использует решение MPM от Sandvik, которое является частью основной платформы AutoMine®.
«На этой шахте AutoMine® интегрировано с программным обеспечением Deswik для поддержки принятия решений на основе оптимизации ORB», — пояснил Осборн. «Системы работают на парке управляемых машин конкурентов. AutoMine® выполняет высокоточное отслеживание транспортных средств и материалов, а также отчеты о фактических циклах. Затем ORB использует эти данные для определения состояния обрушения, обновления его выпуска и предоставления операторам новых распоряжений об отгрузке».
Недавно AutoMine® добился уровня безопасности, превысив семь миллионов рабочих часов без потерь времени на травмы (LTI) по всему миру. По словам Осборна, этот успех можно отчасти объяснить комплексным обслуживанием жизненного цикла, которое предоставляет Sandvik.
«Мы не только повышаем ценность операций за счет внедрения систем, но и повышаем эффективность работы сотрудников, развивая их опыт и повышая уверенность в автономных системах», — сказал он. «Управление изменениями и повышение квалификации являются важной частью успешного внедрения автономных решений. Это гарантирует, что при запуске системы не будет производственных потерь».
Автоматизированное принятие решений способствует повышению автономности
В феврале 2023 года Sandvik завершила приобретение компании Polymathian, специалиста в области промышленной математики. Она теперь входит в состав Deswik, чьи интегрированные программные решения позволяют эффективно проектировать, планировать и выполнять операции по массовой выемке, а также повышать уровень автономности благодаря автоматизированному и оптимизированному процессу принятия решений.
Стивен Доналдсон (Steven Donaldson), технический директор ORB, пояснил: «Автоматизированное принятие решений позволяет изменить способ работы шахт, поскольку устраняет необходимость принятия решений человеком при таких функциях, как планирование, составление графиков и диспетчеризация. Вместе с алгоритмами оптимизации это позволяет составить наилучший возможный план или график, учитывая цели и ограничения шахты. Автоматизированное принятие решений может применяться как в парках с ручным, так с автономным управлением. Но если объединить его с автономностью, то можно добиться впечатляющих результатов в плане производительности обрушения и использования парка».
Он добавил, что эта возможность доступна только для систем SIC шестого уровня по модели зрелости GMG. На момент написания компания Sandvik была единственным поставщиком, чьи технологии обеспечивают эту возможность.
ORB был разработан в 2013 году компанией Polymathian, чтобы помочь медно-золотому руднику в Австралии устранить проблемы с планированием. В этом случае производительность обрушения была ограничена производительностью погрузчиков.
«Сотрудники шахты уже использовали систему динамической диспетчеризации в работе открытого карьера и искали аналогичное решение для повышения производительности труда под землей», — пояснил Доналдсон. Это совсем другая проблема, но мы использовали аналитические данные, чтобы точно понять, что именно сдерживает производительность, и создали алгоритм оптимизации, который использует данные в реальном времени для принятия решений относительно планирования, чтобы устранить «узкие места» и свести к минимуму время простоя.
«Система интегрирована с инструментом MPM AutoMine® Core для сбора высококачественных данных о парке и перемещении материалов, что позволяет также оптимизировать соответствие плану горных работ. В целом на шахте продуктивность возросла на 20%, и с тех пор система используется наряду с автономными погрузчиками».
После этого успеха ORB было развернуто на алмазном руднике Аргайл в Западной Австралии, принадлежащем Rio Tinto, где возникали проблемы с конвергенцией и влажным илом. Там проблема заключалась не просто в оптимизации пропускной способности, а в том, чтобы обеспечить добычу нужного материала в нужное время для получения шихтовки, позволяющей обеспечить работу первичной дробилки. На 7 % увеличился тоннаж за смену. С тех пор ORB было внедрено в различных местах по всему миру, включая медно-золотой рудник Ойу Толгои компании Rio Tinto в Монголии, где оно используется наряду с AutoMine® для полностью автономного диспетчеризации и управления работами по обрушению. С момента создания ORB получил ряд обновлений, и его приложения были расширены, чтобы включить подуровневое обрушение и другие методы горных работ, а также возможности шихтования на руднике. Этот инструмент может повысить эффективность работы в трех направлениях: соблюдение требований, повышение производительности и сбор данных и мониторинг обрушения. Каждое из этих действий может выполняться независимо или одновременно для повышения эффективности
Возможность выполнения операций обрушения в будущем
«ORB и AutoMine® уже используются вместе», — сказал Доналдсон. «Это интеграция типа «подключай и играй», и она имеет множество преимуществ. Например, ORB может обеспечить автоматизированную диспетчеризацию в производственной среде для автономного оборудования. Данные также могут сниматься с оборудования Sandvik и переноситься в ORB с помощью AutoMine® для создания отчетов».
Со временем эти интеграции будут расширены, чтобы охватить другие ведущие в отрасли решения и технологии из портфеля Sandvik. Например, Deswik.OPS, инструмент для совместного краткосрочного планирования и организации смен для мониторинга и контроля соблюдения стандартов, используемый на таких шахтах, как Oyu Tolgoi, может быть интегрирован с AutoMine® и ORB для динамического управления выполнения и разработки обрушений.
Например, связь этих систем и приложения OPS Operator позволит автоматически сбор данных о добыче, а также информации о состоянии машин, оператора и местоположения. Это позволит высокоэффективно перепланировать все этапы работ по обрушению, а не только добычу. В дальнейшем могут быть добавлены решения для планирования разработки горных работ, такие как Deswik.Spatial, Deswik.Planning и Deswik.Caving.
Эксперты Sandvik AutoMine® также работают над объединением систем с другими цифровыми решениями Sandvik, не зависящими от OEM-производителей (OEM) от Newtrax — линейки продуктов в рамках автоматизации бизнес-подразделений подразделения Цифровые технологии горных работ. Newtrax специализируется на предоставлении решений OEM по безопасности и повышению производительности труда для подземных шахт, включая отслеживание персонала и транспортных средств, обнаружение близости объектов, а также контроль работоспособности и производительности труда машин. Они могут принести пользу автономным массовым рудникам несколькими способами. Например, отслеживая людей и транспортные средства за пределами автономных производственных зон, чтобы улучшить принятие решений в режиме реального времени по проблемам, возникающим например, если автономная машина выходит из строя и технические специалисты хотят направить ближайшую сервисную команду, чтобы быстро восстановить работу. Новая система предотвращения столкновений с возможностями вмешательства в работу транспортного средства также разрабатывается для полной интеграции с AutoMine®, чтобы обеспечить безопасную и продуктивную работу между автономными транспортными средствами и пешеходами.
Еще одним распространенным явлением при работах по обрушению являются застои — негабаритные материалы, блокирующие выработку или точку выработки, которые необходимо разобрать или взорвать перед продолжением добычи. Благодаря интеграции технологий Newtrax с AutoMine® и ORB можно быстро идентифицировать ближайшую дробильную машину и автономно отправить ее для устранения проблемы.
«Интеграция всего набора технологий Sandvik может открыть некоторые действительно интересные возможности в области автономности», — сказал Осборн. Например, такие технологии, как Deswik и Newtrax, могут помочь создать контролируемую среду со смешанным трафиком.
«Sandvik является лидером в области автономности подземных работ для массовой добычи, но вероятно, мы не единственный поставщик, работающий в блочном обрушении. Наша цель — создать совместимую полностью автономную платформу для горных работ с комплексной оптимизацией, начиная с планирования и заканчивая отгрузкой и выполнением. Благодаря этому видению мы закладываем основу на следующие 20–30 лет безопасной и экологически чистой добычи полезных ископаемых и металлов».
Доналдсон согласился: «Сегодня разрабатываемые пещеры горячее, глубже и геотехнически сложнее, чем когда-либо прежде. Полная автономность сделает эти операции целесообразными не только с точки зрения безопасности и производительности, но и с финансовой точки зрения. С этой точки зрения эти технологии открывают новые перспективы».