Самосвал на автопилоте
Анализ занятости показывает: примерно половина рабочего времени на добывающем предприятии тратится на управление карьерными самосвалами. Именно поэтому грузоперевозки - самое перспективное направление для роботизации. На втором месте - процесс бурения.
По словам Дмитрия Сиземова, директора по развитию компании, специализирующейся на карьерной роботизации, с 2022 года количество самосвалов на автопилоте в мире увеличилось на 80 процентов, превысив 2,2 тысячи. Одно "но": девять из десяти машин эксплуатируются в Австралии, Канаде и Китае.
Самые свежие проекты в ЕАЭС реализованы на угольных разрезах в российской Хакасии и в Казахстане. В первом случае машины должны были продемонстрировать повторяемость результата за счет непрерывно отработанных смен, во втором ставилась задача перевезти миллион тонн горной массы тремя 130-тоннными БелАЗами. По оценке экспертов, внедрение таких решений повышает производительность в среднем на 5-10 процентов. Удельные затраты на топливо и шины уменьшаются на 3-5 процентов, сам парк сокращается на 5-10: роботы трудятся без обеда, поддерживают более высокую скорость.
По прогнозам, в ближайшие 10 лет число карьерных беспилотных автосамосвалов в ЕАЭС вырастет до тысячи единиц. Простимулирует это дефицит рабочих рук и дороговизна завоза вахтовиков. Машины возьмут на себя не менее 60 процентов человеческого труда в сфере эксплуатации транспорта, а функции оператора и диспетчера станут контролирующими.
Не всех это радует, например, при внедрении систем диспетчеризации разработчики столкнулись с недовольством водителей самосвалов: они не хотели терять получаемые за вредность молоко и дополнительный отпуск.
"Мы не предлагаем оставить людей без дела. Мы говорим, что необходимо поддержать темпы развития горной отрасли, повышая квалификацию персонала, - подчеркивает Сиземов. - У нас есть опыт переобучения сотрудников на операторов автоматизированного комплекса и сервисных инженеров".
Координаты ковша в пространстве
Кроме автоматизации перевозок, бизнес видит перспективы в роботизации экскаваторов, правда, пока никому в мире не удалось до конца воплотить эту идею. Ведутся исследования по отдельным операциям, в частности, Уральский государственный горный университет занимался определением геометрического положения ковша в пространстве. Раньше сделать это можно было только косвенными способами, от чего возникал эффект накопления ошибок. С появлением нейросетей и машинного зрения траекторию и загрузку ковша стали проверять стереокамерами. Испытания показали точность в 1-2 процента по трем осям.
"Проблема в том, что у вузов нет доступа к карьерам и полигонам, где ведется добыча. Исследования приходится проводить на видеоряде, который предоставили недропользователи или мы сами собрали в кратких командировках", - говорит завкафедрой информатики вуза Алексей Дружинин.
Чтобы вскрыть пласт, обычно просверливают сетку скважин, в которые закладывают взрывчатку. Если заменить оператора бурильного станка роботом, который ориентируется по координатам GPS, работа пойдет гораздо быстрее. Раньше в России преобладали западные модели такой техники, сейчас их вытесняют корейские и китайские. Появляются и российские разработки - одна из них прошла опытную эксплуатацию на угольном разрезе в Бурятии и показала, что темп бурения увеличивается на четыре процента, производительность - на 21.
Среди барьеров, мешающих внедрению роботов, участники рынка называют долгую окупаемость проектов и очень высокие требования к инфраструктуре: к примеру, в нашей стране автономные самосвалы можно использовать только на полностью безлюдных участках. Поднять спрос могут меры поддержки, которые готовит федеральное правительство. Оно планирует за шесть лет выделить на промышленную роботизацию около 350 миллиардов рублей: деньги пойдут на субсидии производителям машин и систем, а также их пользователям, в числе которых могут быть горнодобывающие предприятия.
Безопасный эллипс
На безлюдные технологии возлагают надежды не только в связи с нехваткой рабочих рук, но и ради повышения безопасности производства. При привычных способах разработки месторождений 80 процентов операций подразумевают наличие под землей людей. Продвигаясь в забое, бригады вынуждены останавливаться, чтобы, в частности, закрепить стены и потолок тоннеля с помощью металлических рам, набрызгивания бетона, установки сеток и т. п. Инновационные методы проходки позволяют снизить трудозатраты и сэкономить ресурсы.
"На месторождениях малоустойчивых руд эффективность напрямую зависит от размера камер выемки. Проанализировав более 120 отработанных камер на разных рудниках, мы пришли к выводу: наиболее устойчивый контур - эллипс, а не стандартный параллелепипед, ведь природа не имеет четких форм", - отмечает Алексей Котенков, замначальника отдела горной науки института "Уралмеханобр".
Камеры ромбовидной формы, смещающиеся в шахматном порядке по горизонтали и вертикали, внедрили на руднике Айхал. Высота выемки постепенно увеличилась с пяти метров до 20 и 30, при этом пространство забоя остается устойчивым. За счет новой технологии производительность увеличилась на 38 процентов, объем добычи - с 500 до 650 тысяч тонн в год, а ее себестоимость снизилась на 45 процентов.
Отсеять пустышки
На форуме "Цифровой промышленный Урал", который прошел в Екатеринбурге минувшей осенью, был представлен целый ряд разработок, касавшихся этапов доставки руды на фабрику и процесса обогащения. В частности, там презентовали цифровую платформу позиционирования персонала и транспортеров. Зона ее покрытия - более 100 километров, она умеет отслеживать сразу тысячу объектов и "рулить" 70 конвейерами. Кроме того, у отечественных производителей в арсенале имеется манипулятор с навыком визуального осмотра: камеры анализируют изображения и механическая "рука" снимает инородные тела с ленты, чтобы предотвратить засоры дробилок и мельниц. А машинное зрение выявляет и классифицирует дефекты породы.
Ознакомили посетителей и с особенностями современных сепараторов - фотометрических, спектральных, рентгено-трансмиссионных (XRT), которые сортируют материалы.
"Горные массы по-разному поглощают рентгеновские лучи в зависимости от плотности и химсостава. Система их анализирует и убирает куски пустой породы", - объясняет суть XRT-технологии представитель поставщика Константин Кабанов.
Как подчеркивают эксперты, цифровизация рудника и обогатительного производства в комплексе обеспечит результат быстрее и более весомый, чем при внедрении тех же инноваций по отдельности. Благодаря платформенному подходу все подсистемы (добыча, обогащение, транспортировка) будут связаны сквозными бизнес-процессами, а виртуальные двойники агрегатов подберут для них оптимальные режимы работы.
Набираются опыта
В полной мере ГОКи еще не готовы к переходу в режим "рудник без людей", хотя примеры оцифровки отдельных этапов уже есть.
Так, на комбинате "Святогор" в Красноуральске ввели в опытно-промышленную эксплуатацию "советчика флотатора". Он помогает контролировать техпроцесс от поступления горной массы на мельницу до получения готового концентрата. В будущем планируется реализовать цифровое решение, позволяющее искусственному интеллекту на основе физико-химических свойств минералов давать рекомендации, как работать с той или иной рудой для увеличения производительности.
ЕВРАЗ в рамках программы "Геометаллургия" внедрил на Качканарском ГОКе систему планирования недельно-суточного графика горных работ, единый центр управления производством и решение для координации работы парка самосвалов и экскаваторов. В опытной эксплуатации находятся инструменты диспетчеризации и оперативного управления тяговыми агрегатами. После ее завершения запустят два MES-модуля, обеспечивающих управление разгрузкой руды и прослеживаемость ее качества на обогатительной фабрике. По словам руководителя проектов "Евраз Техника ИС" Вячеслава Загирного, содержание железа в пяти карьерах ГОКа колеблется от 14 до 16 процентов, поэтому усреднение качества сырья, поступающего на обогащение, является важной задачей.
"Залежи разные, а на фабрику нужно подавать руду одного качества, - подтверждает директор по производству комбината "Ураласбест" Дмитрий Александрин. - Вручную сделать это очень сложно, поэтому математическое моделирование, предиктивная аналитика очень важны, и мы ими занимаемся".
Обычный цикл контроля фракции щебня может занимать до двух часов: нужно взять образцы из потока, пропустить их через лабораторную установку, если что-то не так - позвонить диспетчеру, чтобы остановил транспортер. Машинное зрение способно заменить лаборанта и диспетчера, а также сделать более точной гранулометрию.