Jump to content
Back to Strona główna

Uwolnienie krytycznych zasobów poprzez w pełni autonomiczne masowe wydobycie

Sandvik Mining gromadzi technologie zaprojektowane w celu osiągnięcia pełnej autonomii w podziemnym górnictwie masowym - od planowania strategicznego po realizację. Oto, jak nasze rozwiązania kształtują przyszłość autonomicznego górnictwa.

Kiedy większość ludzi myśli o autonomicznym górnictwie podziemnym, to zazwyczaj z perspektywy sprzętu lub systemów, tj. obszaru kopalni - zazwyczaj w środowisku produkcyjnym - który działa bez fizycznej obecności ludzi. Takie operacje są możliwe od pewnego czasu i zostałyby sklasyfikowane jako "warunkowo autonomiczne" na poziomie trzecim w modelu dojrzałości automatyzacji górnictwa GMG. Jednak aby operacja została sklasyfikowana jako "wysoce" lub "w pełni" autonomiczna (poziom czwarty lub piąty zgodnie z definicją GMG), musi być prowadzona z wyłączeniem ludzi i podejmowania przez nich decyzji.
Systemy o takich możliwościach są również klasyfikowane jako "wysoce zautomatyzowane" na poziomie szóstym w ramach modelu dojrzałości GMG dla systemów sterowania krótkookresowego (SIC) (patrz rysunek 1). Technologie te umożliwiają scentralizowanemu koordynatorowi optymalizację sprzętu i działań w odniesieniu do funkcji takich jak konserwacja, planowanie kopalni i logistyka, zapewniając poprawę dokładności, skuteczności i szybkości koordynacji działań w całej operacji.
Dla większości kopalń tego typu operacje i systemy wciąż pozostają w sferze marzeń. Jednak w przypadku masowych operacji wydobywczych, takich jak jaskinie blokowe i panelowe, w pełni autonomiczna produkcja jest dziś namacalną możliwością; technologie, które mogą zapewnić znaczące korzyści, już istnieją, a po połączeniu odpowiednich rozwiązań i operatorów, korzyści te można osiągnąć.
Rysunek 1: Poziomy dojrzałości systemu sterowania krótkimi przerwami GMG. Źródło: GMG

Ciągłe wydobycie zapewnia pełną autonomię

Jaskinie blokowe są zazwyczaj wielkoskalowymi obiektami o długiej żywotności. Wysoka prędkość, duża objętość i powtarzalny charakter działań produkcyjnych - na przykład załadunek w punktach czerpalnych i transport rampowy samochodami ciężarowymi - oznacza, że dobrze nadają się one do wysoce lub w pełni autonomicznego działania, podobnie jak stosunkowo stabilny ślad operacyjny (choć z czasem będzie się on rozwijał i rozszerzał). Stabilność ta oznacza, że autonomiczny system produkcyjny można skonfigurować i dostosować pod kątem optymalnej wydajności, a także integracji z innymi systemami i funkcjami kopalni, na przykład planowaniem i harmonogramowaniem.
W praktyce taki system może składać się z floty autonomicznych ładowarek i samochodów ciężarowych, które są dynamicznie wysyłane do różnych punktów czerpalnych i przejść rudy w zależności od stanu jaskini w czasie rzeczywistym i jej zgodności z planowaniem kopalni. Może również obejmować sprzęt pomocniczy, taki jak rozpylacze wody, które są obsługiwane autonomicznie, gdy poziom pyłu przekroczy określony próg, lub łamacze, które interweniują, gdy w punkcie czerpalnym zostanie wykryty ponadwymiarowy materiał.
Dla porównania, operacje wykorzystujące metody wydobywcze, takie jak zatrzymywanie podpoziomowe, są zwykle bardziej dynamiczne i jako takie, gdy wprowadzana jest autonomia, prawdopodobnie skupiono by się na mniejszym obszarze operacji, mając na uwadze szybką konfigurację i spójność operacyjną. Dobrym przykładem jest pętla ciężarówek: autonomiczne samochody ciężarowe poruszają się między ładowarkami a przesypem rudy, po wcześniej zdefiniowanej trasie pod nadzorem człowieka.
Monitorowanie sterowni ORB w jaskini blokowej.
Ty Osborne, Acting Director for Global Automation Product Line and Projects, Business Unit Automation w Sandvik Mining and Rock Solutions, wyjaśnił: "Różne kopalnie stosują różne metody wydobycia i odpowiadają różnym poziomom autonomii. Obecnie tylko kilka kopalń korzysta z wysoce lub w pełni autonomicznych systemów. Obserwujemy jednak rosnące zainteresowanie tymi technologiami".
"Jednym z naszych pierwszych przypadków zastosowania pełnej autonomii w masowym środowisku wydobywczym była blokowa kopalnia jaskiniowa klienta w NSW w Australii. Zostało to wprowadzone 10-15 lat temu i często, gdy pokazywaliśmy potencjalnym klientom, co zostało tam osiągnięte, słyszeliśmy "to świetnie, ale to nie zadziała w mojej kopalni". W tamtym czasie branża nie znajdowała się pod taką samą presją, jeśli chodzi o niedobór talentów i wydajność. Wraz z nadejściem nowego pokolenia liderów i pracowników obserwujemy odejście od dotychczasowego sposobu myślenia. Ludzie pytają teraz "jak możemy sprawić, by te systemy działały dla nas?" To naprawdę zachęcające".

Budowa w pełni autonomicznych systemów wydobywczych

W pełni autonomiczne górnictwo wymaga sprzętu - autonomicznych samochodów ciężarowych i ładowarek - a także oprogramowania oraz niezawodnej komunikacji i sieci. Przykładowo, AutoMine ( system autonomiczny) firmy Sandvik to całościowa platforma autonomiczna, która zapewnia wiele poziomów interoperacyjności dla flot Sandvik i innych producentów OEM. Kluczowe moduły obejmują AutoMine® Fleet i Manual Production Monitoring (MPM) oraz AutoMine® Access Control System (ACS), który nadzoruje bezpieczeństwo funkcjonalne. System zarządzania ruchem AutoMine® orkiestruje ruchy floty, a integracja z systemami sterowania SCADA umożliwia dwukierunkową komunikację z innym sprzętem górniczym i systemami, takimi jak oświetlenie i zraszanie wodą.
"AutoMine ( system autonomiczny) był jednym z pierwszych autonomicznych systemów dla podziemnych kopalń, choć obecnie może być również stosowany w operacjach na powierzchni" - powiedział Osborne. "Pierwotnie został opracowany w celu automatyzacji floty samochodów ciężarowych w kopalni w RPA i od tego czasu kontynuujemy rozbudowę platformy".

Jedną z najnowszych funkcji, która ma kluczowe znaczenie dla wysoce i w pełni autonomicznego górnictwa masowego, jest elastyczna strefa bezpieczeństwa. Pozwala to autonomicznemu sprzętowi górniczemu na ciągłą pracę w zautomatyzowanym obszarze, jednocześnie umożliwiając skrzyżowania ze sprzętem ręcznym, dzięki czemu sprzęt ręczny może przecinać trasy zautomatyzowanego sprzętu i współdzielić punkty zrzutu lub załadunku. AutoLoad 2.0 został również wprowadzony w czerwcu 2023 roku. Umożliwia to operatorom "uczenie" ładowarek różnych profili załadunku dla każdego punktu czerpalnego, eliminując potrzebę ich pomocy w załadunku łyżki podczas obrzucania. AutoLoad zasadniczo zamyka pętlę autonomicznych cykli produkcyjnych, co oznacza, że jeden operator może teraz obsługiwać pięć lub sześć maszyn jednocześnie.
AutoMine ( system autonomiczny) został wdrożony w ponad 20 zakładach wydobycia masowego na całym świecie, a łącznie w ponad 100 zakładach. Należąca do Evolution Mining kopalnia miedzi i złota Northparkes od 2010 roku eksploatuje swoją jaskinię E48 przy użyciu ładowarek elektrycznych. Kopalnia produkuje 6Mt/r przy użyciu AutoMine ( system autonomiczny) i odnotowała znaczną poprawę kosztów eksploatacji od czasu wdrożenia systemu. Była kopalnia w Nowej Południowej Walii (NSW) w Australii korzysta z rozwiązania MPM firmy Sandvik, które jest częścią platformy AutoMine ( system autonomiczny) Core.
AutoMine Core Flexible safety zone
"W tej kopalni AutoMine ( system autonomiczny) jest zintegrowany z opartym na optymalizacji oprogramowaniem wspomagającym podejmowanie decyzji ORB firmy Polymathian" - wyjaśnił Osborne. "Systemy te działają na flocie maszyn konkurencyjnych. AutoMine® wykonuje wysokowydajne śledzenie pojazdów i materiałów oraz raportuje rzeczywiste cykle. ORB następnie wykorzystuje te dane, aby zrozumieć stan jaskini, zaktualizować rysunek jaskini i dostarczyć operatorom nowe zlecenia wysyłki".
AutoMine ( system autonomiczny) osiągnął niedawno kamień milowy w dziedzinie bezpieczeństwa, jakim jest ponad siedem milionów godzin pracy bez wypadków (LTI) na całym świecie. Osborne powiedział, że sukces ten można częściowo przypisać usługom Lifecycle Services świadczonym przez firmę Sandvik.
"Wnosimy wartość dodaną nie tylko do działalności operacyjnej poprzez wdrażanie systemów, ale także do pracowników, rozwijając ich ekspertyzę i pewność siebie w zakresie systemów autonomicznych" - powiedział. "Zarządzanie zmianą i podnoszenie kwalifikacji jest ważną częścią udanych wdrożeń systemów autonomicznych. Gwarantuje to, że po uruchomieniu systemu nie dojdzie do strat w produkcji".

Zautomatyzowane podejmowanie decyzji zwiększa autonomię

W lutym 2023 r. Sandvik sfinalizował przejęcie firmy Polymathian, specjalizującej się w matematyce przemysłowej. Firma jest teraz częścią Deswik, której zintegrowany pakiet oprogramowania umożliwia efektywne planowanie, harmonogramowanie i realizację masowych operacji górniczych, jednocześnie odblokowując wyższy poziom autonomii dzięki zautomatyzowanemu i zoptymalizowanemu podejmowaniu decyzji.
Steven Donaldson, dyrektor techniczny ORB, wyjaśnił: "Zautomatyzowane podejmowanie decyzji pozwala na zmianę sposobu działania kopalni, ponieważ eliminuje potrzebę podejmowania decyzji przez człowieka w takich funkcjach, jak planowanie, harmonogramowanie i wysyłanie. W połączeniu z algorytmami optymalizacji pozwala na wygenerowanie najlepszego możliwego planu lub harmonogramu, biorąc pod uwagę cele i ograniczenia kopalni. Zautomatyzowane podejmowanie decyzji może być stosowane zarówno w przypadku flot obsługiwanych ręcznie, jak i autonomicznych, ale połączenie go z autonomią może przynieść imponujące korzyści w zakresie wydajności przepustowej i wykorzystania floty".
Dodał, że ta zdolność jest wyłączna dla systemów SIC poziomu szóstego, zgodnie z definicją modelu dojrzałości GMG - w chwili pisania tego tekstu Sandvik był jedynym dostawcą, którego technologie to zapewniają.
ORB został opracowany w 2013 r. przez firmę Polymathian, aby pomóc kopalni miedzi i złota w Australii w rozwiązaniu wąskiego gardła w harmonogramie. W tym przypadku wydajność wydobycia w jaskini była ograniczona przez wydajność przepustową operatorów.
"Zespół w kopalni korzystał już z dynamicznego systemu dyspozytorskiego w swojej kopalni odkrywkowej i szukał podobnego rozwiązania, aby zwiększyć wydajność pod ziemią" - wyjaśnił Donaldson. "To zupełnie inny problem, ale przeprowadziliśmy analizy, aby dokładnie zrozumieć, co powstrzymywało wydajność i stworzyliśmy algorytm optymalizacji, który wykorzystuje dane w czasie rzeczywistym do podejmowania decyzji dotyczących planowania w celu złagodzenia wąskiego gardła i minimalizowania przestojów".
"System jest zintegrowany z narzędziem MPM AutoMine ( system autonomiczny) w celu gromadzenia wysokiej jakości danych na temat ruchu floty i materiałów, co oznaczało, że mogliśmy również optymalizować zgodność z planowaniem kopalni. Ogólnie rzecz biorąc, kopalnia odnotowała 20% wzrost wydajności, a od tego czasu system jest używany wraz z autonomicznymi ładowarkami".
Po tym sukcesie ORB został wdrożony w kopalni diamentów Argyle firmy Rio Tinto w Australii Zachodniej, która doświadczała problemów ze zbieżnością i mokrym błotem. Problemem była tam nie tylko optymalizacja wydajności przepustowej, ale także upewnienie się, że właściwy materiał został wydobyty we właściwym czasie, aby zapewnić mieszankę, która utrzymywała pracę pierwotnej kruszarki. Kopalnia odnotowała 7% poprawę tonażu w stosunku do zmian. Od tego czasu ORB został również wdrożony w różnych lokalizacjach na całym świecie, w tym w kopalni miedzi i złota Rio Tinto Oyu Tolgoi w Mongolii, gdzie jest używany wraz z AutoMine ( system autonomiczny) do w pełni autonomicznego wysyłania i zarządzania rysowaniem jaskiń. Od momentu powstania ORB otrzymał szereg aktualizacji, a jego zastosowania zostały rozszerzone o jaskinie podpoziomowe i inne metody wydobywcze, a także możliwości mieszania jaskiń. Narzędzie może wnieść wartość dodaną na trzy sposoby: poprzez poprawę zgodności, poprawę wydajności przepustowej oraz poprzez przechwytywanie danych i monitorowanie jaskiń; każdy z nich może być wykonywany niezależnie lub uruchamiany jednocześnie w celu uzyskania większej wartości.

Umożliwienie przyszłych operacji speleologicznych

"ORB i AutoMine ( system autonomiczny) są już wykorzystane w tandemie", powiedział Donaldson. "To integracja typu plug-and-play, która przynosi wiele korzyści. Na przykład, ORB może zapewnić automatyczną dyspozycję w środowisku produkcyjnym dla autonomicznego sprzętu. Dane mogą być również pobierane z urządzeń Sandvik i wprowadzane do ORB przez AutoMine ( system autonomiczny) w celu raportowania".
Z czasem integracja ta zostanie rozszerzona o inne wiodące w branży rozwiązania i technologie z portfolio Sandvik. Na przykład Deswik.OPS, który jest narzędziem do planowania krótkoterminowego i realizacji zmian w kopalniach takich jak Oyu Tolgoi, może być zintegrowany z AutoMine ( system autonomiczny) i ORB w celu dynamicznego zarządzania realizacją i rozwojem jaskini.
Na przykład połączenie tych systemów i aplikacji OPS Operator App zapewniłoby automatyczne przechwytywanie danych dotyczących wydajności, a także informacji o stanie maszyn, operatorów i lokalizacji. Umożliwiłoby to wysoce efektywne ponowne planowanie we wszystkich częściach operacji speleologicznych, nie tylko w zakresie wydajności. Można by również dodać dalsze, choć równie ważne, rozwiązania do planowania rozwoju kopalni, takie jak Deswik.Spatial, Deswik.Planning i Deswik.Caving.

Eksperci Sandvik AutoMine ( system autonomiczny) pracują również nad połączeniem systemów z innymi cyfrowymi rozwiązaniami firmy Sandvik, niezależnymi od OEM, Newtrax - linią produktów w ramach Business Unit Automation w dziale Digital Mining Technologies. Newtrax specjalizuje się w dostarczaniu niezależnych od OEM rozwiązań w zakresie bezpieczeństwa i wydajności dla górnictwa podziemnego, w tym śledzenia pracowników i pojazdów, wykrywania bliskości oraz stanu i wydajności maszyn. Mogą one przynieść korzyści autonomicznym kopalniom masowym na kilka sposobów.
Na przykład, poprzez śledzenie ludzi i pojazdów poza autonomicznymi obszarami produkcyjnymi, aby usprawnić podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym w pojawiających się kwestiach, np. jeśli autonomiczna maszyna ulegnie awarii, a technicy chcą wysłać najbliższą ekipę serwisową, aby szybko przywrócić maszynę do pracy. Nowy system unikania kolizji firmy z możliwością interwencji operatora jest również opracowywany w celu pełnej integracji z AutoMine ( system autonomiczny), aby umożliwić bezpieczną i wydajną eksploatację pojazdów autonomicznych i pieszych.
Innym częstym zjawiskiem w eksploatacji jaskiń są zawisy - ponadwymiarowe materiały blokujące napęd lub punkt ciągnienia, które muszą zostać rozbite lub wysadzone przed kontynuowaniem produkcji. Dzięki integracji technologii Newtrax z AutoMine ( system autonomiczny) i ORB, najbliższy młot może zostać szybko zidentyfikowany i autonomicznie wysłany w celu rozwiązania problemu.
"Integracja pełnego stosu technologii firmy Sandvik może przynieść naprawdę ekscytujące możliwości w zakresie autonomii", powiedział Osborne. "Na przykład, wykorzystanie technologii, takich jak te z Deswik i Newtrax, może pomóc w stworzeniu kontrolowanych środowisk ruchu mieszanego.
"Podczas gdy Sandvik jest liderem w dziedzinie autonomii w górnictwie podziemnym, zdajemy sobie sprawę, że prawdopodobnie nie jesteśmy jedynym dostawcą pracującym w jaskini blokowej. Naszym celem jest stworzenie interoperacyjnej, w pełni autonomicznej platformy górniczej z kompleksową optymalizacją, od planowania po wysyłkę i wykonanie. Dzięki tej wizji kładziemy podwaliny pod następne 20-30 lat bezpiecznej, zrównoważonej produkcji minerałów i metali".
Donaldson zgodził się z tym: "Jaskinie, które są obecnie opracowywane, są gorętsze, głębsze i bardziej wymagające geotechnicznie niż kiedykolwiek wcześniej. Pełna autonomia jest tym, co uczyni te operacje wykonalnymi, nie tylko z punktu widzenia bezpieczeństwa i wydajności, ale także z finansowego punktu widzenia. Pod tym względem są to technologie wspomagające".

Tekst: Mutale Chilufya
Zdjęcia: Sandvik Assets
Opublikowano: 2024

Potrzebujesz pomocy?

Porozmawiaj z naszymi ekspertami o tym, jak możemy Ci pomóc już dziś

Prosimy o wyrażenie zgody

Sandvik i nasi dostawcy wykorzystują pliki cookie (i podobne technologie) do gromadzenia i przetwarzania danych osobowych (takich jak identyfikatory urządzeń, adresy IP i interakcje z witryną) w celu zapewnienia podstawowych funkcji witryny, analizowania wydajności witryny, personalizowania treści i dostarczania ukierunkowanych reklam. Niektóre pliki cookie są niezbędne i nie można ich wyłączyć, podczas gdy inne są używane tylko za zgodą użytkownika. Pliki cookie oparte na zgodzie użytkownika pomagają nam wspierać Sandvik i indywidualizować korzystanie z witryny. Użytkownik może zaakceptować lub odrzucić wszystkie takie pliki cookie, klikając odpowiedni przycisk poniżej. Możesz również wyrazić zgodę na pliki cookie w oparciu o ich cele, korzystając z poniższego łącza do zarządzania plikami cookie. Więcej informacji na temat korzystania z plików cookie można znaleźć w naszej polityce prywatności plików cookie.