Каждый карьерный робот-самосвал весом в 500 т двигается со скоростью 50 км/ч — почти в 2 раза выше, чем у опытных водителей. Точность ориентации роботов 1-2 см. Машиной полностью управляет компьютер, оператор, который находится за 1000 км от месторождения, только наблюдает.

Добыча полезных ископаемых роботами достигла промышленных масштабов.  Горнодобывающая компания Rio Tinto уже больше года реализует проект Mine of the Future. Австралийский регион Пилбара один из самых богатых железной рудой в мире (запасы оцениваются более чем в $140млрд.) и, одновременно, крайне тяжелый для жизни человека. Именно здесь десятки машин весом в сотни тонн практически без участия человека круглосуточно добывают сотни тысяч тонн руды.

Пилбара — регион в западной части Австралии, знаменитый своими полезными ископаемым и жарой. Этому региону принадлежит, например, мировой рекорд по продолжительности жары выше 100 градусов по Фаренгейту (37,8 градусов Цельсия) — 160 дней. Здесь на гигантской территории живет менее 40 000 человек и почти 9000 из них заняты в добыче железной руды. Руды столько, что даже при самой интенсивной добыче её хватит более чем на 50 лет.

Основной проблемой компаний, занятых добычей полезных ископаемых в Пилбаре, является недостаток квалифицированного персонала. Очень трудно найти людей, которые даже за большую зарплату (средняя зарплата машинистов локомотивов составляет, например, 20 000 долларов за двухнедельную вахту) согласны работать в постоянном стрессе и жаре. И вот компания Rio Tinto совместно с инженерами из Komatsu успешно реализует проект по роботизации работы целого разреза…

Карьерный самосвал Komatsu 930E-4AT (масса: 202 т, высота 7.3 м, мощность 2700 л.с., грузоподъемность 290 т) и дизель-гидравлический экскаватор PC5500 (масса 525 т, мощность 2520 л.с., объем ковша 28 м3). Каждое место погрузки расчерчено на виртуальные зоны. Самосвал сам подъезжает под погрузку, достаточно экскаватору поднять ковш.

Для начала о том, как функционирует обычное месторождение в Пилбаре. Крайне редко бывает, чтобы полезные ископаемые выходили прямо на поверхность. Чтобы добраться до рудного тела, необходимо предварительно вскрыть и вывезти в отвалы пустую породу, покрывающую месторождение, причем для добычи 1 т руды в среднем приходится вывозить 3–6 т (а в отдельных случаях – до 25т!) породы. Объемы добычи руды напрямую зависят от объемов вскрыши, и именно поэтому на вскрышных работах задействованы самые большие самосвалы и экскаваторы.

Предварительно разведанный и размеченный горными инженерами– марк-шейдерами– участок превращается в некое подобие дуршлага: мощные буровые станки забуривают в предназначенном к взрыву блоке породы десятки и сотни взрывных скважин, расположенных в строго определенном порядке. Взрывники при помощи специального «зарядного автомобиля» заполняют подготовленные скважины взрывчатым веществом, устанавливают и соединяют в единую цепь детонаторы, после чего устраивают маленькое землетрясение, в результате которого прочный скальный массив превращается в груду обломков.

Затем в забой прибывают огромный экскаватор и бульдозеры. Бульдозеры зачищают площадку для работы экскаватора, а грейдеры формируют более-менее ровные дороги. Далее в дело вступают гигантские карьерные самосвалы Komatsu 930Е-4АТ и дизель-гидравлический экскаватор PC5500. Один за другим самосвалы подъезжают на место погрузки, принимают в свой кузовок привычные 290 т и отправляются для разгрузки на отвалы – рукотворные горы, непременный атрибут любого горнодобывающего предприятия.

Когда освобождается доступ к рудному телу – взрыв повторяется, после чего карьерные самосвалы несколько меньшей грузоподъемности начинают вывозить руду на обогатительную фабрику, где ее размалывают в однородную массу и предварительно очищают от примесей. Обогащенную руду отправляют на рудный склад, откуда роторным экскаватором перегружают в вагоны.

Чуть больше трех часов необходимо для загрузки 2,5-км поезда, и вскоре стальная змея массой около 26 000 т, грохоча, устремляется к морю. Там руда грузится в трюмы кораблей-рудовозов, которые уже через неделю встанут на рейде одного из японских, китайских или южнокорейских терминалов. Еще через пару дней она превратится в сортовой прокат.

В этом процессе задействованы сотни людей и десятки тяжелых механизмов, которые обязаны работать по жесткому графику, и это при температуре +50°С и висящем над дорогой облаке рыжей пыли, которое не в силах прибить к земле даже поливальная машина. Кабины современных бульдозеров, карьерных самосвалов и экскаваторов оснащены кондиционерами, атермальными стеклами, удобными сиденьями, но даже они не всилах полностью избавить операторов от шума и вибрации. Очень напряженная и при этом монотонная работа приводит к быстрому утомлению, а следовательно – и к ошибкам. Но любая ошибка в разрезе, где в ограниченном пространстве с максимальной интенсивностью работает множество многотонных машин, может привести не только к серьезной аварии, но и к трагедии. Подавляющее большинство аварий на открытых горных разработках происходит по причине пресловутого «человеческого фактора».

Мощность локомотива для перевозки железной руды может быть более 5000 л.с. Состав может достигать длинны 2,5 км, а общая масса составлять 26 000 тонн. И вся эта махина в ближайшем будущем будет управляться роботами. Без участия человека совершать челночные рейсы на 500 км со скоростью 80 км/ч.

Идея об автоматизации технологических процессов при открытой разработке месторождений пришла в голову инженерам Komatsu в конце 1990-х. В их активе имелась система Vehicle Health Monitoring System (VHMS), представляющая собой бортовой комплекс устройств диагностики узлов и систем карьерного самосвала в сочетании с постоянным двусторонним каналом связи между машиной и оператором сервисной службы. Технический персонал смог получать упреждающую информацию о состоянии систем и прогнозировать, какие узлы и в какой срок потребуют замены или обслуживания. Если японцам удалось научить машину жаловаться на свое здоровье, то почему бы не пойти дальше – доверить электронике руль и педали? Для решения этой задачи Komatsu приобрела американскую компанию Modular Mining Systems, и к 2005 году первые роботы-самосвалы, оснащенные фирменной технологией FrontRunner, поступили на обкатку в чилийские медные карьеры компании Codelco.

В декабре 2008 года Rio Tinto и Komatsu запустили бета-версию Mine of the Future на площадке А разреза Вест-Анджелас в Пилбаре. Каждый 930Е-4АТ в Пилбаре оснащен телекамерами, радарами, лазерными дальномерами, GPS-навигацией, беспроводной связью и системой распознавания препятствий. Управление машиной полностью возложено на компьютер; оператор лишь наблюдает за работой самосвала. Искусственный интеллект FrontRunner способен запоминать рельеф местности, формируя виртуальную трехмерную карту. Шестиколесные монстры снуют по площадке со скоростью более 50 км/ч, что почти вдвое выше, чем у бывалых водителей. Столкновения и заторы здесь невозможны: точность ориентации роботов-самосвалов во времени и пространстве почти хирургическая – всего 1–2 см отклонения от заданных координат!

Зона погрузки поделена на виртуальные секторы. Поднятый ковш экскаватора дает сигнал очередному самосвалу – давай сюда! Кстати, чилийский опыт Komatsu показал, что управление экскаватором все еще невозможно без опытного оператора в кабине, но вскоре и его место займет искусственный разум. Бульдозеры и грейдеры уже управляются дистанционно из операционного центра в Перте. Центр связан с Пилбарой дублированным оптическим кабелем и резервным спутниковым каналом. В его кондиционированных помещениях 320 операторов визуально контролируют работу всех машин через 440 мониторов. Единственным пилотируемым звеном процесса остается перевозка руды к морю – Rio Tinto приступит к роботизации своей железнодорожной сети через пару лет.

Для буровых систем проекта Mine of the Future разработано специальное программное обеспечение и системы позицонирования. Буровой робот может вгрызаться в породу на 6 м/ч быстрее, чем такая же машина с оператором в кабине. Скважины автоматически укрепляются и расширяются снизу вверх, для более эффективного подрыва заряда.

Еще одно выдающееся технологическое достижение в рамках проекта Mine of the Future – автоматизация сложнейшего процесса бурения взрывных скважин для вскрыши породы. Старинный партнер Rio Tinto компания Terex Mining, специализирующаяся на буровом оборудовании, разработала для роторных буровых станков SKSS и SKF программное обеспечение и комплекс телематики, базирующийся на GPS-позиционировании.

Четыре гусеничных агрегата, оснащенных пневматическими компрессорами высокого давления Sullair 1,500CFM, позволяют использовать для бурения не только обычный вращающийся бур, но и погружной пневмомолот. Буровой робот может вгрызаться в породу на 6 м/ч быстрее, чем такая же машина с оператором в кабине. Скважины автоматически укрепляются и расширяются снизу вверх, от забоя к устью, для более эффективного подрыва заряда.

Ученые из Университета Сиднея, сотрудничающие с Rio Tinto, считают, что через пару лет смогут автоматизировать геологоразведку – сакральный процесс, немыслимый ранее без участия человека. Если раньше для оценки конфигурации, объема рудного тела и содержания железа в нем требовалось сделать тысячи скважин, отправить поднятый керн в лабораторию и через пару месяцев получить заключение, то скоро вся эта рутинная работа будет занимать секунды. Для этого будут разработаны мобильные лаборатории, буквально видящие сквозь землю и не требующие трудоемкого бурения.

У Rio Tinto и ее партнеров масса работы. Вскоре в Вест-Анджелас доставят еще 17 роботов Komatsu 930Е-4АТ, пять бульдозеров, четыре грейдера и три буровых станка. Руды в этом районе хватит на несколько десятков лет – стоимость разведанных запасов составляет более $140 млрд. Очереди на освоение ждут и богатейшие месторождения Парабурду, Маранду, Брокман и Янди. И это – не считая залежей бокситов, меди и редкоземельных металлов, спрос на которые стабильно растет. Климат в Западной Австралии вряд ли изменится, а значит, у компании нет другого пути, кроме дальнейшей автоматизации добычи.             (источник – RU, источник – EN)