До недавнего времени добывающие отрасли с точки зрения инновационного развития считались отстающими. Но за последние несколько лет ситуация начала меняться: компании активно интегрируют современные научно-технические разработки в производственные процессы, двигаясь по пути цифровизации и автоматизации, масштабируя положительный опыт. Какие практики можно считать передовыми и когда угольная отрасль будет полностью роботизирована?

Новые технологии в помощь

Без автоматизации и цифровизации развитие невозможно — в этом на собственном опыте убедились в компании «Кузбассразрезуголь» (является одним из крупнейших угледобывающих предприятий в стране), анализируя достигнутые результаты по уже внедренным технологиям.

«Мы активно используем беспилотные технологии и лазерные сканеры, недавно перешли на сканирование водных объектов, донных отложений. Создаем цифровых двойников объектов инфраструктуры, автоматизированную систему управления буровзрывными работами и достаточно давно эксплуатируем автоматизированную систему диспетчеризации», — рассказал технический директор компании Александр Фадеев, выступая на сессии «Развитие научной и технологической базы угольной промышленности на примере опыта КНТП» в рамках конференции «Территория энергетического диалога».

Беспилотными технологиями в первую очередь пользуется маркшейдерская служба предприятия: с помощью беспилотников производятся аэрофотосъемки, составляются трехмерные цифровые модели для повседневной работы. Оснащенные тепловизорами беспилотники выполняют тепловизионный мониторинг угольных складов, бортов разрезов, что помогает выявлять проблемные места. В арсенале специалистов есть оборудование, которое позволяет с помощью лазерного сканирования производить съемки лесных массивов, складов готовой продукции и горных выработок там, где это необходимо.

Достаточно популярное направление цифровых двойников. Что это такое? Какой-либо объект (фабрика, котельная, цех и т. д.) с высокой точностью сканируется лазерным сканером, что дает возможность получить его в трехмерном виде со всеми характеристиками и точным расположением коммуникаций. Это позволяет достаточно оперативно выполнять оценки и манипуляции, связанные с техническим перевооружением, реконструкцией или ремонтами.

Цифровые технологии, и в частности 3D-моделирование, помогают планировать проведение горных работ.

«Наша компания одна из первых в стране перешла на трехмерное моделирование. 95% месторождений имеют оцифрованные геологические модели. С их помощью, имея аэрофотосъемку поверхности, геологическую трехмерную модель, можно быстро и точно рассчитать необходимое направление ведения горных работ с определением качественных характеристик товарного угля. Причем это можно сделать в нескольких вариантах», — пояснил Александр Фадеев.

Взрыв под контролем

Цифровая система дает возможность управлять буровзрывными работами.

«Столкнулись с тем, что большинство цифровых платформ и программных продуктов были импортными. И для того, чтобы как-то снизить зависимость от них, приняли решение разрабатывать свои продукты. Начали с буровзрывных работ, которые представляют собой один из самых затратных процессов в горном производстве. Чтобы оперативно им управлять, необходимо с высокой точностью перемещать буровой станок на площадке. Наши станки планово оснащаются системами позиционирования с точностью до 5 сантиметров. И дальше мы пошли по разработке набора блоков для использования имеющихся данных.

Система состоит из четырех блоков. Среди них блок инженера-технолога (позволяет встроенными инструментами собственной разработки проектировать буро-взрывные блоки и проекты на обурение) и блок маркшейдера (дает возможность обработать уже обуренные скважины и получить все данные с бурового станка для быстрого расчета проекта массового взрыва). Большой блок — многофункциональная система безопасности, позволяющая контролировать горные работы, состояние горно-транспортного оборудования, систему определения местоположения персонала и контроль геомеханики и сейсмических процессов.

Все данные, которые использует наша компания, стекаются в единый диспетчерский аналитический центр — это наша отдельная гордость. Он оснащен по последнему слову техники, и диспетчеры, каждый по своему направлению, видят полностью оперативную информацию по всему происходящему на горном отводе, всех наших разрезов. Вишенка на торте — система ERP, которую тоже разрабатываем сами», — резюмировал спикер.

Экономический эффект от применения цифровизации:

• увеличение производительности,
• снижение трудозатрат,
• улучшение качества продукции,
• большая аналитическая база данных, которую можно в дальнейшем использовать для снижения себестоимости работы.

Активный переход на цифровизацию комплекса буровзрывных работ (БВР), начатый компанией «Кузбассразрезуголь», два года назад, по словам Виктора Пронина, первого заместителя генерального директора, позволил на сегодняшний день цифровизировать 95% станков.

«Мы увидели, что нужно предпринять ряд шагов, чтобы цифровизация заиграла новыми красками. Необходимо разработать единые требования к оборудованию, которое устанавливается на буровое оборудование, стандартизировать набор датчиков, создать требования к точности оборудования для возможности исключения маркшейдерских работ. И внести изменения в федеральные нормы и правила, чтобы узаконить данную цифровизацию.

Экономический эффект от применения цифровизации очень высок: это увеличение производительности, снижение трудозатрат, улучшение качества продукции, большая аналитическая база данных, которую можно в дальнейшем использовать для снижения себестоимости работы. У нас есть ряд предложений, которые предлагаем рассмотреть с целью последующего внесения в федеральные нормы и правила», — подчеркнул Виктор Пронин, добавив, что цифровизация позволяет нести новый технологический уклад, в котором минимально участвует человек.

Карьерные роботы

Многие горнодобывающие предприятия продолжают испытывать кадровый голод — по оценкам экспертов, 75% компаний опасаются, что дефицит штата, который уже достаточно сильно угрожает росту производства, в конечном итоге приведет к снижению доли, занимаемой на рынке. Выход — доверить часть работы роботам.

«Во всем мире растет доля роботизированного парка техники в карьерах. Прежде всего, конечно же, речь идет о самосвалах и буровых станках — самых распространенных в открытых горных работах машинах. Их и стараются роботизировать. На сегодня парк роботизированной техники активно растет, перевалив за отметку в 2000. Западные флагманы непрерывно наращивают объем. О своем участии в этой гонке заявляют и страны третьего мира», — подчеркнул технический директор «Цифра Роботикс» Дмитрий Сиземов.

Обзор мировых практик показал, что роботизация позволяет одновременно сократить расходы на организационные нужды и потребности в промышленных безопасностях, нарастив производительность. Дорогие внедрения окупаются за счет повышения производительности, увеличения эффективности транспортного или бурового производства, снижения расхода операционных материалов и топлива, а также продления срока службы роботизированной техники.

Мировой тренд — рост доли роботизированного парка техники в карьерах.

В России за ближайшие 10 лет доля этого рынка вырастет до 10−15%.

«Если говорить о прогнозах, то стоит ожидать роста карьерных машин на мировом рынке транспорта. Сегодня на постсоветском рынке около 10 тысяч карьерных самосвалов. В следующие 10 лет эта цифра вырастет до 18 тысяч, в соответствии с международными трендами и прогнозами. На российском рынке будет происходить постепенное замещение западной техники моделями от китайских производителей. Но и Belaz здесь может побороться за свою долю на рынке. Роботизация при этом ожидается у всех. Когда же карьерная техника в России совсем будет беспилотной? Это может случиться не ранее, чем через 100 лет. Я бы сказал, что в ближайшие 10 лет мы поборемся за долю рынка порядка 10−15%», — поделился прогнозом Дмитрий Сиземов.

Ректор Кузбасского Политехнического университета Алексей Яковлев рассказал о создание прототипа карьерного самосвала. Речь идет о беспилотном опытном образце на 220 тонн челночного исполнения. Проектирование ведется в кооперации со специалистами КАМАЗа и МГТУ– создаются и испытываются основные узлы, моделируются процессы, которые будут возникать на карьере, где придется работать беспилотной технике, решаются вопросы с диспетчеризацией, алгоритмами управления верхнего уровня, использования систем искусственного интеллекта для навигации. В рамках этого проекта были разработаны и алгоритмы, и математические модели. Также была подготовлена конструкторская документация, проверена и передана на завод. Узлы изготавливаются, собираются и готовятся к установке.

Заделы и кооперация, по словам Алексея Яковлева, дали свои синергетические эффекты.