Lawinowo rosnące zapotrzebowanie na surowce mineralne na świecie powoduje, że zarówno drobni przedsiębiorcy, jak i wielkie firmy górnicze w coraz większym stopniu stawiają na innowacyjność, aby zwiększyć efektywność pracy zachowując przy tym bezpieczeństwo. Zastąpienie górników w najbardziej niebezpiecznych i męczących pracach w kopalniach odkrywkowych i podziemnych, maszynami o sztucznej inteligencji wydaje się być wymogiem przyszłości. Powinny być to maszyny widzące, słyszące i czujące, które potrafi łyby same realizować określone zadania, przy pracy których rola człowieka ograniczona zostałaby do nadzorowania czynności przez nie wykonywanych.

Tworzenie bezzałogowej kopalni odkrywkowej

Ogromny postęp wiedzy, a także rozwiązań technicznych w dziedzinie komputeryzacji, przesyłu informacji czy elektrotechniki doprowadził do utworzenia systemów zdalnego sterowania. Natychmiastowy kontakt z jednostkami w czasie rzeczywistym spowodował znaczną poprawę bezpieczeństwa pracy operatorów, efektywniejszego wykorzystania maszyn, optymalizacji transportu materiałów i monitorowania produkcji, która poprzez stosowanie systemów informatycznych może zwiększyć się nawet o kilkanaście procent i charakteryzować niemal zerową szkodliwością. Podstawą nowych systemów jest ich spójna integracja z modelem kopalni oraz optymalizacja efektywności. Kolejnym etapem jest wdrażanie zdalnego sterowania pracą maszyn i urządzeń, konsekwencją czego będzie pełna autonomiczność i kopalnia bezzałogowa.

Automatyzacja na naszych oczach – górnictwo półautomatyczne

Jedną z najbardziej istotnych cech automatycznej kopalni jest jej ogromna wydajność i precyzja wzajemnej komunikacji – zarówno wewnątrz maszyny górniczej, pomiędzy maszynami, a także między maszynami a dyspozytorem. Dzięki osiągnięciom współczesnej techniki kopalnie mają do dyspozycji rozległe sieci światłowodowe, gdzie przekazywanie informacji odbywa się z prędkością dochodzącą nawet do 1 Gb/s, telefony komórkowe, internet oraz wszelkiego rodzaju systemy GPS o bardzo wysokiej dokładności ustalania pozycji [1]. W wielu kopalniach odkrywkowych radary bliskiego i dalekiego zasięgu wykorzystywane są do oceny stateczności skarp. Coraz częściej używane są systemy laserowe, przeznaczone do szybkiego określania trójwymiarowej topografi i odkrywki i jej postępu. Przy tworzeniu systemów automatyzacji i nadzoru układów maszyn roboczych na początku najważniejsze jest precyzyjne zdefi niowanie algorytmu sterowania takim systemem. Najczęściej wykorzystywany i najbardziej przyszłościowy wydaje się być  system mikroprocesorowy. Automatyzacja dotyczy nie tylko maszyn, ale także systemów dyspozytorskich stosowanych do kierowania ruchem oponowych sztywnoramowych wozideł technologicznych oraz koparek, ładowarek, spycharek czy wiertnic. W systemie tym dyspozytor śledzi na szerokoekranowych monitorach stan pracy wszystkich maszyn w kopalni. Do jak najdokładniejszego pozycjonowania wykorzystywane są systemy GPS, a dla ułatwienia pracy operatora w kabinach maszyn instalowane są układy hardwarowe i softwarowe, pozwalające na rejestrację, gromadzenie i analizę szeregu sygnałów z czujników obrazujących parametry maszyny. Nowoczesne sprzęty posiadają także zintegrowane systemy detekcji obiektów, składające się z kombinacji kamer, radarów i systemów alarmowych. Automatyzacja dotyczy nawet oceny trwałości ogumienia – w nowoczesnych urządzeniach stosowane są elektroniczne wskaźniki, których wskazania dotyczące ciśnienia i temperatury opon natychmiast są wyświetlane w kabinie operatora, a następnie transmitowane do dyspozytora.  W krajowych kopalniach odkrywkowych węgla brunatnego od lat stosowany jest nowoczesny, proekologiczny, zelektryzowany i zmechanizowany system wydobycia, określany skrótem KTZ. Najważniejszą rolę odgrywa w nim nowoczesny system dyspozytorski – dyspozytornie usytuowane są w maszynach podstawowych i w określoncyh miejscach odkrywki. Informacje z przenośników taśmowych dostarczane są do głównej dyspozytorni liniami transmisji przewodowej lub światłowodowej, natomiast z maszyn za pomocą telemetrycznego łącza radiowego [1].

Górnictwo po australijsku, czyli bezzałogowo?

Największe światowe fi rmy górnicze są gotowe do agresywnego cięcia kosztów produkcji i wprowadzania bardziej zaawansowanych automatycznych systemów, szczególnie do najbardziej produktywnych wyrobisk. Eksperci przewidują, że do końca dekady nawet 40% wszystkich maszyn w zaawansowanych technologicznie fi rmach górniczych zostanie w pełni zautomatyzowanych [2]. Jak dotąd zdecydowanym liderem, jeśli chodzi o wykorzystanie tego typu technologii, jest australijski gigant górniczy Rio Tinto. W 2008 roku fi rma uruchomiła swój autorski projekt „Mine of the Future”. Dotyczy on wprowadzenia do kopalni automatycznych wozideł technologicznych typu AHS oraz innych maszyn wyposażonych w układy samoprowadzące i samosterujące z minimalną interwencją człowieka. AHS (Autonomus Haul System), to kompleksowy system zarządzania fl otą w kopalniach. Samochody ciężarowe, które są wyposażone w  GPS, system wykrywania przeszkód oraz bezprzewodowy system sieciowy, opracowany przez Komatsu, Komatsu America i Modular Mining Systems, są prowadzone i kontrolowane z centrum operacyjnego w Perth ponad 1500 kilometrów z dala od miejsca eksploatacji. System taki pozwala na sterowanie wszystkimi aktywnościami górniczymi z całego regionu Pillbara, właściwie z jednego miejsca [3]. Informacja na temat kursu docelowego i prędkości przesyłana jest bezprzewodowo z komputera nadzorczego do samochodów, podczas gdy GPS określa ich pozycje. W Perth, oprócz sterowania i zbierania informacji, przeprowadzane są także wszelkiego rodzaju wizualizacje oraz  analizy, co pozwala na optymalizację całego procesu eksploatacji. Podczas ładowania samochody są automatycznie kierowane do miejsca załadunku po obliczeniu położenia łyżki koparki lub ładowarki pod kontrolą operatora. Operator za pomocą komputera wysyła również informacje na temat konkretnego kursu miejsca wyładunku. Technologię zainstalowaną w maszynach Komatsu możemy powoli nazywać sztuczną inteligencją. Program jest w stanie uczyć się geografi i terenu i rysować mapę w pamięci komputera [1]. Bezpieczeństwo zapewnia cała masa czujników antykolizyjnych, gdzie w razie wykrycia jakiejkolwiek przeszkody na trasie system zwolni prędkość lub w razie konieczności natychmiastowo zatrzyma się. Pomijając wszelkie zalety dotyczące samej operatywności, system ten umożliwia stabilną pracę w środowiskach, takich jak duże wysokości czy bardzo gorące i suche obszary pustynne. W wyniku optymalizacji układ przyczynia się także to zmniejszenia kosztów konserwacji, ochrony energii oraz zmniejszenia emisji CO2. Oprócz systemu AHS, Rio Tinto z powodzeniem korzysta także z systemu ADS (Autonomus Drilling System). Wiertnice w zależności
od decyzji operatora mogą pracować w trybie ręcznym autonomicznym lub zdalnie sterowanym z dokładnością pozycjonowania do 15 cm [1]. Do transportu urobku na dłuższe dystanse wykorzystuje się system AutoHaul, czyli automatyczny transport kolejowy, składający się aż z 230 wagonów samorozładowczych. W system AutoHaul fi rma zainwestowała aż 518 milionów dolarów amerykańskich [4][5][6]. Warto dodać, iż ładowność tego systemu planowo ma być systematycznie powiększana wraz ze zwiększeniem wydobycia bez konieczności inwestowania w dodatkowe pociągi [3]. Prace nad pełną automatyzacją mają zakończyć się w 2015 roku.

Fot. photogenica