Роботы и искусственный интеллект в шахтах. Новая эра

Олег Афанасьев

Роботы и искусственный интеллект в шахтах. Новая эра

Часть 1. Введение

Данная книга будет полезна как для начинающих специалистов в горном деле, так и для опытных профессионалов, которые хотят расширить свои знания в области газовой безопасности.

Книга о роботизированных системах в шахтах будет включать описание технологий мониторинга, поиска и спасения, а также управления манипуляторами на примере робототехники в шахтах, а также перспективы развития этой области.

1.1. Цели книги

Цель данной книги – рассмотреть возможность применения инновационных подходов и новых технологий в области газовой безопасности, а также возможность использования роботов, автоматизированных систем, искусственного интеллекта и нейросетей в угольных шахтах.

Основной задачей книги является ознакомление читателей с возможностями и перспективами применения новых технологий для повышения безопасности и эффективности работы на угольных шахтах. В книге будут рассмотрены различные виды роботов и автоматизированных систем, а также возможность их применения для выполнения задач, связанных с газовой безопасностью на шахтах.

Кроме того, книга будет посвящена исследованию современных подходов к обнаружению и контролю опасных газов в шахтах, рассмотрены примеры успешных проектов в данной области, а также обсуждены перспективы дальнейшего развития технологий и их влияние на работу на угольных шахтах.

В целом книга призвана стать полезным ресурсом для специалистов, занимающихся разработкой и внедрением новых технологий на шахтах, а также для всех, кто интересуется применением роботов и искусственного интеллекта в производственной сфере.

Книга представляет собой обзорный материал о том, как новые технологии могут применяться для повышения безопасности и эффективности работы на угольных шахтах.

Во второй части книги рассматриваются основные проблемы, связанные с газовой безопасностью на угольных шахтах, и представлены различные методы диагностики и контроля опасных газов, используемые в настоящее время. Также описываются преимущества и недостатки существующих роботизированных систем мониторинга в угольных шахтах.

В третьей части книги кратко описываются существующие технологии, используемые для поиска и спасения людей в аварийных ситуациях в шахтах. Также дается оценка преимуществ от применения роботизированных систем поиска и спасения в шахтах с применением в них ИИ.

Инновационные подходы и новые технологии в рамках возможности их применения для обеспечения газовой безопасности, такие как использование искусственного интеллекта и машинного обучения для обнаружения и контроля опасных газов на шахтах, представлены возможные роботизированные системы поиска и спасения людей в угольных шахтах и дана оценка преимуществ от применения такого рода роботизированных систем поиска и спасения в шахтах с применением в них ИИ.

В четвертой части книги описаны перспективы развития роботов роботизированных систем в угольных шахтах.

Рассмотрены тенденции развития технологий для роботизированных систем в шахтах.

Дан краткий обзор различных видов роботов и автоматизированных систем, которые могут быть применены для выполнения задач, связанных со спасением людей и газовой безопасностью на угольных шахтах. Рассматриваются конкретные примеры их использования в различных условиях эксплуатации шахт.

Также в книге затрагивается актуальная тема автоматизации процессов на угольных шахтах, включая использование автономных транспортных средств и беспилотных аппаратов для мониторинга состояния шахт и выполнения различных задач с использованием ИИ.

Таким образом, данная книга может быть полезна как специалистам, работающим на угольных шахтах или занимающимся разработкой новых технологий для шахтной промышленности, так и всем, интересующимся инновациями в области газовой безопасности и автоматизации процессов на производстве.

1.2. Обзор технологий, используемых в робототехнике для шахт

Горнодобывающая индустрия, включая угольные шахты и рудники, является ключевой отраслью в мире. С каждым годом она сталкивается с повышением требований к безопасности, эффективности и экологичности процессов. В ответ на эти вызовы шахтные предприятия все больше обращаются к интеллектуальным технологиям, робототехнике, искусственному интеллекту (ИИ), автоматизированным системам контроля за газовой безопасностью и спасательным системам.

Горнодобывающая индустрия играет важную роль в мировой экономике, обеспечивая сырьем многие отрасли. Однако добыча полезных ископаемых сопряжена с высокими рисками для здоровья и жизни шахтеров. По данным Международной организации труда (МОТ), ежегодно в мире погибает около 15 тысяч рабочих на шахтах. Чтобы снизить аварийность и смертность, компании внедряют новейшие технологии. Лидерами здесь являются США, Канада, Австралия, Германия. Одно из ключевых направлений – применение роботизированных комплексов для бурения, добычи, транспортировки. Роботы оптимизируют процессы, повышают производительность и исключают присутствие людей в опасных зонах.

Активно применяется искусственный интеллект для мониторинга состояния горных выработок, прогнозирования опасных ситуаций, оптимизации шахтных операций.

Передовые системы контроля метана, CO и других газов в режиме реального времени с AI-аналитикой данных помогают предотвратить взрывы и отравления.

Внедряются автоматизированные комплексы для экстренного оповещения, поиска и спасения шахтеров. Они включают датчики жизненных показателей, средства связи, роботов.

Таким образом, новые технологии кардинально меняют горнодобычу, делая ее более безопасной, эффективной и экологичной. Эта тенденция будет только набирать обороты.

Внедрение передовых технологий в горнодобывающей промышленности – это комплексный и многогранный процесс, охватывающий все аспекты работы шахт и рудников.

Одно из важнейших направлений – повышение безопасности труда шахтеров. Для этого используются автономные бурильные роботы, исключающие присутствие людей в опасных зонах. Также применяются датчики газов, вибрации, давления с системами оповещения в режиме реального времени.

Другое ключевое направление – оптимизация производственных процессов с помощью программного обеспечения и искусственного интеллекта. Системы на базе машинного обучения анализируют большие объемы данных, выявляют закономерности, предсказывают опасные ситуации, рассчитывают оптимальные режимы бурения и взрывных работ.

Активно внедряются автоматизированные системы управления конвейерным транспортом, погрузочно-доставочными машинами. Они позволяют свести к минимуму участие человека в рутинных операциях в шахте.

Важное значение имеют роботизированные комплексы для мониторинга состояния горных выработок. Они включают беспилотные летательные и наземные аппараты, оснащенные различными датчиками, которые обследуют шахты, находят опасные участки.

Таким образом, внедрение новых технологий кардинально меняет горнодобывающую промышленность и делает ее безопаснее, эффективнее, экологичнее. Это глобальный тренд, который будет только набирать силу.

Развитие и внедрение передовых технологий в горнодобывающей промышленности – это устойчивая глобальная тенденция, обусловленная рядом факторов.

Во-первых, постоянно растут требования промышленной безопасности и охраны труда. Необходимо свести к минимуму риски для здоровья и жизни шахтеров.

Во-вторых, идет постоянный рост производительности труда и эффективности добычи полезных ископаемых. Это достигается за счет оптимизации всех процессов.

В-третьих, ужесточаются нормы по охране окружающей среды. Новые технологии позволяют снизить уровень выбросов и отходов, минимизировать экологический ущерб.

В-четвертых, развиваются такие области, как робототехника, датчики, программное обеспечение, искусственный интеллект. Это открывает новые возможности для автоматизации и оптимизации горных работ.

Можно уверенно прогнозировать дальнейшее ускорение технологических изменений в горнодобывающей отрасли. Компании будут активно внедрять самые современные разработки для повышения безопасности, производительности и экологичности добычи полезных ископаемых. Эта тенденция сохранится и в ближайшие десятилетия.

Робототехника имеет огромный потенциал в горнодобывающей промышленности. Роботы могут выполнять задачи, которые опасны для человека, а также улучшать эффективность работ. Например, автономные буровые роботы способны работать в условиях высокой температуры и давления, что позволяет ускорить процесс бурения и уменьшить риск для рабочих.

Применение робототехники в горнодобывающей промышленности – это одно из самых перспективных и быстроразвивающихся направлений. Ведущие горнодобывающие компании мира, такие как BHP, Rio Tinto, Glencore, активно внедряют роботизированные системы на своих предприятиях.

Особенно востребованы автономные бурильные роботы, способные работать в сложных условиях высоких температур, давления, запыленности. Они заменяют людей в опасных зонах, повышают скорость и качество бурения. Такие роботы оснащены системами технического зрения, лазерного сканирования, датчиками вибрации и положения.

Другое перспективное направление – роботизация транспортировки и погрузки горной массы. Автоматизированные самосвалы оптимизируют логистику, повышают производительность, исключают ошибки. Применяются роботы для мониторинга состояния шахт, обнаружения трещин и поиска людей при авариях. Они оснащены различными датчиками, системами навигации и связи.

Внедрение робототехники позволяет сделать работу шахтеров более безопасной и эффективной. Эти технологии будут и дальше активно развиваться и совершенствоваться.

Вот несколько конкретных примеров использования робототехники в горнодобывающей промышленности:

Шведская компания BrokkAB разработала и представила демонтажные серийные робо-ты которые способны производить бурение скважин в шахтах без тяжелой техники, разработку горных пород в ограниченных пространствах, оборку за-колов, дробление негабарита. Данные роботы (рисунок 2)оснащены манев-ренным манипулятором, который имеет диапазон оборота от 270 г до 360 г [2]. Это позволяет производить работы в различных плоскостях, например гори-зонтальное бурение.

Демонтажный  робот (https://t.me/Plasma_GPT_AI_Bot)

Компания Rio Tinto внедрила на своих железорудных шахтах в Австралии автономные бурильные роботы Pit Viper. Они могут работать без участия оператора в течение 24 часов, увеличив скорость бурения на 22 %.

Caterpillar разработала систему управления бурением под названием Command for Drilling, которая включает автоматизированные функции для управления бурильными установками. Она предлагает высокий уровень автоматизации, отслеживание производительности и снижение затрат.

На шахтах компании Norilsk Nickel внедрены роботы для обслуживания и ремонта горного оборудования в опасных условиях. Они оснащены манипуляторами, датчиками, камерами.

В Испании применяется роботизированный проходческий комбайн Alpine AM-105ex  разработанный фирмой "SANDVIK".

Проходческий комбайн ( https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Проходческий_комбайн_4.JPG )

Финская компания Sandvik разработала инспекционных роботов для мониторинга состояния подземных шахтных выработок. Роботы могут работать автономно до 8 часов. Также Sandvik презентовал новую систему AutoMine, которая позволяет полностью автоматизировать эксплуатацию подземных самосвалов. С новым решением техника способна работать непрерывно без участия оператора. Система AutoMine обеспечивает непрерывную откатку руды и подъем подземных самосвалов на поверхность. Разработчики внедрили технологию умного переключения режима работы самосвалов с подземного на наземный. «Рокировка» производится в режиме реального времени, за счет чего машины могут без остановок поднимать горную массу из выработок. Как утверждают в Sandvik, новая технология совершит революцию в горнодобывающей отрасли. Решение AutoMine не только ускоряет производственный цикл, но и повышает безопасность ведения горных работ. Кроме того, систему можно напрямую подключить к системе OptiMine, которая автоматически отправляет различные задачи. Система AutoMine передает данные о статусе выполнения операций и формирует общий отчет для улучшения управления производством.

Погрузчик ( https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2010_04_21_München_Bauma_165152_(4566543916).jpg )

В Китае создан робот DIBS для автоматического обнаружения трещин в скальных породах на угольных шахтах с помощью ультразвука.

Австралийская компания Emesent использует автономные летающие дроны для сканирования, картографирования и мониторинга состояния шахт.

Вот еще несколько примеров использования робототехники в горной промышленности:

В России на шахте Сибирская внедрен роботизированный комплекс Карьер-15Д для бурения взрывных скважин. Производительность труда выросла в 3 раза.

Американская компания Caterpillar разработала автономный погрузчик R1700, который используется в шахтах для погрузки и транспортировки горной массы.

Погрузчик (https://t.me/Plasma_GPT_AI_Bot)

Французская компания ExoskelEx разрабатывает экзоскелеты для шахтеров, повышающие безопасность и производительность труда при ручных работах.

В Чили роботизированная бурильная установка внедрена на медном руднике для работы в узких туннелях, куда не могут пройти люди.

В России разработкой роботизированных решений для горнодобывающей промышленности занимается компания VIST Mining Technologies (VIST Group). Дроны Геоскан используются для поиска залегания полезных ископаемых, а также для мониторинга хода добычи. Зарубежные компании: Argo (Канада), Autonomous Solutions (США), Caterpillar (США), Kairos Autonomi (США), MacDonald, Dettwiler and Associates (Канада), Nabors (Норвегия), NREC (США), Soil Machine Dynamics (Великобритания).

Американский стартап Vulture разработал роботизированную систему для автономной зачистки стен шахт от остатков взорванной горной массы.

Таким образом, роботизация охватывает все основные процессы горнодобывающего производства по всему миру.

ИИ и машинное обучение используются для анализа данных из шахты, оптимизации процессов и предотвращения аварий. Алгоритмы машинного обучения могут предсказывать потенциальные проблемы на основе исторических данных и обеспечивать раннее предупреждение.

Искусственный интеллект и машинное обучение активно применяются в горнодобывающей промышленности для повышения безопасности, оптимизации процессов и снижения издержек. Одно из ключевых направлений – анализ больших объемов данных из датчиков, которыми оснащено горно-шахтное оборудование. Системы машинного обучения выявляют в этих данных скрытые закономерности и зависимости. На этой основе строятся прогнозные модели для предсказания поломок оборудования, возникновения опасных ситуаций, таких как скопление газа или обрушения пород. Это позволяет заблаговременно принимать превентивные меры.

Другое важное применение для внедрения ИИ – оптимизация параметров бурения, взрывных работ, выемки породы, систем вентиляции для повышения эффективности производства.

Также разрабатываются интеллектуальные системы поддержки принятия решений на основе машинного обучения. Они помогают персоналу шахт выбирать оптимальные режимы работы оборудования в зависимости от горно-геологических условий.

Таким образом, внедрение технологий ИИ кардинально меняет подход к управлению горнодобывающим производством, делая его более интеллектуальным и безопасным.

Применение искусственного интеллекта и машинного обучения в горной промышленности активно развивается и охватывает все больше процессов. Крупные компании, такие как Rio Tinto, внедряют системы автономного управления большегрузными самосвалами на основе компьютерного зрения и машинного обучения. Это повышает эффективность транспортировки руды. Для мониторинга состояния шахт применяются беспилотные дроны и роботы, использующие лидары, камеры и датчики. Собранные данные анализируют нейронные сети для выявления опасных участков. Системы машинного зрения с технологией компьютерного моделирования создают 3D модели шахт для оптимизации добычи и планирования горных работ.

Программное обеспечение на основе ИИ помогает геологам анализировать большие массивы геологических данных для выявления перспективных участков и оценки запасов.

Также в шахтах используются интеллектуальные чат-боты для оперативного информирования и помощи рабочим.

Таким образом, ИИ и машинное обучение применяются на всех этапах жизненного цикла шахты – от разведки до эксплуатации и закрытия. Эти технологии кардинально меняют горнодобывающую отрасль.

Вот несколько примеров применения искусственного интеллекта и машинного обучения в горнодобывающей промышленности США:

Компания Newmont внедрила систему диагностики оборудования на основе ИИ, которая анализирует данные датчиков с буровых установок. Это позволяет своевременно предупреждать поломки.

Шахты компании Peabody оснащены сенсорами метана с технологией машинного обучения для прогнозирования скопления газа и предотвращения взрывов.

На угольных шахтах штата Вайоминг используются автономные системы видеонаблюдения на базе компьютерного зрения для контроля состояния выработок.

Компания Caterpillar разработала программу оптимизации экскаваторных работ ОРЕХ на основе ИИ. Она увеличивает эффективность погрузочно-транспортных операций на 10–12 %.

Стартап datum.earth применяет машинное обучение для анализа спутниковых снимков при геологической разведке месторождений.

Компания Knode разработала решение KnoSys на базе ИИ для автоматизации сортировки и оценки качества добытой руды.

Вот несколько примеров использования ИИ и машинного обучения в горнодобывающей промышленности Германии и Японии:

Германия:

Компания Thyssenkrupp внедрила на своих шахтах систему предиктивной аналитики Max, которая на основе ИИ прогнозирует сбои в работе оборудования.

Фирма Webac разработала программное решение на базе машинного обучения для оптимизации планирования добычи полезных ископаемых.

Компания Forkardt использует нейронные сети для распознавания геологических структур по данным геофизических исследований.

Япония:

Mitsubishi Corporation внедрила систему автономных самосвалов, использующих технологии компьютерного зрения и ИИ для навигации в шахтах.

Компания Komatsu разработала интеллектуальную систему диспетчеризации для оптимизации логистических операций на горных предприятиях.

Fujitsu использует ИИ для анализа геологических данных с целью повышения эффективности разведки месторождений полезных ископаемых.

Hitachi Construction Machinery применяет ИИ для предиктивной диагностики бурового и горнотранспортного оборудования.

Таким образом, технологии ИИ и машинного обучения активно применяются на многих шахтах и карьерах для решения различных задач.

Одним из наиболее важных аспектов безопасности в шахтах является контроль за газовой безопасностью. Современные автоматизированные системы мониторинга способны обнаруживать и анализировать газы, такие как метан и угарный газ, и предупреждать о возможных угрозах.

Контроль и обеспечение газовой безопасности – это важнейшая задача для всех горнодобывающих компаний мира. Применение передовых автоматизированных систем мониторинга позволяет значительно снизить риски, связанные с накоплением опасных газов в шахтах. Современные системы оснащены разветвленной сетью высокочувствительных датчиков метана, оксида углерода, кислорода, расположенных в разных частях шахты. Данные с датчиков в режиме реального времени поступают в центральную компьютерную систему.

Программное обеспечение на базе искусственного интеллекта анализирует эти данные, моделирует распространение газов, выявляет опасные концентрации и локации, прогнозирует риски. При превышении пороговых значений система подает автоматические уведомления, останавливает работу оборудования.

Такие системы комплексного мониторинга газовой обстановки внедрены на шахтах ведущих угледобывающих компаний мира, таких как Peabody Energy, Rio Tinto, BHP. Они позволяют предотвратить взрывы газа и спасти жизни шахтеров. Это одно из важнейших достижений технологического прогресса в сфере безопасности горных работ.

Обеспечение газовой безопасности в шахтах – комплексная задача, решаемая с помощью передовых технических средств.

Системы автоматического контроля содержания метана, угарного и углекислого газов используют датчики на основе инфракрасной, электрохимической, полупроводниковой и других технологий. Они отличаются высокой чувствительностью и селективностью.

Данные с датчиков поступают в системы сбора и передачи информации, включающие проводные, радиоканальные, оптоволоконные линии связи. Это обеспечивает контроль всего пространства шахты.

Цифровые системы автоматики анализируют поступающую информацию и в случае превышения установленных пороговых значений запускают исполнительные устройства – вентиляторы, аварийную сигнализацию, блокировку оборудования.

Передовые системы используют технологии прогнозной аналитики для предсказания скопления опасных газов. Это позволяет избежать аварий.

Комплексное применение средств автоматизации обеспечивает надежный непрерывный контроль газовой обстановки в шахтах и безопасные условия труда горняков. Эти технологии спасли жизни тысяч шахтеров по всему миру.

Вот несколько примеров использования передовых систем контроля газовой обстановки на шахтах в США:

На угольных шахтах компании Peabody Energy применяется автоматизированная система для непрерывного мониторинга метана и предупреждения взрывов.

Шахты концерна Arch Resources оснащены системой, которая отслеживает скопление метана, оксида углерода и кислорода в режиме реального времени.

На предприятиях Consol Energy используется система контроля газов, интегрированная с вентиляцией, средствами связи и безопасности.

НПФ «ГРАНЧ» разрабатывает и выпускает компьютерные системы передачи данных и сетевые мобильные устройства для развития мультисервисных сетей, которые служат основой МФСБ угольных шахт и ряда систем управления производственными процессами. Линейка продукции расширяется, появляются новые устройства, которые несомненно расширяют возможности сетей и действующих решений. В состав мультисервисных сетей производства НПФ «Гранч» входит как оборудование, используемое в качестве базовых сетевых узлов, составляющих инфраструктуру сети передачи данных, так и носимые индивидуальные устройства, выполняющие в сети функцию клиентов.

На шахте Jim Walter Resources применена многоуровневая система для непрерывного контроля метана по всей протяженности горных выработок.

Такие high-tech системы контроля газов позволяют американским шахтам поддерживать высокий уровень промышленной безопасности.

Вот несколько примеров систем контроля газовой обстановки, используемых на шахтах Германии и Японии:

Германия:

На шахтах RAG применена комплексная система для непрерывного мониторинга метана, основанная на лазерных и инфракрасных датчиках.

Компания Sick Maihak разработала стационарные и портативные газоанализаторы на базе своих технологий и электрохимических сенсоров.

Фирма Simicon поставляет системы Gasguard MSH+, использующие нейросетевую аналитику данных для прогнозирования газовых рисков.

Япония:

Mitsubishi Electric разработала систему с функцией прогнозной аналитики для мониторинга метана в угольных шахтах.

Для контроля газов на шахтах компании Mitsui используются датчики City Technology с технологией NDIR.

CMC Tunnelling System от Trolex Ltd. Эта система предназначена для мониторинга условий в тоннелях и подземных шахтных выработках. Она включает в себя сенсоры для обнаружения метана и других газов.

Такие системы позволяют повысить безопасность и снизить аварийность на шахтах Германии и Японии.

Автоматизированные системы спасения включают в себя датчики, роботов и дроны, которые могут быть задействованы в случае аварии или закрытия шахты. Эти системы способствуют более быстрой и эффективной эвакуации рабочих и обеспечивают оперативную реакцию на чрезвычайные ситуации.