Искусственный интеллект в горном деле: как дроны и роботы помогают нам искать полезные ископаемые
На наших глазах роботы кардинально меняют облик горнодобывающей индустрии.
Разведкой и оценкой месторождений полезных ископаемых традиционно занимались люди. Тем не менее геологи все чаще используют искусственный интеллект для изучения месторождений полезных ископаемых, видя в нем не конкурента, а надежного помощника, способного упростить и ускорить интерпретацию геофизических, минералогических и геохимических данных и строить на их основе прогнозы.
Использование ИИ в геологоразведке находится в зачаточном состоянии, хотя первые научные работы на эту тему появились еще в конце 1980-х гг., однако существует определенный набор методов анализа используемой информации: экспертные системы, машинное обучение и т. д. Основное место отводится машинному обучению, самообучающимся алгоритмам, способным обрабатывать большие объемы геологических данных, позволяющим выявлять залежи, ускользнувшие от человеческого взгляда.
Например, в 2021 году BHP Group договорилась с KoBold Metals о совместном применении искусственного интеллекта для разведки месторождений меди, никеля и кобальта в Австралии. Вполне вероятно, что в будущем ИИ будет работать и над другими проектами BHP Group по всему миру. А в 2022 году канадская компания MacDonald Mines Exploration с помощью машинного обучения обнаружила интересную медно-золото-серебряную минерализацию у побережья озера Гурон.
Системы на базе ИИ используются при обслуживании технологического оборудования: датчики фиксируют различные параметры работы агрегатов и передают их в центральную систему, которая анализирует и предоставляет операторам информацию о проблемах в режиме реального времени.
Кроме того, искусственный интеллект используется для управления подготовкой руды. Например, в 2019 году «Норильский никель» на Талнахской обогатительной фабрике использовал ИИ для быстрого отслеживания фрагментов породы, попадание которых в дробильный барабан могло привести к выходу из строя оборудования и порезам конвейерной ленты дробилки.
Годом ранее Rio Tinto одобрила инвестиционный проект стоимостью 2,6 млрд долларов по строительству железорудного рудника Кудайдери в Австралии стоимостью 2,6 млрд долларов. Этот проект станет первым «умным» рудником Группы, в котором используются автономные буровые установки и самосвалы, сбор и анализ данных для оптимизации производства и сокращения времени простоя оборудования. В прошлом году Koodaideri, который тогда сменил название на Gudai-Darri, начал поставлять сырье и, как ожидается, выйдет на полную мощность в 2023 году.
Шахты — одно из самых опасных мест для работы. Под землей скапливается взрывоопасный метан, возникают обвалы, пыль забивает легкие. Именно поэтому в отрасли давно обсуждается идея замены людей роботами. Одним из возможных путей является оценка состояния тоннелей. Горная академия Фрайберга начала проект MiningRoX в 2014 году для картирования и мониторинга параметров окружающей среды в шахтах с использованием двух роботов, названных Александром и Юлиусом в честь известных немецких ученых.
Устройство было испытано на бывшем серебряном руднике Reiche Zeche. Юлий выступал помощником маркшейдера, перевозя тяжелую технику и собирая необходимые данные с помощью портативных измерительных приборов, а Александр занимался 3D-картографированием выработок с помощью лидара и видеокамер.
Эксперименты показали хорошие результаты, но был выявлен ряд проблем с работой подземных роботов: невозможность использования систем GPS, наличие зон, где движение машин затруднено, необходимость защиты кислотных шахтных вод устройств. Однако использование Александра и Юлиуса позволило автоматически создавать точные 3D-модели шахт, что значительно упростило планирование и выполнение горных работ.
Роботам можно поручить не только наблюдение за шахтами и карьерами, но и транспортировку руды. Японская компания Komatsu, пионер в этой области, испытала пять автономных самосвалов в 2005 году на руднике Радомиро Томич и сформировала парк из них в 2007 году на руднике Габриэла Мистраль чилийской компании Codelco. Практика показала, что автономные автомобили позволяют повысить производительность перевозки сырья на 15-20%, при этом снизить износ шин на 5-15% и расход топлива на 10-15%. Вскоре к беспилотным самосвалам проявили интерес крупнейшие горнодобывающие компании мира, в том числе Rio Tinto, Vale и Fortescue Metals Group. В 2021 году «Норильский никель» запустил беспрецедентный в России проект по использованию беспилотных самосвалов на руднике «Скалистый».
В любой шахте есть процессы, при которых персоналу запрещается находиться на территории, такие как взрывные работы и вентиляция. В настоящее время люди не могут продолжать доставлять руду, добытую из горных пластов, на обогатительную фабрику, а беспилотные автомобили могут.
Для испытаний роботов-самосвалов в Скалистах выбран транспортный горизонт протяженностью около 3 км на глубине 850 м. Там установили коммутаторы, точки доступа Wi-Fi и другое сетевое оборудование, а на грузовые автомобили установили блоки управления, лидары, видеокамеры, сенсоры и сенсоры. Опыт показал, что беспилотные автомобили способны работать в сутки на 1,5 часа дольше, чем их управляемые человеком «собратья». Вроде бы не так уж и много, но в результате объем транспортируемой руды увеличился на 21 тысячу тонн в год.
С 2012 по 2019 год Rio Tinto реализовала в Австралии масштабный проект Autohaul стоимостью почти 1 млрд долл. План предусматривал создание беспилотной железнодорожной сети, которая будет перевозить около 1 млн тонн железной руды каждый день. Сегодня пятьдесят большегрузных поездов, каждый из которых состоит из двух-трех локомотивов и 240 грузовых вагонов, протяженностью более 2,4 км могут перевезти в общей сложности 28 000 тонн сырья. Поезда курсируют между 17 карьерами Rio Tinto и портами Дампьер и Кап-Ламбер, среднее время в пути составляет 40 часов. Само движение, а также погрузка и разгрузка вагонов осуществляется автоматически. Машинист управляет поездом только тогда, когда он проходит через территорию порта.
