Как будет выглядеть будущее промышленности? Роботы, компьютеры и ни одного человека у опасного оборудования. Максимальная безопасность и эффективность. Горнодобывающая промышленность — не исключение. Рассказываем, как «Норникель» первым в России внедрил систему беспилотных подземных автосамосвалов: от подготовки и подбора оборудования до тестирования и запуска.
Работа шахтеров была и остается одной из самых опасных в мире. По данным американского Управления по охране труда (OSHA), в США на каждые 100 тысяч шахтеров приходится в среднем более 20 смертельных случаев в год. Самый высокий риск травм у тех работников, которые взаимодействуют с крупным тяжелым оборудованием — а на рудниках почти все оборудование именно такое. К счастью, современные технологии позволяют переложить выполнение опасных работ на плечи роботов.
Автоматизированные системы с удаленным управлением выигрывают сразу по нескольким показателям. Они повышают не только безопасность, но также скорость и эффективность выполнения работ. Мы уже рассказывали о беспилотниках, оборудованных датчиками и камерами, которые «Норникель» использует в строительстве, производстве и контроле безопасности. Сегодня речь пойдет о роботах-самосвалах, которые с августа 2021 года работают на руднике Скалистый.
Система автоматизации самосвалов AutoMine® шведской компании Sandvik (в этом году компании исполнилось 160 лет) впервые заработала в 2004 году на чилийском руднике Эль-Теньенте (El Teniente). За прошедшие годы систему внедрили более чем в 65 горных предприятий по всему миру. В 2019 году «Норникель» обратился к Sandvik с предложением установить AutoMine® на своих рудниках.
При выборе рудника для пилотного проекта учитывались протяженность самосвальной откатки, возраст и марка техники, возможность ограждения опасной зоны горных работ, а также наличие производственных мощностей в рамках всего предприятия. Ограничения выявляли с помощью имитационной модели рудников. В итоге испытательным полигоном стал рудник «Скалистый».
VKOKLink
Рудник «Скалистый» — самый молодой подземный рудник Норильска, но со сложными горно-геологическими условиями. Его открыли в 1986 году, а добыча началась в 2004 году. Несколько лет назад рудник вышел на отметку минус 2056 м.
Для автоматизации выбрали участок на глубине 850 м — это одна из главных транспортных артерий рудника, по которой передвигается большое количество техники и рабочих во время смены. Протяженность рабочей зоны самосвалов там больше трех километров. На этом участке находятся шесть участковых рудоспусков, где руда загружается в кузовы самосвалов, и три капитальных рудоспуска, где самосвалы разгружают руду.
Непосредственному внедрению технологии предшествовала всесторонняя подготовка. По всей зоне в кровле горных выработок были установлены коммутаторы, точки доступа Wi-Fi и другое сетевое оборудование — более 70 единиц в общей технологической сети передачи данных.
Сперва систему тестировали с пробным автоматизированным самосвалом под удаленным управлением. На этой стадии проектная команда «Норникеля» плотно работала с экспертами Sandvik из Финляндии, которые несколько раз приезжали на рудник, и компанией «УралТехИс», отвечающей за построение отказоустойчивой системы связи.
Главной проблемой стала бесшовность сети. Самосвал под удаленным управлением не успевал переключаться с одной точки Wi-Fi на другую и просто останавливался. В несколько этапов тестирования частной сети Wi-Fi команде удалось добиться плавного движения. Сыграли роль несколько условий: точки доступа с подходящей мощностью и функциональностью, а также тщательная настройка антенн и маршрутизации.VKOKLink
Теперь, когда была налажена связь, пришло время полноценного внедрения системы. Выбор «Норникеля» пал на AutoMine® Multi-Lite, которая позволяет одновременно модернизировать несколько единиц оборудования. Внедрение системы проходило в несколько стадий.
Сперва оборудовали диспетчерскую: поставили сервер системы Automine®, пульт управления и кресло оператора, которые позволяют удаленно мониторить и управлять оборудованием. Работать на этой должности могут только те, кто прошел обучение и имеет стаж работы в подземных условиях. Потом пришел черед самосвалов.
Для автоматизации на «Скалистом» выбрали два самосвала: Sandvik TH540 и TH545i. На них установили блок управления AutoMine®, лазерные сканеры, видеокамеры и антенны Wi-Fi, различные датчики и сенсоры — в частности, датчики положения кузова, шарнирного сочленения и скорости.
Дольше всего устанавливали лазерные барьеры безопасности, которые ограничивают опасные зоны работы автосамосвалов. Если какая-то техника или персонал пересечет любой из барьеров, вся техника в этой зоне сразу останавливается, накладывается стояночный тормоз. Всего поставили около 20 барьеров.
На этом подготовка завершилась, пришло время запуска системы в эксплуатацию. Сперва составили двумерную карту всех зон горной выработки, где планировалось организовать маршрут движения. Делали это с помощью лазерных сканеров, установленных на автосамосвалы.VKOKLink
Прокладка маршрутов оказалась непростой задачей. Чтобы автосамосвалы не задевали борты выработки, пришлось вручную править радиусы поворота, фиксировать места остановки под рудоспусками для загрузки и разгрузки руды. Выработка постоянно меняется, поэтому и маршруты необходимо обновлять.
Очевидно, что внедрение автосамосвалов повышает безопасность труда — меньше людей находится в зоне постоянной работы крупного оборудования, операторы управляют техникой из комфортного офиса. Но не менее важно, что автосамосвалы значительно повысили эффективность горнодобычи.
Из соображений безопасности и условий труда время нахождения людей в шахте жестко регулируется. Во-первых, Трудовой кодекс РФ ограничивает общее время пребывания под землей. Во-вторых, при проведении массовых взрывов люди покидают опасную зону, а техника простаивает. Теперь она работает.
Как показала практика, автосамосвалы работают в сутки на полтора часа дольше. И загрузка, и разгрузка производятся дистанционно. В результате за дополнительные полтора часа два самосвала успевают отработать еще 4—6 циклов, увеличив количество перевезенной горной массы на 1%. В год в среднем добывается 2,1 миллиона тонн горной массы, автосамосвалы добавляют еще 21 тысячу тонн.
В общей сложности на подготовку, тестирование и внедрение ушло несколько лет, но теперь, когда есть опыт, внедрение заняло бы немного времени. По словам Андрея Николаевича Дышлюка, возглавившего проектную команду со стороны «Норникеля», «при условии реализации в новых выработках, не ограниченных интенсивностью движения горной техники на участке производства работ, внедрение заняло бы немного времени — около шести месяцев».VKOKLink
Сегодня рудник «Скалистый» отрабатывает руды двух месторождений: Талнахского и Октябрьского. В общей сложности в его запасе около 60 миллионов богатой никелевой руды. При нынешней скорости добычи рудник сможет проработать еще 40—45 лет. Автоматизация процессов обеспечит безопасное будущее шахтерам и повысит эффективность выработки.
Владимир Трапезин, директор по автоматизации и информационной трансформации производства департамента промышленных активов ПАО «ГМК «Норильский Никель»»:
«На сегодняшний день система полноценно функционирует на двух самосвалах, и мы уже видим положительную динамику, а то, насколько нам удастся повысить коэффициент использования оборудования и увеличить объем перевозимой горной массы, покажет время».
Название AutoMine® можно перевести как «Автодобыча», а можно и как «Автошахта». Полностью автоматизированная шахта — главная цель «Норникеля». На «Безлюдном руднике» будут работать исключительно роботы, дроны и другое автоматизированное оборудование. И не будет ни одного человека, подвергающегося опасности. Помимо техники, такой проект требует внедрения анализа больших данных и алгоритмов на машинном обучении. По планам «Норникеля», первым таким рудником станет шахта «Глубокая» рудника «Скалистый».