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.