Искусственный интеллект в горном деле: как дроны и роботы помогают нам искать полезные ископаемые

Использование ИИ в геологоразведке находится в зачаточном состоянии, хотя первые научные труды на данную тему появились еще в конце 1980-х. Однако существует определенный набор применяемых методов анализа информации: экспертные системы, машинное обучение и др. Главная роль отводится машинному обучению, самообучающимся алгоритмам, которые способны обрабатывать большие объемы геологических данных, позволяя выявлять месторождения, ускользнувшие от человеческих глаз.

Например, в 2021 году BHP Group договорилась с KoBold Metals о совместном применении искусственного интеллекта для поиска месторождений меди, никеля и кобальта в Австралии. Вполне вероятно, что в дальнейшем ИИ будет трудиться и на других проектах BHP Group по всему миру. А в 2022 году канадская MacDonald Mines Exploration посредством машинного обучения нашла интересную медно-золото-серебряную минерализацию недалеко от побережья озера Гурон.

Системы на основе ИИ применяются при обслуживании технологического оборудования: датчики фиксируют различные параметры функционирования агрегатов и передают их центральной системе, которая проводит анализ и в режиме реального времени выдает операторам информацию о неполадках.

Кроме того, искусственный интеллект используется для управления обогащением руды. Так, в 2019 году «Норильский никель» на Талнахской обогатительной фабрике задействовал ИИ для оперативного отслеживания обломков породы, которые при попадании в дробильный барабан могли привести к поломке оборудования и порезам конвейерной ленты.

Годом ранее компания Rio Tinto одобрила проект строительства в Австралии предприятия Koodaideri по добыче железорудного сырья с капитальными вложениями в размере 2,6 млрд долл. Этот проект станет первым интеллектуальным рудником в структуре концерна за счет эксплуатации автономных буровых установок и грузовиков, сбора и анализа данных для оптимизации производства и сокращения простоев техники. В прошлом году Koodaideri, сменивший к тому моменту название на Gudai-Darri, начал поставки сырья и в 2023 году должен выйти на полную загрузку.

Шахты – одно из самых опасных мест работы. Под землей скапливается взрывоопасный метан, случаются обвалы, а пыль забивает легкие. Именно поэтому в отрасли уже давно обсуждается идея замены людей роботами. Одно из возможных направлений – оценка состояния туннелей. Фрайбергская горная академия еще в 2014 году запустила проект MiningRoX для картографирования и мониторинга параметров среды в рудниках при помощи двух роботов, получивших имена Alexander и Julius в честь известных немецких ученых.

Испытания аппаратов проводились на старой серебряной шахте Reiche Zeche. Julius выступал в роли помощника маркшейдера, перевозя тяжелое оборудование и собирая необходимые данные с помощью портативных измерительных приборов, а Alexander занимался 3D-картированием выработок при помощи лидара и видеокамер.

Эксперименты показали неплохие результаты, однако выявился ряд проблем, связанных с эксплуатацией роботов под землей: невозможность применения систем GPS, наличие участков, где движение машин затруднено, необходимость защиты аппаратов от кислых рудничных вод. Тем не менее использование Alexander и Julius позволило создать в автоматическом режиме точные 3D-модели шахт, что значительно упростило планирование и проведение горных работ.

Роботам можно поручать не только мониторинг шахт и карьеров, но и транспортировку руды. Пионером в этой сфере стала японская компания Komatsu, испытавшая в 2005 году пять автономных самосвалов на руднике Radomirо Tomic, а в 2007 году сформировавшая из них парк на руднике Gabriela Mistral чилийской корпорации Codelco. Практика показала, что беспилотные автомобили могут повысить производительность перевозок сырья на 15-20%, одновременно уменьшив износ шин на 5–15%, а расход топлива – на 10–15%. Вскоре интерес к автономным самосвалам проявили крупнейшие горнорудные компании мира, включая Rio Tinto, Vale и Fortescue Metals Group. В 2021 году «Норильский никель» начал не имеющий аналогов в России проект по использованию беспилотных самосвалов на руднике «Скалистый».

На любой шахте есть такие процессы, при которых персоналу запрещено находиться на территории, – например, взрывные работы и проветривание. Продолжать в это время доставку извлеченной из горной толщи руды на обогатительную фабрику люди не могут – зато могут беспилотные машины.

Для обкатки роботов-самосвалов на «Скалистом» был выбран на глубине 850 м транспортный горизонт длиной около 3 км. Там были установлены коммутаторы, точки доступа Wi-Fi и другое сетевое оборудование, а на грузовиках – блоки управления, лидары, видеокамеры, датчики и сенсоры. Эксперимент показал: беспилотные машины способны работать в сутки на 1,5 часа дольше, чем их «собратья», управляемые людьми. Кажется, что это не так уж много, но в результате объем перевезенной руды увеличился на 21 тыс. т в год.

В 2012–2019 годах Rio Tinto реализовала в Австралии масштабный проект Autohaul стоимостью почти 1 млрд долл. План предусматривал создание автономной сети железных дорог, по которым каждый день будет транспортироваться приблизительно 1 млн т железной руды. Сегодня полсотни тяжеловесных поездов, каждый из которых состоит из двух-трех локомотивов и 240 грузовых вагонов, растягивающихся на 2,4 км, в сумме могут перевозить 28 тыс. т сырья. Поезда курсируют между 17 карьерами Rio Tinto и портом Дампьер и мысом Ламберт, их оборачиваемость составляет в среднем 40 часов. Как само движение, так и погрузка и разгрузка вагонов выполняются автоматически. Машинист управляет поездом лишь во время его следования по портовой территории.