Горняки будущего: технологии, меняющие шахтёрский труд⁠⁠

В последнее воскресенье августа в России отмечается День шахтёра. Горная отрасль — одна из стратегически важных в отечественной экономике. От труда шахтёров зависят энергетическая и экономическая безопасность России, статус крупного экспортёра и благополучная жизнь людей в каждом регионе.

Раньше добыча руды и угля во многом была тяжёлым ручным трудом. Теперь на смену грубой силе приходят современные технологии: рутинную, опасную работу выполняют новые машины. Задача же человека всё больше смещается в сторону управления и контроля.

Расскажем о достижениях науки и техники, без которых невозможно представить современную добычу полезных ископаемых.

Вкалывают роботы, а не человек

Когда-то руду из шахт поднимали вручную. Сегодня на себя опасную работу берут автономные комплексы. К ним относятся беспилотные карьерные самосвалы, буровые установки для бурения скважин, подземные погрузочно-доставочные машины, а также роботизированные экскаваторы и землеройная техника. В ряде случаев используются и лёгкие рельсовые комплексы, позволяющие перевозить материалы под землёй.

Студенты НИТУ МИСИС тоже не отстают от старших коллег. Ранее они создали робота «Марк» для горнодобывающего предприятия «Норильский никель» — мобильную платформу размером 120×120×80 см для прохождения по подземным выработкам. Каждый его колёсный модуль обладает собственным двигателем и может менять клиренс (расстояние между нижней частью машины и землёй), а платформа снабжена датчиком для 3D моделирования горной выработки. Такой робот может выполнять маркшейдерские съёмки без участия человека.

Аддитивные технологии давно применяются в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях, но знали ли вы, что они также активно внедряются и в горную индустрию? 3D-печать позволяет создавать высокопрочные детали для горной техники, например компоненты буровых установок и экскаваторов. Преимущества очевидны: сложные конструкции требуют меньших затрат. Например, в НИТУ МИСИС разработан новый метод 3D-печати, который позволяет создавать металлические детали, устойчивые к высоким температурам и давлению.

Автономные горные системы становятся важным направлением в развитии горной отрасли. Есть компании, которые, например, уже создали беспилотные грузовики, экскаваторы и буровые установки, что позволило горнодобывающим предприятиям снизить затраты на 15% и значительно повысить безопасность на рабочих местах.

Некоторым предприятиям важна независимость от конкретных производителей. Для таких случаев существуют системы, которые можно установить на различные машины без привязки к одному разработчику. Примеры таких решений: Nav/Mobius, Teleop Auto и AutoMine.

Тренажёры виртуальной реальности

Важнее техники и экипировки может быть только подготовка самого шахтёра. Если раньше обучаться приходилось на практике или в учебных классах, то сейчас применяются виртуальные тренажёры. В таких симуляторах специалист отрабатывает алгоритмы действий при экстренных ситуациях (включение самоспасателя, поиск резервного выхода, использование пожарного инвентаря и т. д. при выбросе метана, пожаре, обрушении) без реальной опасности. В НИТУ МИСИС, например, есть лаборатория BELAZ-VR, где представлены тренажёры для работы с карьерными самосвалами. В России всего две таких.

Электромобили в шахтах

Дизельные грузовики и экскаваторы постепенно заменяются электрическими машинами: они снижают выбросы, шум и требования к вентиляции подземных объектов (труды основоположника отечественной научной школы рудничной вентиляции Александра Скочинского, однако, актуальности не теряют). Так, уже существует шахтный электромобиль «Крот Электро». Он подходит как для перевозки людей, так и для грузов. Инженеры отказались от коробок передач в пользу бесшумных токовых приводов. Автономная система управления на базе ROS (операционная система для роботов) самостоятельно прокладывает маршрут, строит карту шахты и реагирует на препятствия. В перспективе парк электротранспорта позволит одному диспетчеру дистанционно управлять десятками таких машин.

Системы контроля над шахтой

Повышение безопасности на объектах — первоочередная задача. На смену традиционным методам отвода воздуха пришла автоматизированная система вентиляции. Они собирают данные с анемометров и датчиков, установленных по всей шахте, и автоматически контролируют подачу воздуха. В специальных диспетчерских центрах можно отследить параметры для каждого участка. Это помогает своевременно реагировать на опасные скопления газов.

Учёные НИТУ МИСИС разработали агрегат, который точечно воздействует на стенки скважин, помогает проводить их разрыв и развивать трещины вглубь массива, чтобы снизить риски выброса метана. Это сможет предотвратить несчастные случаи, спасти жизни шахтерам и техническому персоналу угле- и горнодобывающих компаний. Также существуют вакуумные метанодренажные установки и мобильные системы дегазации, которые забирают метан ещё до того, как он попадёт в горные выработки.

Российские компании также разрабатывают современные шахтные системы безопасности, которые составляют серьёзную конкуренцию мировым аналогам. Эти комплексы позволяют в реальном времени отслеживать концентрацию метана и других газов, уровень пыли, скорость воздушных потоков, температуру и влажность, автоматически управляют вентиляцией и оборудованием, а также обеспечивают связь и оповещение в аварийных ситуациях. Главная особенность — непрерывное определение местоположения шахтёров с точностью до метра, что жизненно необходимо в экстренных ситуациях.

Техногенные землетрясения можно предсказать

Знали ли вы, что можно запатентовать способ оценки максимально возможной магнитуды землетрясений на территориях, где происходит освоение недр и ведутся горные работы? А это уже сделано. В научном центре Горного института НИТУ МИСИС «Геодинамика и геоэкология недр» изучается реакция горного массива на техногенные воздействия. В том числе используется научная концепция, предполагающую наличие в земной коре особого слоя переменной мощности, в котором породы находятся в предельно напряженном состоянии. Понимание этих процессов имеет решающее значение для горнодобывающей деятельности и эксплуатации ресурсов.

В заключение

Сегодня шахтёрский труд уже не сводится лишь к физической работе — он становится частью большого комплекса высокотехнологичных автономных систем. Но смысл его остаётся неизменным: именно благодаря шахтёрам общество получает доступ к необходимым для повседневной жизни ресурсам. Поэтому День шахтёра — это напоминание нам с вами о том, что развитие страны невозможно без тех, кто осваивает глубины Земли, ведь каждый новый подъём к вершинам науки, техники и промышленности начинается с того, что кто-то спускается в шахту.