Цифровые шахты — технологии пошли вглубь?

Центр социального проектирования «Платформа» совместно с компанией Schneider Electric в 2019 году провёл исследование российского рынка интернета вещей (IoT). Для визуализации результатов эксперты составили так называемую воронку цифровизации.

В глубине воронки расположились самые технологичные отрасли промышленности в России. Среди них телекоммуникации, интернет, банковские и финансовые услуги. Так как направление IoT неотделимо от понятия цифровизации, можно сделать вывод, что эти секторы максимально цифровизированы.

А как же обстоят дела с добывающей промышленностью? Это одна из крупнейших отраслей в стране, и Россия занимает одно из ведущих мест в мире по добыче и экспорту полезных ископаемых. Кажется, что уж этот сектор должны оснастить технологиями и инновациями по максимуму.

Но, согласно «воронке», горнодобывающий сектор и металлургия находятся лишь в середине графика. Выше расположились только наименее цифровизированные направления, такие как ЖКХ, здравоохранение и сельское хозяйство.

То, что отрасль находится в списке отстающих, считают и эксперты аудиторской и консалтинговой компании Pricewaterhouse Coopers International Limited (PwC).

«Хотя инвесторы и заинтересованные стороны ценят усилия горнодобывающих компаний по повышению эффективности и достижению высоких результатов, очевидно, что они обеспокоены отставанием отрасли там, где речь идёт о факторах, которые традиционно не были в центре внимания горнодобывающего сектора.

К таким факторам относятся методы сокращения выбросов, инвестирование в развитие передовых технологий и цифровизацию, более активное взаимодействие с потребителями и построение бренда», — говорится в исследовании «Горнодобывающая промышленность. Ресурсы для будущего», проведённом в 2019 году.

Однако наши специалисты всё чаще начинают говорить об элементах автоматизации в добыче, умных карьерах и в том числе о цифровых шахтах. Но всем известно, что одно дело говорить и совсем другое — делать.

Насколько за прошедший 2019 год консервативная горнодобывающая отрасль продвинулась в вопросе внедрения новых технологий? Стало ли цифровых шахт больше или пока они существуют только в планах? Попробуем разобраться в этих вопросах.

Шахта – цифровая или «умная»?

Однако прежде чем говорить о ситуации в целом, хорошо было бы банально понимать, что собой представляет цифровая шахта? В интернете часто используется и словосочетание «умная шахта». Эти понятия синонимичны или всё же имеют разные значения? К чему добывающая отрасль должна стремиться?

В принципе, понятие «цифровая шахта» возникло не из воздуха.
Ещё летом 2018 года правительство России утвердило программу «Цифровая экономика Российской Федерации» (от 28.07.2017 № 1632‑р).

По предложению Минэнергетики в программу интегрировали направление «Цифровая энергетика». Одна из его задач — реализация принципов экономической целесообразности и повышение доступности энергетической инфраструктуры и распределённой энергетики.

Также реализация направления «Цифровая энергетика» к 2022 году предполагает создание единого информационного пространства, на основе которого планируют внедрить технологии и решения для цифровой трансформации в электроэнергетике, нефтегазовом комплексе и — внимание — в угольной промышленности. И именно в последнем пункте возникает проект «цифровая шахта».

И задачи этого проекта:

• стимулирование дальнейшего развития многофункциональной системы безопасности (МФСБ) для угольных шахт;
• разработка концепции и проекта федерального закона, регулирующего использование блокчейна.

Но это лишь задачи, из которых можно выделить пару характеристик, а не полноценное определение.

Как оказалось, в терминологии не уверены даже опытные отраслевики. В октябре 2018 года на круглом столе по вопросам автоматизации и роботизации шахт Кемерово затронули этот момент.

Специалисты из местного Института угля ФИЦ УУХ СО РАН описали концепцию роботизированной шахтной крепи, «которая сама шагает в очистном забое и при добыче угля с мощных пластов ориентируется на окружающий горный массив».

Бизнес упоминал также безлюдные технологии, экологический контроль и так далее.

Научный сотрудник Института угля Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН Михаил Никитенко тогда подчеркнул необходимость уточнения таких понятий, как «умная» и «цифровая шахта». Это поможет в том числе и эффективнее взаимодействовать с предпринимателями, добытчиками и властями.

Видение практиков

Пока что ситуация осталась неизменной. Чёткого определения, прописанного законодательно, по-прежнему нет, а словосочетание «умная шахта» воспринимается как синоним «цифровой». Возможно, потому, что пока, к сожалению, в России не так много шахт, где бы подобные технологические чудеса реализовали на практике.

Однако те компании, которые уже ввели некоторые новшества на своих предприятиях, представляют, в какую сторону следует двигаться.

«Единого понятия нет. Есть вектор развития, направленный на цифровизацию процессов, отвечающих за эффективную работу в шахте. Цифровизация подразумевает цифровые модели рудников, которые используются для подсчёта объёмов, планирования выработок, моделирования различных ситуаций. В настоящий момент сложно привести пример работающего цифрового рудника, так как технология применяется частично в разном процентном соотношении», — высказал мнение технический директор ООО «Альфасканер» Юрий Гаврилин.

«Полностью устоявшихся определений терминов «цифровая шахта», «умная шахта» на сегодняшний момент нет. Кроме того, сам термин «умная шахта», наверное, не очень корректный, поскольку как минимум непонятно, как же тогда называть все другие объекты.

Чаще всего под «цифровым» понимают предприятие, которое использует современные инновационные технологии. Например, цифровые двойники, мобильные технологии, интернет-вещей, виртуальную и дополненную реальность, машинное обучение и искусственный интеллект. При этом в общем случае считается, что данные становятся основным активом организации. Системы АСУТП на многих предприятиях существуют очень давно, и за это время накоплен огромный массив технологических данных, но зачастую он плохо структурирован и мало используется.

Так вот, под термином «умная шахта» можно понимать цифровые предприятия, которые активно используют технологии искусственного интеллекта на основе накопленных данных и математических моделей объекта для принятия решений», — уточнил заместитель главного инженера по электротехнике, КИП и автоматизации ОАО «Уралмеханобр» Андрей Дементьев.

Первые шаги сделаны — пусть не определение, но законодательное упоминание есть, научное сообщество не сидит без дела, а бизнес постепенно начинает применять в шахтах некоторые технические новшества для оптимизации добычи.

То есть пока что «цифровая шахта» — это концепция будущего, но мы уже стоим на пороге этой более технологичной эры в горной добыче.

В таком случае следующий вопрос — какие этапы и процессы работы сегодня в первую очередь цифровизируют в шахтах?

Безопасность шахты — скованные одной сетью

Конечно, в первую очередь стараются с помощью новых технологий повысить уровень безопасности.

Горнодобыча была одной из самых опасных отраслей и ею остаётся.

Конечно, во многих авариях удаётся избежать пострадавших, но при слове «шахта» многие тут же будут вспоминать, как взрывы метана унесли десятки и сотни жизней во многих странах мира.

Конечно, сегодня рудники и штольни оборудуют целой сетью различных датчиков: одни отслеживают уровень метана, другие, реагируя на движение, включают и выключают технику.

Однако многие добытчики отмечают, что производители у этих инновационных продуктов разные, из-за чего агрегаты часто не получается «связать» между собой.

Поэтому специалисты стремятся, чтобы в цифровых шахтах все технологии объединялись в одну общую сеть.

Совместный проект по внедрению цифровые технологии на своих рудниках сейчас реализует канадская горнодобывающая компания Goldcorp и консалтинговая и цифровая компания Accenture.

«Безопасность в нашей компании стоит на первом месте. Мы должны сделать работу в местах добычи настолько безопасной, чтобы нам не было страшно за членов наших семей, если они захотят туда устроиться.

Концепция «подключённой» шахты очень хорошо зарекомендовала себя в отрасли: соединить в одну сеть все устройства в компании и попробовать более качественно анализировать данные.

Находясь в безопасном месте, можно как осуществлять мониторинг аварий, так и дистанционно управлять операциями по добыче на глубине нескольких километров.

Я хочу, чтобы мы стали первой горнодобывающей компанией, которая перевела всю свою инфраструктуру, все серверы, все системы на облачные технологии», — об этом в видеопроекте на официальном сайте Accenture заявил вице-президент по информационным технологиям компании в Goldcorp Луис Канепари.

Организация развернула на своих рудниках в Аргентине систему, включающую в себя инфраструктуру коммуникаций и обработки данных. Она объединила существующую корпоративную сеть Wi-Fi с технологиями определения местоположения и газоизмерительными приборами для удалённого мониторинга работников, оборудования и качества воздуха в руднике.

Над похожими проектами работают и отечественные специалисты.

После введения в действие в 2016 году статьи 6 ГОСТ Р 55154-2012 «Оборудование горно-шахтное. Системы безопасности угольных шахт многофункциональные. Общие технические требования» значительно повысились качество и функциональность многофункциональных систем безопасности (МФСБ) в шахтах.

Наиболее эффективные МФСБ должны, согласно международным стандартам:

• непрерывно передавать данные о местоположении персонала, в том числе отображать скорость и направление движения сотрудника;
• передавать данные автоматически через определённый промежуток времени (чаще всего каждые 5 секунд), исключая человеческий фактор;
• должны быть автономными, способными функционировать в случае аварии;
• интегрироваться со стационарными средствами измерения и диспетчерским пультом (сведения с индивидуальных и стационарных устройств должны сверяться);
• обеспечивать двустороннюю связь;
• при необходимости выполнять дополнительные функции (проводить аэрогазовый контроль, замерять уровень концентрации метана, кислорода и оксида углерода, вести видеонаблюдение);
• подавать сигнал опасности в случае аварии;
• быть безопасными и простыми в обслуживании и управлении.

IT и автоматизация в шахте

«Безопасность и оптимизация всегда идут в ногу друг с другом. Визуализация процессов производства благотворно влияет на все параметры технологического процесса, снижая риски», — отметил Юрий Гаврилин.

Многие добытчики сходятся в этом моменте. Даже в XXI веке многие сложные операции на опасных участках месторождений выполняют люди. Автоматизация некоторых этапов добычи повысила бы не только уровень безопасности, но и в принципе эффективность добычи.

«В тех компаниях, которые внедряют у себя цифровые технологии, со временем повышается выручка и снижаются затраты», — указано в исследовании «Горнодобывающая промышленность. Ресурсы для будущего» от аудиторской и консалтинговой компании PwC.

Так считают и авторы программы «Цифровая энергетика», о которой мы говорили выше. По их мнению, внедрение цифровых технологий должно обеспечить прирост добычи угля подземным и карьерным способом на 5–7% к 2024 году.

А куда более серьёзные эффекты от автоматизации некоторых процессов планирует получить «Норильский никель».

Компания уже запустила операционные диспетчерские центры на трёх своих рудниках — «Октябрьском», «Комсомольском» и «Таймырском».

Как отмечают представители «Норникель» на своём сайте, так называемые интеллектуальные цифровые рудники за счёт оптимизации процессов управления и планирования горными работами позволят увеличить производительность горных подразделений до 10%.

Также предприятие внедрило самостоятельно разработанное ПО «Декадно-сменный график». Софт позволил отказаться от нецентрализованного подхода и ручного планирования на отдельных участках шахт рудников.

Программа автоматически распределяет объём работ и оборудования по выработкам и сменам с учётом цикличности процесса и заданных исходных данных.

Компания также работает над проектом «Автоматизированная система управления горными работами» (АСУ ГР). Он позволит получать данные о выполнении сменного задания в режиме реального времени. На погрузочно-доставочные машины, самоходные буровые установки, анкероустановщики и подземные электровозы будет установлено навесное оборудование.

До конца 2020 года компания также цифровизирует ещё два рудника — «Скалистый» и «Маяк».

Общая стоимость инвестиций в оборудование операционных центров на всех пяти рудниках — 400 миллионов рублей.

Сумма немаленькая, но преимуществ просматривается много. И объяснить эффективность таких мер можно очень легко.

«Прежде всего следует отметить, что под словом цифровизация подразумевается множество различных технологий. Часть из них повышает безопасность, другие направлены на повышение эффективности, а некоторые решают обе задачи одновременно.

Например, применение систем дистанционного управления подземным транспортом повышает безопасность по причине того, что управление осуществляется с поверхности, и риски, связанные с пребыванием в шахте людей, исключаются. Также повышается эффективность работы по причине снижения потерь времени на спуск и подъём. Кроме того, автоматизированная система гораздо быстрее управляет техникой, уменьшается износ, снижаются затраты на ремонт, а риск повреждения значительно снижается.

Другой пример — это «умная вентиляция», или вентиляция по требованию. Эта технология также решает обе задачи. С одной стороны, установка множества датчиков в подземном руднике позволяет точно отслеживать состояния воздуха, с другой стороны, на основании собираемой в реальном времени информации осуществляется управление системой вентиляции, что приводит к сокращению затрат на электроэнергию. Поскольку затраты на систему вентиляции могут достигать до 30% общих затрат на электроэнергию, то эффект может быть очень существенным», — пояснил Андрей Дементьев.

Также можно значительно ускорить процесс геологоразведки, проектирования и строительства ГОКа. В этом добытчикам могут помочь технологии 3D-сканирования и цифрового моделирования, благодаря которым возможно создание виртуального двойника месторождения, рудника или ГОКа.

И, конечно, значительно снизит влияние человеческого фактора и уменьшит вероятность ошибок внедрение роботов и беспилотников в шахтах. Техника способна работать в непростых условиях шахты без устали и снижения реакции.

Это доказал бренд Volvo, ещё в 2016 году впервые протестировав свой беспилотный автомобиль в шахте Кристинеберг на севере Швеции.
Грузовик пустили по узкому, длинному и тёмному тоннелю. И он не только успешно проехал этот промежуток, но и самостоятельно остановился в считаных сантиметрах от шахтёра, который стоял в конце маршрута.

Путь цифровизации по миру

«Многие международные компании активно используют цифровые технологии для повышения эффективности и безопасности.

Например, компания Boliden на своём цифровом руднике Garpenberg в Швеции запустила в промышленную эксплуатацию множество современных технологий. Рудник эксплуатирует дистанционные и автоматические системы управления погрузочно-доставочной техникой, буровыми станками, систему «умной вентиляции». На всех горизонтах рудника развернули беспроводную сеть передачи данных, персонал активно использует защищённые мобильные устройства для ввода и получения информации. У реального месторождения имеется его «цифровой двойник».

Все системы рудника передают информацию в централизованное хранилище данных, а управляет всеми процессами единая система управления. Основные работы по развёртыванию указанных выше систем были завершены в 2014 году, с тех пор специалисты рудника активно дорабатывают систему и повышают её интеллект.

Из известных и ближайших к России цифровых рудников стоит отметить рудник Kemi, который расположен на севере Финляндии и принадлежит компании Outokumpu.

В Канаде на руднике Casa-Berardi по добыче золота в суровых климатических условиях компания Hekla Mining также реализовала интеграцию множества цифровых технологий в единую систему.

И это далеко не полный перечень объектов.

Также хотелось бы отметить Австралию. Первые системы дистанционного управления подземным транспортом получили широкое распространение именно в этой стране. С тех пор множество австралийских предприятий активно используют дистанционное и полностью автоматическое управление транспортом. Кроме того, в Австралии принято множество нормативных стандартов по этой теме, которые теперь используют во всём мире. Например, австралийский стандарт по системам дистанционного управления горным оборудованием, первая редакция которого вышла в 1994 году.

В России практически все крупные холдинги двигаются в этом направлении, например, ОАО «УГМК», ПАО «Норильский никель», ПАО «Алроса» активно внедряют различные проекты в сфере цифровизации», — дополнил Андрей Дементьев.

Безусловно, многие отраслевики всё равно какое-то время будут настроены скептически. Не только из-за немалой цены таких технологий, но и из-за типичной проблемы человеческих предубеждений. С одной стороны, люди не готовы переучиваться, а с другой — они банально боятся потерять работу из-за беспилотников и виртуальных моделей.

Однако глобальную безработицу предсказывали и тогда, когда появились банкоматы. А в итоге количество кассиров в банках выросло в два раза, а также привело к возникновению абсолютно новых профессий.

Можно сделать вывод, если добытчики и другие специалисты, связанные с этой отраслью, проявят интерес к цифровизации и будут готовы в неё инвестировать, то масштабный охват не заставит себя долго ждать.

ЭКПЕРТ

«Наша компания занимается реализацией и интеграцией современных 3D-сканирующих устройств. Эти решения позволяют оперативно получать 3D-информацию о различных объектах. Применительно к добывающим предприятиям это могут быть объекты критической инфраструктуры, склады, выработки, шахты и т. д. Полученные данные позволяют создавать цифровые модели реальных объектов для анализа, планирования, обучения, оптимизации процессов и предотвращения потерь.

Интеграция данных в систему происходит посредством создания и импорта каркасов объектов, построенных из облаков точек, получаемых со сканирующих систем. Точные и объективные данные — это главные элементы процесса цифровизации предприятия».

В ПЛАНАХ

В феврале 2020-го Правительство России утвердило стратегию развития угольной промышленности до 2035 года.

В рамках программы предусмотрено создание центров цифровых компетенций, включая дальнейшее развитие функциональности комплексов «Умная шахта», «Интеллектуальный карьер», «Интеллектуальный транспорт» и «Центры управления». В результате производительность оборудования на шахтах и разрезах планируется нарастить в 1,8 раза, а производительность труда занятых в основном производстве увеличится в 3–4 раза.

Также планируется снизить численности пострадавших при добыче угля в 4 раза.

ЭКСПЕРТ

«Наш институт при разработке проектной и рабочей документации использует самое современное программное обеспечение, позволяющее помимо классических чертежей передать заказчику ещё и цифровую модель. Для геологического моделирования и горного планирования используются программные продукты Micromine и Surpac, модель вентиляции разрабатывается с применением продукта «Аэросеть», для разработки имитационной модели используется AnyLogic, непосредственно документация разрабатывается с применением BIM-технологий.

Весь этот комплекс программного обеспечения позволяет создать полноценную цифровую модель будущего рудника, которая будет использоваться на последующих стадиях жизненного цикла объекта. С другой стороны, использование моделей позволяет быть полностью уверенным в правильности конкретных проектных решений и быстро просчитывать различные варианты.

Самое главное для работы цифрового предприятия — это структурированные данные, которые должны быть собраны в едином хранилище с возможностью быстрой обработки для принятия решений. Поэтому при интеграции различных элементов именно на работу с данными следует обращать особое внимание.

Наша компания при разработке документации в различных программных продуктах придерживается единых подходов в наименовании объектов, что позволяет легко интегрировать документацию в единую цифровую модель».

К СЛОВУ

На ПАО «Северсталь» в декабре 2019-го запустили пилотный проект по внедрению электронных книг выдачи нарядов (ЭКВН). На основе сведений, полученных от МФСБ, ЭКВН будет предоставлять информацию о перемещениях и местоположении каждого сотрудника. Данные будут отображаться на виртуальной карте выработок. Также система будет регистрировать время отметок работника на контрольно-пропускных пунктах.

ИСПЫТАНИЯ

Реализация направления «цифровая энергетика» предполагает к 2024 году достижение комплексного количественного результата для отраслей ТЭК по направлениям:

• повышение уровня обмена данными и принятия управленческих решений в цифровой форме;
• многократное увеличение количества объектов генерации и сетевого комплекса, осуществляющих обмен данными в реальном режиме времени;
• повышение коэффициента извлечения нефти при снижении операционных затрат;
• увеличение добычи угля;
• внедрение роботизированной техники;
• повышение уровня технического состояния, автоматизации и наблюдаемости сети;
• развитие городской инфраструктуры для электротранспорта и накопления энергии;
• развитие «умных» контрактов.

Текст: Мария Бобова