Frigjøring av kritiske ressurser gjennom fullstendig autonom masseutvinning

Sandvik Mining and Rock Solutions setter sammen en stabel med teknologier som er utviklet for å oppnå full autonomi i gruvemaskiner - fra strategisk planlegging til utførelse. Slik former løsningene våre fremtidens autonome gruvedrift.

Når de fleste tenker på autonome gruvemaskiner under jord, er det vanligvis fra et utstyrs- eller systemperspektiv, det vil si et område i en gruve - vanligvis i produktivitet - som opererer uten fysisk tilstedeværelse av mennesker. Slike operatøer har vært mulige en stund, og de er klassifisert som "betinget autonome" på nivå tre i GMGs modenhetsmodell for gruveautomatisering. For at en operasjon skal kunne klassifiseres som "svært" eller "helt" autonom (nivå fire eller fem i henhold til GMGs definisjon), kreves det imidlertid at operatø-ren drives uten mennesker og deres beslutningstaking.

Systemer med denne evnen klassifiseres også som "svært automatiserte" på nivå seks i henhold til GMGs modenhetsmodell for styringssystemer med korte intervaller (SIC) (se figur 1). Disse teknologiene gjør det mulig for en sentralisert koordinator å optimalisere utstyr og aktiviteter mot funksjoner som vedlikehold, gruveplanlegging og logistikk, noe som gir forbedringer i nøyaktighet, effektivitet og hastighet for koordinering av aktiviteter i hele operasjonen.

For de fleste gruver er slike operatø-rer og systemer fortsatt en ønskedrøm. Men for massedrift i gruver, som blokk- og panelhuler, er fullstendig autonom produktivitet en konkret mulighet i dag. Teknologier som kan gi betydelige fordeler, finnes allerede, og når de riktige løsningene og operatørene settes sammen, kan disse fordelene oppnås.

Figur 1: Modenhetsnivåer for styringssystemer for GMG med korte intervaller. Kilde: GMG: GMG

Kontinuerlig gruvedrift passer til full autonomi

Blokkhuler er vanligvis store anlegg med lang levetid. Den høye hastigheten, det store volumet og den repeterende karakteren til produksjonsaktivitetene - for eksempel lasting ved trekkpunkter og rampetransport med lastebiler - betyr at de egner seg godt for svært eller helt autonom drift, og det samme gjør det relativt stabile driftsfotavtrykket (selv om dette vil utvikle seg og utvides over tid). Denne stabiliteten betyr at et autonomt produksjonssystem kan settes opp og innstilles for optimal ytelse, og at det kan integreres med andre gruvesystemer og -funksjoner, for eksempel planlegging og tidsplanlegging.

I praksis kan et slikt system bestå av en flåte med autonome lastere og lastebiler som dynamisk sendes til ulike uttakspunkter og malmganger, avhengig av tilstanden i hulen i sanntid og om den er i samsvar med gruveplanen. Det kan også omfatte ekstra utstyr, for eksempel vannsprayer som opereres autonomt når støvnivået overstiger en viss terskel, eller brekkere som griper inn når det oppdages overdimensjonert materiale ved et trekkpunkt.

Til sammenligning er gruvedrift som bruker gruvemetoder som stopp på undernivå, gjerne mer dynamisk, og når autonomi innføres, vil fokuset derfor sannsynligvis være på et mindre område av driften med tanke på raskt oppsett og konsekvent drift. En lastebilsløyfe er et godt eksempel: Autonome lastebiler går i skytteltrafikk mellom lasterne og malmgangen, på en forhåndsdefinert rute med menneskelig tilsyn.

ORB-kontrollromovervåking i en blokkhule.

Ty Osborne, fungerende direktør for Global Automation Product Line and Projects, Business unit Automation i Sandvik Mining and Rock Solutions, forklarte: "Ulike gruver bruker ulike utvinningsmetoder, og egner seg for ulike nivåer av autonomi. I dag er det bare en håndfull gruver som benytter svært eller helt autonome systemer. Vi ser imidlertid at interessen for disse teknologiene øker."

"Et av våre første bruksområder for full autonomi i et masseutvinningsmiljø var i en av våre kunders blokkhulegruver i NSW i Australia. Den ble introdusert for 10-15 år siden, og når vi viste potensielle kunder hva vi hadde oppnådd der, fikk vi ofte høre "det er flott, men det vil ikke fungere i min gruve". På den tiden var ikke bransjen under det samme presset når det gjaldt knapphet på talent og produktivitet. Etter hvert som en ny generasjon ledere og arbeidere kommer til, ser vi et skifte bort fra den gamle tankegangen. Folk spør nå: "Hvordan kan vi få disse systemene til å fungere for oss?" Det er virkelig oppmuntrende.

Bygging av helt autonome produksjonssystemer

Fullstendig autonom gruvedrift krever maskinvare - autonome lastebiler og lastere - i tillegg til programvare og et pålitelig kommunikasjons- og nettverkssystem. Sandviks AutoMine® Core-tilbud er for eksempel en helhetlig autonomiplattform som gir flere nivåer av interoperabilitet for Sandviks og tredjeparts OEM-flåter. Blant de viktigste modulene er AutoMine® Fleet og Manual Production Monitoring (MPM), og AutoMine® Access Control System (ACS), som overvåker funksjonell sikkerhet. AutoMine® Traffic Management System orkestrerer flåtebevegelser, og integrering med SCADA-styringssystemer muliggjør toveiskommunikasjon med annet gruveutstyr og andre systemer, for eksempel belysning og vannsprøyter.

"AutoMine® var et av de første autonome systemene for gruvemaskiner under jord, selv om det nå også kan brukes på operatøer over bakken", sier Osborne. "Det ble opprinnelig utviklet for å automatisere lastebilflåten i en gruve i Sør-Afrika, og vi har fortsatt å bygge videre på plattformen siden den gang."

En av de nyeste funksjonene som er avgjørende for svært og fullstendig autonom masseutvinning, er den fleksible sikkerhetssonen. Dette gjør at autonomt gruveutstyr kan operere kontinuerlig i det automatiserte området, samtidig som det åpner for kryssinger med manuelt utstyr, noe som gjør det mulig for manuelt utstyr å krysse ruter med automatisert utstyr og dele tipp- eller lastepunkter. AutoLoad 2.0 ble også introdusert i juni 2023. Dette gjør det mulig for operatører å "lære" lastere ulike lasteprofiler for hvert trekkpunkt, slik at de ikke lenger trenger å hjelpe til med å laste skuffen under tømming. AutoLoad lukker i hovedsak sløyfen på autonome sykluser for produktivitet, noe som betyr at én operatø nå kan betjene fem eller seks maskiner samtidig.

AutoMine® har blitt tatt i bruk ved mer enn 20 masseuttak globalt, og ved over 100 operatøer totalt. Evolution Minings Northparkes Operation, en kobber-gullgruve, har operert sin E48-hule siden 2010 ved hjelp av elektriske lastere. Gruven produserer 6Mt/år ved hjelp av AutoMine®, og har sett betydelige forbedringer i driftskostnadene etter at systemet ble implementert. En tidligere gruve i New South Wales (NSW) i Australia bruker Sandviks MPM-løsning, som er en del av AutoMine® Core-plattformen.

"Ved denne gruven er AutoMine® integrert med den optimaliseringsbaserte beslutningsstøtteprogramvaren ORB fra Polymathian", forklarer Osborne. "Systemene kjører på en flåte av bemannede konkurrerende maskiner. AutoMine® utfører sporing av kjøretøy og materiale med høy presisjon, og rapporterer om de faktiske syklusene. ORB bruker deretter disse dataene til å forstå huletilstanden, oppdatere huletegningen og gi nye ordrer til operatøene."

AutoMine® oppnådde nylig en milepæl innen sikkerhet med over syv millioner arbeidstimer uten fraværsskader (LTI) globalt. Osborne sa at denne suksessen delvis kan tilskrives de omfattende livssyklustjenestene som Sandvik tilbyr.

"Vi tilfører ikke bare verdi til operatø-rene gjennom systemimplementeringer, men også til arbeidsstyrken ved å utvikle deres Ekspertise og selvtillit rundt autonome systemer", sier han. "Endringshåndtering og kompetanseheving er en stor del av vellykkede autonomidistribusjoner. Det sikrer at det ikke oppstår tap av produktivitet når systemet tas i bruk."

Automatisert beslutningstaking øker autonomien

I februar 2023 fullførte Sandvik oppkjøpet av Polymathian, en spesialist på industriell matematikk. Selskapet er nå en del av Deswik, som har en integrert pakke med programvareløsninger som muliggjør effektiv planlegging, planlegging og gjennomføring av gruvedrift, samtidig som det gir høyere grad av autonomi gjennom automatisert og optimalisert beslutningstaking.

Steven Donaldson, teknisk direktør i ORB, forklarer: "Automatiserte beslutningsprosesser gjør det mulig å endre måten gruvene opererer på, fordi det fjerner behovet for menneskelig beslutningstaking i funksjoner som planlegging, planlegging og ekspedering. I kombinasjon med optimaliseringsalgoritmer kan man generere den best mulige planen eller tidsplanen ut fra gruvens mål og begrensninger. Automatisert beslutningstaking kan brukes på både manuelt operatøra flåter og autonome flåter, men når det kombineres med autonomi, kan det gi imponerende gevinster når det gjelder gjennomstrømning og utnyttelse av flåten."

Han la til at denne egenskapen er eksklusiv for SIC-systemer på nivå seks, som definert i GMGs modenhetsmodell - i skrivende stund var Sandvik den eneste leverandøren som tilbyr dette.

ORB ble utviklet i 2013 av Polymathian for å hjelpe en kobber- og gullgruve i Australia med å løse en flaskehals i planleggingen. I det tilfellet var produktiviteten i gruven begrenset av gjennomstrømningen til operatø-rensemaskinene.

"Teamet ved gruven hadde allerede brukt et dynamisk planleggingssystem i dagbruddet og var på utkikk etter en lignende løsning for å øke produktiviteten under bakken", forklarer Donaldson. "Det er et helt annet problem, men vi foretok analyser for å forstå nøyaktig hva som hindret produktiviteten, og laget en optimaliseringsalgoritme som bruker sanntidsdata til å ta beslutninger om planlegging for å avhjelpe flaskehalsen og minimere nedetid.

"Systemet er integrert med AutoMine® Core's MPM-verktøy for å samle inn data av høy kvalitet om flåte- og materialbevegelser, og det betydde at vi også kunne optimalisere overholdelsen av gruveplanen. Totalt sett økte produktiviteten i gruven med 20 %, og systemet har siden blitt brukt sammen med autonome lastere."

Etter denne suksessen ble ORB tatt i bruk ved Rio Tintos Argyle-diamantgruve i Vest-Australia, der man hadde problemer med konvergens og våt muck. Problemet var ikke bare å optimalisere gjennomstrømningen, men også å sørge for at riktig materiale ble utvunnet til riktig tid for å levere en blanding som holdt primærknuseren i gang. Gruven opplevde en tonnasjeforbedring på 7 % i løpet av skiftbytter. Siden den gang har ORB også blitt rullet ut til flere steder i verden, blant annet Rio Tintos Oyu Tolgoi kobber- og gullgruve i Mongolia, der det brukes sammen med AutoMine® for helt autonom distribusjon og for å administrere grottetrekk.siden starten har ORB fått en rekke oppdateringer, og bruksområdene har blitt utvidet til å omfatte grotting på lavere nivåer og andre gruvedriftsmetoder, samt grotteblandingsfunksjoner. Verktøyet kan tilføre verdi på tre måter: ved å forbedre samsvar, forbedre gjennomstrømningen og gjennom datafangst og grotteovervåking; hver av disse kan utføres uavhengig av hverandre eller kjøres samtidig for å gi større verdi.

Muliggjør fremtidige operatøer innen grotting

"ORB og AutoMine® brukes allerede sammen", sier Donaldson. "Det er en plug-and-play-integrasjon, og det gir flere fordeler. ORB kan for eksempel sørge for automatisert utsendelse i et produksjonsmiljø for autonomt utstyr. Data kan også hentes fra Sandvik utstyr og føres inn i ORB gjennom AutoMine® for rapporteringsformål."

Etter hvert vil disse integrasjonene utvides til å omfatte andre bransjeledende løsninger og teknologier fra Sandviks portefølje. For eksempel kan Deswik.OPS, som er et verktøy for korttidsplanlegging og skiftgjennomføring som brukes av gruver som Oyu Tolgoi, integreres med AutoMine® og ORB for dynamisk styring av gropgjennomføring og -utvikling.

Ved å koble disse systemene og OPS-operatørappen sammen kan man for eksempel automatisere innsamling av data om produktivitet samt statusinformasjon om maskiner, operatører og lokasjoner. Dette vil muliggjøre svært effektiv replanlegging i alle deler av grottevirksomheten, ikke bare i produktiviteten. På lengre sikt, men like viktig, kan man også legge til løsninger for planlegging av gruveutvikling, som Deswik.Spatial, Deswik.Planning og Deswik.Caving.

Ekspertene i Sandvik AutoMine® jobber også med å kombinere systemene med Sandviks andre digitale, OEM-agnostiske løsninger, Newtrax - en produktlinje innen Business Unit Automation under divisjonen Digital Mining Technologies. Newtrax spesialiserer seg på OEM-agnostiske løsninger for sikkerhet og produktivitet for gruvemaskiner, inkludert sporing av personell og kjøretøy, nærhetsdeteksjon samt maskinhelse og produktivitet. Disse løsningene kan komme autonome massegruver til gode på flere måter.

For eksempel ved å spore personer og kjøretøy utenfor autonome produksjonsområder for å forbedre sanntidsbeslutninger om problemer som oppstår, f.eks. hvis en autonom maskin går i stykker og teknikerne ønsker å sende ut nærmeste servicemannskap for å få maskinen raskt i gang igjen. Selskapets nye kollisjonsunngåelsessystem med mulighet for kjøretøyintervensjon er også under utvikling for full integrering med AutoMine® for å muliggjøre sikker og produktiv drift mellom autonome kjøretøy og fotgjengere.

En annen vanlig hendelse i operatøraktiviteter i grotting er "hang ups" - overdimensjonerte materialer som blokkerer en stasjon eller et trekkpunkt, og som må brytes opp eller sprenges før produktiviteten kan fortsette. Ved å integrere Newtrax-teknologiene med AutoMine® og ORB, kan den nærmeste bryteren raskt identifiseres og sendes ut for å løse problemet.

"Integrasjonen av Sandviks komplette teknologipakke kan gi noen virkelig spennende muligheter innen autonomi", sier Osborne. "For eksempel kan utnyttelsen av teknologier som de fra Deswik og Newtrax bidra til å skape kontrollerte miljøer med blandet trafikk.

"Selv om Sandvik er ledende innen autonomi for gruvemaskiner under bakken, innser vi at vi sannsynligvis ikke er den eneste leverandøren som jobber i en blokkhule. Målet vårt er å skape en interoperabel, fullstendig autonom gruvedriftsplattform med ende-til-ende-optimalisering, fra planlegging til utsendelse og utførelse. Gjennom denne visjonen legger vi grunnlaget for de neste 20-30 årene med trygg og bærekraftig produktivitet innen mineraler og metaller."

Donaldson er enig: "Grottene som utvikles i dag, er varmere, dypere og mer geoteknisk utfordrende enn noen gang tidligere. Full autonomi er det som vil gjøre operatø-rene gjennomførbare, ikke bare med tanke på sikkerhet og produktivitet, men også økonomisk. Dette er muliggjørende teknologier i så måte."

Tekst: Mutale Chilufya
Bilder: Sandvik Assets
Publisert: 2024

Trenger du hjelp?

Snakk med ekspertene våre om hvordan vi kan hjelpe deg i dag

Ta kontakt med oss