Применение беспилотных технологий в золотодобыче – Часть 1

Беспилотные технологии уже перестали быть экзотикой во многих отраслях человеческой деятельности. При этом у многих все еще существует стереотипное представление о том, что в геологии, горнодобывающей промышленности, а уж тем более в золотодобыче, все еще существует воспетая множеством писателей, поэтов и журналистов романтика.

Золотодобыча обычно ассоциируется у нас с тайгой или суровыми пейзажами Крайнего Севера, бурными реками, брутальными старателями с киркой, лопатой и лотком для намывки золота. Книга и фильм «Территория» довольно точно передают атмосферу этой нелегкой работы. И хотя применительно к некоторым случаям такой образ еще подходит, но в основном многое в технологиях золотодобычи и производства драгоценного металла уже сильно изменилось.

В XX веке появилась промышленная добыча и производство благородного металла, который стал необходим не только финансистам и ювелирам, но и производителям полупроводников и другой высокотехнологичной продукции. Однако в помощь к самосвалам, экскаваторам и другой традиционной для прошлого века техники пришли новейшие методы и технологии, включая беспилотные. Об этом мы и поговорим.

Добыча и производство золота в мире: современное состояние

В последние годы мировой рынок добычи и производства золота пережил маленькую революцию. Если в начале 2000-х годов лидером в этой области была Южная Африка, то по данным на 2021 года ЮАР (основной поставщик золота и алмазов из этого региона) оказалась даже не в первой десятке. Лидером золотодобычи стал Китай. В настоящий момент десятка лидеров (на долю которых приходится более 60% производства) выглядит следующим образом (цифры указывают количество тонн золота, добываемого в год):

1. Китай – 368.3
2. Российская Федерация – 331.1
3. Австралия – 327.8
4. США – 190.2
5. Канада – 170.6
6. Гана – 138.7
7. Бразилия – 107.0
8. Узбекистан – 101.6
9. Мексика – 101.6
10. Индонезия – 100.9

При этом во многом за счет Китая Азия стала региональным лидером в производстве золота: почти четверть мирового объема добычи и переработки.

Беспилотные технологии и цифровизация золотодобычи

Золотодобывающая промышленность, являющаяся частью горнодобывающей отрасли, часто сталкивается со стереотипными обвинениями в том, что здесь слишком медленно внедряют передовые технологии. Это в корне не верно. Речь идет не только о модных сегодня идеях снижения выбросов, но и применении передовых технологий вроде искусственного интеллекта, беспилотников и цифровизации бизнес-процессов.

Международная практика свидетельствует, что беспилотники (наземные и летающие) как раз относятся к той сфере, где золотодобывающие компании проявляют большой энтузиазм и охотно внедряют беспилотные технологии в свои производственные процессы. Применяют их в самых разных сценариях:

• управление материально-техническими ресурсами,
• контроль качества производства,
• мониторинг инфраструктуры, включая дороги и подъездные пути к местам добычи и производства,
• мониторинг горных работ,
• мониторинг хвостохранилищ.

Специалисты, хорошо знакомые с беспилотными решениями, вам скажут, что во многих ситуациях дроны показали себя полезным инструментом получения точной и объемной информации. И уровень количества и качества получаемых с БПЛА данных существенно превосходит то, что позволяют собрать традиционные подходы и методы.

Самый очевидный и понятный многим пример: создание топографических, контурных карт и трехмерных моделей. Используя дрон, соответствующее оборудование и ПО, вы можете получить качественные, детализированные и точные снимки. При этом по скорости обработки, себестоимости и качественным характеристикам они будут превосходить данные, собранные с обычных летательных аппаратов.

И это далеко не все. Изначально именно мониторинг (наблюдение и анализ с воздуха) являлись основной миссией, которую выполняли в золотодобыче и шире в горной промышленности беспилотные летательные аппараты. Однако по мере развития беспилотных технологий в целом и формирования целой среды вокруг них стало возможно говорить и о новых методах применения инноваций.

Зарубежный опыт показывает, что внедрение беспилотных технологий происходит несколько иначе, чем цифровых технологий в целом, если мы говорим о золотодобыче, как подотрасли горнодобывающей промышленности. Цифровизация, как правило, внедряется по инициативе руководящих органов компаний (в том числе в рамках общенациональных проектов по цифровизации, которые реализуются не только в Российской Федерации). Что касается внедрения беспилотников и связанных с ними решений, то часто инициаторами выступают отдельные рудники и участки (в России такие случаи тоже имеются).

В чем заключается преимущество частной инициативы? Дело в том, что каждая компания (или предприниматель), начавшая использовать БПЛА у себя на разработках, получает бесценный практический опыт, которым можно поделиться с коллегами. Разумеется, встречаются случаи, когда менеджмент крупной золотодобывающей компании принимает решение о внедрении беспилотных технологий решений. Но обычно такие инициативы базируются на уже имеющихся успешных примерах эксплуатации БПЛА и всей связанной с ними инфраструктуры (программных решений, компьютерного обеспечения, специальных инструментов в виде полезной нагрузки на летательные аппараты и т.п.).

Преимущества применения беспилотников в золотодобыче: зарубежный опыт

Беспилотные решения показали свою эффективность на рудниках с технологией открытой добычи. Какие же факторы сыграли в пользу новых решений и побудили специалистов расширять парк БПЛА? Назовем несколько обстоятельств, актуальных для зарубежного опыта.

• Сравнительно мягкие требования законодательства.

Например, в Австралии, входящей в десятку лидеров золотодобычи, правительство разрешило с сентября 2016 года коммерческую эксплуатацию БПЛА весом до 2 кг без лицензии. Это практически моментально сделало страну одним из лидеров по применению беспилотных технологий в золотодобыче. И это подтверждается также новыми образцами промышленного оборудования для беспилотников, рассчитанных к применению в горном деле. А вот в США и ЕС ситуация иная. Здесь действуют строгие правила по сертификации пилотов и ряд других требований, ограничивающих применение передовых технологий.

• Массовое производство беспилотных летательных аппаратов и специализированного оборудования

В современной горнодобывающей промышленности, включая золотодобычу, применяются два типа БПЛА: с неподвижным крылом и мультикоптеры. При этом первый тип был популярен во время «первой волны» распространения беспилотных технологий в золотодобыче. Из-за сравнительной дороговизны таких аппаратов чаще всего их можно встретить в крупных золотодобывающих компаниях (причем как за рубежом, так и в России).

Хотя у БПЛА с неподвижным крылом имеются важные преимущества вроде большого диапазона действия и мощности (влияет и на уровень полезной нагрузки), их недостатки – высокая цена, невысокая надежность и проблемы с технической поддержкой – стали препятствием для распространения в мелких компаниях и у отдельных предпринимателей. И тогда важную роль сыграло появление сравнительно недорогих и массовых мультикоптеров.

В частности, многие зарубежные золотодобытчики в 2017 году обратили внимание на квадрокоптер DJI Phantom 4 (и его более поздние модификации). Это был аппарат скорее любительского, массового класса. Однако при весе в 2 кг, вполне приличной камере и возможности держаться в полете почти полчаса (28 минут) такой аппарат мог обработать 1 квадратный километр участка менее чем за час. Наличие запасного аккумулятора решало проблему с облетом более крупных производственных зон.  

Массовые мультикоптеры, особенно производства DJI, с их разнообразной полезной нагрузкой, мощными двигателями, а также с простотой управления и технического обслуживания стали спасением для небольших компаний и мелких предпринимателей – золотодобытчиков, которые не могли позволить себе затраты на более крупные аппараты. К тому же разница в результатах получения и обработки данных оказывалась не слишком большой.

Разумеется, процесс освоения массовых моделей беспилотников не говорит о том, что компаниям стали не нужны тяжелые промышленные дроны или БПЛА с неподвижным крылом. Они активно используются, но, как и в России, в отношении этих моделей часто больше ограничений и требований, чем в отношении более легких любительских серий. За рубежом много высокопроизводительных легких дронов оказываются вполне доступными для небольших компаний (стоимость их зачастую менее 2000 долларов США). И этого вполне хватает для выполнения не только мониторинговых миссий, но и более сложных задач. Даже крупные компании вроде известной BHP Billiton предпочитают активно применять беспилотники, экономя на этом миллионы долларов в год за счет большей эффективности новых инструментов.

• Высокий уровень точности и доступности

Дроны могут весьма эффективно собирать большой объем данных с участков самых разных параметров. При этом беспилотные решения можно интегрировать в различные этапы рабочего процесса и выполнять исследования для самых разных целей.

При этом, как показывает практика, получить результаты высокого качества не так уж и сложно и построить на основе собранных данных точные фотограмметрические модели с использованием беспилотников и наземных контрольных точек. Значительно облегчает подобную процедуру появление массовых моделей коптеров, которые либо изначальное оснащены модулем RTK, либо их конструкция позволяет установить такие модули (часто эти модули выпускаются самими производителями дронов, как например, у DJI). О том, как и где можно применять RTK, мы уже говорили в одной из статей.

• Возможность широкого использования визуальных данных

Результаты исследований, полученных с помощью беспилотников, оказываются более точными по сравнению с аналогичными данными, полученными с других летательных аппаратов. Наряду с этим следует отметить, что выполнение исследований на руднике с помощью БПЛА гораздо безопаснее по сравнению как с наземными методами, так и методами аэрофотосъемки с обитаемых летательных аппаратов. Помимо безопасности в пользу беспилотных решений играет и фактор экономичности, о чем уже говорилось выше.

Но еще более важным является то, что БПЛА позволяют получить подробную и доступную визуализацию важных для заказчика (пользователя) данных. Простота интеграции беспилотных технологий в рабочий процесс обеспечивает эффективное взаимодействие специалистов самого разного профиля. Можно легко наладить передачу данных в реальном режиме времени между полевыми специалистами (пилотом или пилотами) и сотрудниками, которые находятся в офисе. В результате, повышается уровень координации и качество управления проектом, и даже очень большой объем работ выполняется гораздо быстрее и качественнее.

• Больше возможностей для эффективной организации работы предприятия.

Чаще всего золотодобывающие компании предпочитают использовать беспилотники на одном-двух объектах. Нередко это связано с тем, что ни руководство, ни рядовые сотрудники пока не знают всех деталей и возможностей эксплуатации передовых технологий. Однако могут быть и другие причины. И именно в этом моменте руководящему составу компании нужно понять все возможности повышения производительности и эффективности компании и обратить на них пристальное внимание.

• Эффективность использования данных в золотодобыче

На руднике, как и во многих других промышленных сферах, ценятся подробные, актуальные данные самого разного рода. Они помогают отразить реальное состояние всех объектов и отладить эффективное взаимодействие различных подразделений и служб. При этом, как показывают примеры многих компаний, растет эффективность и объемы такого взаимодействия.

Важно, что беспилотные технологии позволяют избегать частого посещения сотрудников различных участков. Это позволяет сосредоточиться на решении приоритетных вопросов. Нередко такое преимущество позволяет повысить безопасность труда и избежать ненужных рисков для рабочих и руководителей. Ряд операций во время таких процессов, как планирование, строительство и рекультивация рудника, возможно осуществлять дистанционно (например, проектирование, мониторинг и контроль).

Перечисленные преимущества – это далеко не все. Многие компании золотодобывающего сектора отмечают и другие позитивные изменение: повышение координации между службами, точные данные повышают доверие в компании к сотрудникам, акционеры и другие заинтересованные лица также видят объективную картину, что способствует улучшению климата в организации и росту инвестиций в развитие проектов.

Какие виды работ можно выполнять на руднике с помощью беспилотников

Преимущества применения беспилотников очевидны. Но что конкретно можно поручить команде операторов или подразделению, которое отвечает за применение беспилотных решений? Отчасти этот вопрос уже затрагивался, но остановимся на некоторых важных моментах подробнее.

• Добыча и управление материально-техническими ресурсами.

Это самая известная сфера применения беспилотников в горной добыче в целом, и в золотодобыче в частности. Примеров такого рода много. И ранее мы уже рассказывали о них применительно к различным компаниям горнодобывающего сектора. Тем не менее, стоит привести еще один.

В Австралии, где отрасль золотодобычи относится к одной из наиболее развитых, компании давно стали применять беспилотники для регулярного мониторинга объектов. В частности, на рудниках Западной Австралии беспилотные миссии выполняются на ежедневной основе. Основными задачами таких полетов является сбор данных об объектах для контроля качества руды. Это позволяет избегать направления сотрудников на места, откуда сырье поступает на переработку. Тем самым существенно экономится время и трудовые ресурсы, повышается безопасность труда сотрудников.

• Постоянный контроль и мониторинг показателей выполнения проекта

Установка LiDAR-ов на борт дрона позволяет использовать БПЛА для выполнения таких непростых операций, как измерение и обеспечение соответствие краев карьера. Беспилотники помогают сократить использование сотрудников для таких работ и поддерживать эффективный производственный режим.

А наличие специального программного обеспечения и систем хранения данных, включая облачные, помогает настроить автоматический мониторинг и автоматический процесс отчетности по различным операциям. Например, для тех, кто активно эксплуатирует промышленные дроны DJI, помощником станет платформа DJI FlightHub и некоторые другие специализированные приложения.

• Постоянный контроль за охраной труда, технической безопасностью и оптимизация.

Беспилотные технологии помогают осуществлять получение данных в реальном режиме времени или с минимальной задержкой. В результате, обновление данных происходит чаще, что способствует повышению качества контроля объектов рудника. Показатели постоянно обновляются, а программы помогают сравнивать текущие параметры с прежними. Это крайне важно для мониторинга состояния различных важных объектов: карьерных дорог (уклон, ширина), откосов и плоскостей карьера. Особенно полезными будут беспилотные решения для мониторинга объектов в труднодоступных или вовсе недоступных местах.  

• Экологические нормы и соблюдение норм в отношении окружающей среды

Требования экологического характера постоянно повышаются. Особенно это видно на примере политики по снижению выбросов углекислого газа, требований по безопасной переработке отходов и защите дикой природы. Дроны уже не первый год успешно применяются для решения таких задач в самых разных отраслях деятельности.

В золотодобыче беспилотники могут и уже выполняют миссии в рамках решения задач по управлению материально-техническими ресурсами, проведения работ с отвалами и грунтами. При этом практика свидетельствует, что активное и рациональное применение дронов позволяет существенно снизить расходы на выполнение этих операций.

Например, обычно большую сложность по времени и затратам занимает операция по подсчету верхнего слоя грунта на расчищенных участках. С помощью беспилотника такой процесс может занять считанные секунды. При этом нет необходимости направлять на объект сотрудника с оборудованием, для которого эта задача будет непростой и займет не один час. При этом данные с беспилотника позволят создать более полные и объективные карты и другие визуальные данные, которые можно обновлять на регулярной основе и в более короткие сроки. Это крайне важно для решения критически важных производственных вопросов.

• Мониторинг хвостов и отходов добычи

Это один из наиболее опасных и сложных видов работы в золотодобыче. И здесь беспилотники помогают существенно облегчить выполнение операций по получению актуальных и точных данных на регулярной основе. С их помощью можно выполнять мониторинг происходящих изменений и соблюдать плановые показатели. При этом операции также будут занимать намного меньше времени и снижать непосредственное участие персонала в выполнении сложной и длительной по срокам работы.

• Выполнение взрывных работ и работ по обслуживанию карьера

Взрывные работы часто сопряжены с риском отказа и риском для безопасности сотрудников. Например, если произошел отказ, то на участок нужно направить людей для выяснения причин неудачи и исследования объекта. Все это можно оптимизировать с помощью беспилотных решений. Дрон может собрать необходимые данные, которые позволят правильно и точно запланировать взрывные работы. Расчеты станут более точными, а работа сотрудников более безопасной. Исследование взорванного материала также можно выполнить дистанционно с помощью беспилотника. Современное бортовое оборудование также способно помочь сопоставить и проанализировать объемы материала до и после взрывных работ.

• Помощь сотрудникам при ориентировании на месте

Речь идет не только о составлении точных карт рудника и отдельных участков. Специалисты должны хорошо понимать ситуацию на каждом участке, знать опасные зоны и другие важные моменты. Составленные при помощи дрона и регулярно обновляемые точные карты, в том числе трехмерные, позволяют быстро вводить в курс дела и инструктировать как опытных, так и вновь прибывших специалистов. Многие операции можно выполнять дистанционно, наблюдая за ними с помощью монитора в офисе или с места управления БПЛА.

Заключение

Показанные примеры применения беспилотных технологий в золотодобыче свидетельствуют, что в производственных и бизнес-процессах этот вид передовых технологий способен выполнять самые разнообразные задачи. Стереотипное представление о дронах обычно сводит их функции только к съемке с воздуха и мониторингу, однако, как хорошо видно по вышеприведенным данным, золотодобывающие компании смогли пойди гораздо дальше и с успехом применяют летательные аппараты, оборудование для них и специализированное ПО не только для мониторинга с воздуха, но и составления карт местности, измерения хвостов и карьеров, проектирования и строительства объектов добычи, включая необходимую инфраструктуру. Получаемые данные могут использовать не только узкими специалистами, но и другими заинтересованными лицами.