Як системи автоматизації змінили виробництво буровибухових робіт

В останні роки деякі з провідних виробників установок буріння на поверхні інвестують кошти в розробку автоматизованих систем буріння. В результаті з’явилися автоматизовані системи буріння, що забезпечують більш швидке і ефективне буріння і при цьому більш високий рівень експлуатаційної безпеки. Результати цих розробок мають величезне значення для компаній, що виконують розробку кар’єрів і видобуток корисних копалин відкритим способом, оскільки автоматизація процесу буріння може значно підвищити продуктивність буровибухових робіт.

Все частіше перед підприємствами, що виконують розробку кар’єрів, відкритих гірничих виробок, а також видобуток корисних копалин відкритим способом, стоїть непросте завдання – як отримати доступ до гірських порід і корисних копалин максимально швидко, точно і з меншими витратами. При цьому вкрай важливо, щоб доходи на інвестиції були максимальними, а поклади корисних копалин використовувалися максимально ефективно. Завдяки автоматизації буровибухових робіт компанії можуть значно скоротити витрати внаслідок збільшення продуктивності та підвищення злагодженості операцій з одночасним підвищенням рівня безпеку на місці експлуатації бурової установки, а, отже, і оператора. Таким чином, технології автономного буріння дозволяють підвищити ефективність операцій, знизити експлуатаційні витрати, збільшити продуктивність і максимально підвищити рівень безпеки буровибухових робіт. Розроблені системи мають можливість налаштування під певного замовника, що дозволяє керувати наземним буровим обладнанням на основі даних з призначеною пріоритетністю, які розподіляються між відповідними додатками при надходженні в систему управління буровою установкою.

Автоматизація процесу і дистанційне управління дозволяють прибрати людей з місця проведення буровибухових робіт, забезпечуючи максимальну безпеку робіт і захищаючи операторів від впливу шуму і викидів в атмосферу. Також підвищується ефективність і збільшується продуктивність, оскільки в цьому випадку нема потреби зупиняти процес буріння через перерви протягом робочого дня або перезміни. Бурова установка може продовжувати працювати без перебування в ній операторів під час перезміни, перерв на обід і під час певних вибухових операцій. Це дозволяє збільшити коефіцієнт використання бурової установки, забезпечити більшу злагодженість і точність протягом тривалої робочої зміни.

Експлуатаційні вигоди

Впровадження цифрових планів буріння та навігації усуває необхідність ручної розмітки свердловин, підвищуючи точність буровибухових робіт і істотно економлячи час. Зібрані під час буріння дані використовуються для контролю поведінки системи в умовах різних гірських порід і для оцінки виконання плану. У довгостроковій перспективі автономне буріння також скорочує час простоїв і підвищує рівень експлуатаційної готовності бурової установки шляхом зниження кількості ламання установки та бурового інструменту. Програмне забезпечення, інтегроване в систему автоматизації, забезпечує експлуатацію бурової установки відповідно до розрахункових робочих параметрів, що зводить до мінімуму навантаження на обладнання, зменшує його знос внаслідок автоматизації функцій. В результаті знижуються витрати на ремонти та технічне обслуговування.

Автономні бурові установки працюють відповідно до норм, встановлених їх виробником, забезпечуючи економію витратних матеріалів, при одночасному скороченні числа ситуацій, що призводять до позапланового обслуговування. У результаті зменшуються терміни виконання робіт і підвищується якість дроблення гірничих порід, що призводить до зниження витрат на компоненти шляхом меншої кількості ремонтних робіт при проведенні технічного обслуговування машин.

Завдяки автономному бурінню вигоди виникають у всіх ланках ланцюга створення доданої вартості добувної промисловості. Серед вигод – більш ефективна вибухова відбійка і рівномірне дроблення, завдяки чому наноситься менше пошкоджень транспортної та вантажно-розвантажувальної техніки. Це, своєю чергою, призводить до зниження витрат на техобслуговування всього виробничого парку.

На технологічних етапах виробництва, на яких використовуються дробарки, вигоди виражаються в поліпшенні якості дроблення, в більш швидкій подачі матеріалу на дробарки, у зменшенні кількості енергії, необхідної для перероблення матеріалу. І останнє, але не менш важливе – автономне буріння також забезпечує зниження негативного впливу на навколишнє середовище. Завдяки тому, що робочі параметри обладнання в ході експлуатації завжди відповідають параметрам, зазначеним у специфікаціях, знижується кількість витраченої енергії та палива, що забезпечує високу ефективність бурових робіт.

У більшості випадків експлуатаційні вигоди поширюються і на робочий персонал. Один оператор може здійснювати експлуатацію відразу декількох бурових установок, тим самим забезпечується більш ефективна організація праці кваліфікованих операторів. Завдяки технології автономного буріння скорочується контакт оператора з машиною, що робить операції більш безпечними, а персонал (і його досвід) більше використовується для обслуговування технічних і механічних систем, моніторингу установки та контролю змін, а також управління процесами.

Вибір належної системи

В цілому, автоматизація буріння і використання інформаційних технологій і систем для буріння ідеально підходять майже для всіх процесів розробки кар’єрів і відкритих гірничих робіт, в яких в тій чи іншій формі використовуються буровибухові роботи. Залежно від вимог, області застосування та ІТ-стратегії компанії можуть бути досягнуті різні рівні автономії та інтеграції. Однак не все так просто. При спробі повністю автоматизувати парк бурової техніки можна зіткнутися з цілою низкою складних завдань. Одне з найбільш серйозних завдань пов’язане з готовністю функції до автономної роботи, оскільки це не та функція, для запуску якої потрібно просто «клацнути перемикачем». Необхідно розглянути та впровадити процеси управління змінами, щоб полегшити перехід функції від ручного режиму до повністю автономного. При цьому найбільш важливими відомостями будуть ті, які бурова установка збирає про пробурені свердловини.

На практиці, складним фактором для впровадження автоматизованого буріння є здатність керувати змінами. Зміни, обумовлені переходом на автоматизовану технологію, разом з додатковими рівнями безпеки, пов’язаними з використанням цієї технології, вимагають «переорієнтації культури» оператора. Це означає, що оператора, який раніше працював у кабіні, необхідно навчити працювати поза кабіною, на відстані від установки. Тому, коли справа доходить до вибору правильної системи автоматизації буріння, важливо вибрати систему, яка буде найкращим чином відповідати потребам компанії. На щастя, в цей час доступно безліч систем, призначених для задоволення потреб великих і малих компаній, а деякі з останніх розробок забезпечують ще більш рівень автоматизації буровибухових робіт.

Автономні бурові верстати від Caterpillar

Американський виробник будівельної та гірничодобувної техніки Caterpillar приділяє все більше уваги розробці систем, здатних забезпечити високу точність буріння і вибухових робіт. Для більш ефективного і продуктивного буріння компанія прагне зменшити навіть незначні відхилення від схеми розміщення шпурів, підвищуючи при цьому рівень безпеки та продуктивність праці. Як заявила компанія, високоточні автономні бурові установки з функцією контролю глибини пробурених свердловин здатні забезпечити оптимальне дотримання схеми буріння. Це означає, що вибухові роботи будуть виконані більш точно, буде витрачено менше часу на вскришні роботи, і буде досягнута велика продуктивність.

Компанія випустила нове покоління автономних бурових верстатів Cat, заснованих на використанні автоматизації. Першим представником нового покоління верстатів стала модель MD6250. Зараз з’явилася нова модель MD6200. Всі моделі володіють перевагами, які забезпечує автономна робота. Верстати оснащені низкою стандартних автоматизованих функцій, які допомагають оператору виконувати буріння з більш високою точністю. Прості елементи керування та сенсорні екрани спрощують роботу. Виконувати буріння в автономному режимі дозволило розширення функціоналу Cat Command на бурові роботи. Під час буріння оператор сидить на віддаленій станції, що імітує кабіну бурового верстата. Звідси оператор може керувати одночасно трьома бурами, запрограмувавши кожен на автономне буріння одного ряду свердловин.

Система Cat Command для буріння забезпечує, щоб бурильний агрегат був точно розміщений на задані координати, кожна свердловина була пробурена до потрібної глибини та під потрібним кутом і вистояла до початку вибухових робіт. Система має ряд можливостей, які дозволяють оператору налаштувати та автоматизувати систему буріння відповідно до наявного бюджету і потреб. Напівавтономні системи для однорядного буріння свердловин дозволяють автоматизувати весь робочий цикл для буріння одного ряду свердловин, включаючи автономну відкатку. Автономні системи буріння забезпечують автоматизацію циклу буріння і відкатки для виконання всієї схеми шпурів і дозволяють керувати буровими роботами на об’єкті одному оператору з віддаленого робочого місця оператора.

Системи автоматизації буріння від Epiroc

Нещодавно запущена шведською компанією Epiroc система TeleREMOTE призначена для віддаленого управління буровими верстатами Epiroc SmartROC DTH MK I (на базі платформи RCS 4). Система дозволяє оператору отримати доступ до кількох бурових верстатів і запустити їх з офісного приміщення центру управління, розташованого далеко від зони проведення вибухових робіт. Доступ до верстатів забезпечується через бездротову локальну мережу WLAN. Однією з найбільших переваг системи є її здатність ефективно збільшувати кількість робочих годин на день завдяки зменшенню кількості простоїв через процедури перезміни або необхідність доставити операторів на майданчик. Система віддаленого управління бурінням разом із системами AutoDrill і Auto-Rod Handling від компанії Epiroc значно підвищують рівень продуктивності, оскільки бурові верстати можуть працювати майже без безперервно. Важливою перевагою є також аспект безпеки. Завдяки системам автоматизації, встановленим на бурових верстатах, оператор може керувати буровими верстатами віддалено.

Для точного позиціювання бурильного агрегату в розпорядженні оператора є навігаційна система Hole Navigation System. Функція «Геозона» забезпечить, щоб буровий верстат залишався в межах заданої території. Бурові верстати оснащені кількома відеокамерами, які забезпечують оператору круговий огляд простору навколо машини на 360 °. Система Office TeleREMOTE також включає серверну стійку з сервером Automation Common Machine Server (ACMS), відеосистему і систему безпеки. Кожна серверна стійка дозволяє віддалено керувати одним буровим верстатом, але передбачає можливість розширення до дев’яти бурових верстатів. Для забезпечення точності та безпеки інтегровані такі функції, як автоматичне вирівнювання та захист від зупинки буру.

Засоби встановлення зв’язку та системи автоматизації Epiroc були розроблені з метою збільшення продуктивності обладнання та надання переваг оператору шляхом інтеграції інтелектуальних пов’язаних машин, запрограмованих для виконання точної послідовності буріння. Встановлені на машині датчики попередять персонал на пульті управління про те, що є перешкода або потрібне втручання оператора. Завдяки системі автоматизації усуваються традиційні обмеження, пов’язані з графіком роботи персоналу, що дозволяє збільшити час безвідмовної роботи машини та зменшити знос, пов’язаний з ручним управлінням.

Автопілот від Komatsu

Система автоматизації буріння від японської машинобудівної компанії Komatsu складається з декількох ключових компонентів: контролера автоматизації; системи забезпечення ситуаційної обізнаності (камери, LiDAR і радари) і GPS-приймача. Для визначення стану машини та виконання відповідних завдань в автономному режимі, алгоритми перетворюють дані, отримані від обладнання. Компанія пропонує кілька рівнів автоматизації буріння. Базовий рівень забезпечує пасивна система автоматизації, що зображати схему розташування шпурів, додаткові види з камер, і використовує LiDAR і радар для повідомлення оператора про об’єкти навколо бурового верстата.

Система автоматизації з використанням асистента оператора є фактично автопілотом. Система виконує завдання з буріння, вирівнювання та відкатки, а оператор в кабіні управляє непередбаченими ситуаціями в разі їх виникнення. Повністю автономний рівень виключає присутність оператора в машині і його участь у більшості операцій машини. Оператор втручається в роботу машини у віддаленому режимі тільки в разі виникнення непередбачених обставин. Відомості, які потрібні для автономної роботи бурового верстата, також можуть використовуватися для визначення пластів, щоб оптимізувати зарядку шпурів і проектування схеми.

Автоматизація повного циклу буріння однієї свердловини від Sandvik

Результатом безперервного вдосконалення та автоматизації бурового обладнання шведською компанією Sandvik стало створення так званої «системи автоматизації повного циклу для буріння однієї свердловини». Система дозволяє бурити в автоматичному режимі одну свердловину на задану глибину без ручного втручання в процес. Після встановлення бурильного агрегату в потрібне положення і під потрібним кутом оператор може вибрати режим автоматичного буріння, просто натиснувши на кнопку у верхній частині джойстика. Бурова установка буде бурити та додавати штанги/труби автоматично, поки не буде досягнута задана глибина шпура.

Система автоматизації процесу буріння забезпечує постійну високу продуктивність, обмежує ймовірність людської помилки в процесі. Увімкнувши режим автоматичного буріння, оператор може виконувати інші завдання або зробити коротку перерву. Укомплектовані навігаційною системою TIM3D і опцією автоматичного вирівнювання компанії Sandvik, бурові установки серії Ranger DXi здатні автономно переміщатися та автоматично встановлювати бурильний агрегат на зазначені координати при натисканні лише на одну кнопку. Варіанти автоматизації повного циклу буріння доступні для бурових верстатів з виносним перфоратором серій Sandvik Pantera DPi та Ranger DXi, а також для бурової установки з зануреним пневмоударником Leopard DI650i.

Додатковою перевагою пропозиції Sandvik в області автоматизації є безкоштовний додаток SanRemo Mobile, що спрощує підключення до бурового верстата для своєчасної передачі планів буріння, звітів та інших даних управління парком, а також даних буріння економічним способом. Додаток SanRemo Mobile розширює можливості підключення бурових верстатів, дозволяючи використовувати мобільні пристрої для передачі даних. Завдяки цьому додатку усуває залежність від USB-накопичувачів або покриття мережі на робочих майданчиках. За допомогою програми SanRemo Mobile можуть бути завантажені для спільного використання або зберігання звіти та дані вимірювання під час буріння можуть бути завантажені з навігаційної системи Sandvik TIM3D. Можна відкрити файли з даними, наприклад, за допомогою Sandvik Driller’s Office або іншого сумісного програмного забезпечення для проектування. Крім того, звіти про видобуток автоматично завантажуються з бурового верстата на портал управління парком машин My Sandvik.

Передає Інформаційний портал Заповнювачі