Как системы автоматизации изменили производство буровзрывных работ

В последние годы некоторые из ведущих производителей установок бурения на поверхности инвестируют средства в разработку автоматизированных систем бурения. В результате появились автоматизированные системы бурения, обеспечивающие более быстрое и эффективное бурение и при этом более высокий уровень эксплуатационной безопасности. Результаты этих разработок имеют огромное значение для компаний, выполняющих разработку карьеров и добычу полезных ископаемых открытым способом, поскольку автоматизация процесса бурения может значительно повысить производительность буровзрывных работ.

Все чаще перед предприятиями, выполняющими разработку карьеров, открытых горных выработок, а также добычу полезных ископаемых открытым способом, стоит непростая задача — как получить доступ к горным породам и полезным ископаемым максимально быстро, точно и с меньшими затратами. При этом крайне важно, чтобы доходы на инвестиции были максимальными, а залежи полезных ископаемых использовались максимально эффективно. Благодаря автоматизации буровзрывных работ компании могут значительно сократить расходы за счет увеличения производительности и повышения слаженности операций с одновременным повышением уровня безопасность на месте эксплуатации буровой установки, а, следовательно, и оператора. Таким образом, технологии автономного бурения позволяют повысить эффективность операций, снизить эксплуатационные затраты, увеличить производительность и максимально повысить уровень безопасности буровзрывных работ. Разработанные системы имеют возможность настройки под определенного заказчика, что позволяет управлять наземным буровым оборудованием на основе данных с назначенной приоритетностью, которые распределяются между соответствующими приложениями при поступлении в систему управления буровой установкой.

Автоматизация процесса и дистанционное управление позволяют убрать людей с места проведения буровзрывных работ, обеспечивая максимальную безопасность работ и защищая операторов от воздействия шума и выбросов в атмосферу. Также повышается эффективность и увеличивается производительность, поскольку в этом случае нет необходимости останавливать процесс бурения из-за перерывов в течение рабочего дня или пересменки. Буровая установка может продолжать работать без нахождения в ней операторов во время пересменки, перерывов на обед и во время определенных взрывных операций. Это позволяет увеличить коэффициент использования буровой установки, обеспечить большую слаженность и точность в течение продолжительной рабочей смены.

Эксплуатационные выгоды

Внедрение цифровых планов бурения и навигации устраняет необходимость ручной разметки скважин, повышая точность буровзрывных работ и существенно экономя время. Собранные во время бурения данные используются для контроля поведения системы в условиях различных горных пород и для оценки выполнения плана. В долгосрочной перспективе автономное бурение также сокращает время простоев и повышает уровень эксплуатационной готовности буровой установки за счет снижения количества поломок установки и бурового инструмента. Программное обеспечение, интегрированное в систему автоматизации, обеспечивает эксплуатацию буровой установку в соответствии с расчетными рабочими параметрами, что сводит к минимуму нагрузки на оборудование, уменьшает его износ за счет автоматизации функций. В результате снижаются затраты на ремонты и техническое обслуживание.

Автономные буровые установки работают в соответствии с нормами, установленными их производителем, обеспечивая экономию расходных материалов, при одновременном сокращении числа ситуаций, приводящих к внеплановому обслуживанию. В результате уменьшаются сроки выполнения работ и повышается качество дробления горных пород, что приводит к снижению затрат на компоненты за счет меньшего количества ремонтных работ при проведении технического обслуживания машин.

Благодаря автономному бурению выгоды возникают во всех звеньях цепи создания добавленной стоимости добывающей промышленности. В числе выгод – более эффективная взрывная отбойка и равномерное дробление, благодаря чему наносится меньше повреждений транспортной и погрузочно-разгрузочной технике. Это, в свою очередь, приводит к снижению затрат на техобслуживание всего производственного парка.

На технологических этапах производства, на которых используются дробилки, выгоды выражаются в улучшении качества дробления, в более быстрой подаче материала на дробилки, в уменьшении количества энергии, необходимой для переработки материала. И последнее, но не менее важное — автономное бурение также обеспечивает снижение негативного воздействия на окружающую среду. Благодаря тому, что рабочие параметры оборудования в ходе эксплуатации всегда соответствуют параметрам, указанным в спецификациях, снижается количество израсходованной энергии и топлива, что обеспечивает высокую эффективность буровых работ.

В большинстве случаев эксплуатационные выгоды распространяются и на рабочий персонал. Один оператор может осуществлять эксплуатацию сразу нескольких буровых установок, тем самым обеспечивается более эффективная организация труда квалифицированных операторов. Благодаря технологии автономного бурения сокращается контакт оператора с машиной, что делает операции более безопасными, а персонал (и его опыт) больше используется для обслуживания технических и механических систем, мониторинга установки и контроля изменений, а также управления процессами.

Выбор надлежащей системы

В целом, автоматизация бурения и использование информационных технологий и систем для бурения идеально подходят почти для всех процессов разработки карьеров и открытых горных работ, в которых в той или иной форме используются буровзрывные работы. В зависимости от требований, области применения и ИТ-стратегии компании могут быть достигнуты различные уровни автономии и интеграции. Однако не все так просто. При попытке полностью автоматизировать парк буровой техники можно столкнуться с целым рядом сложных задач. Одна из самых серьезных задач связана с готовностью функции к автономной работе, поскольку это не та функция, для запуска которой нужно просто «щелкнуть переключателем». Необходимо рассмотреть и внедрить процессы управления изменениями, чтобы облегчить переход функции от ручного режима к полностью автономному. При этом наиболее важными сведениями будут те, которые буровая установка собирает о пробуренных скважинах.

На практике, сложным фактором для внедрения автоматизированного бурения является способность управлять изменениями. Изменения, обусловленные переходом на автоматизированную технологию, вместе с дополнительными уровнями безопасности, связанными с использованием этой технологии, требуют «переориентации культуры» оператора. Это означает, что оператора, ранее работавшего в кабине, необходимо обучить работать вне кабины, на расстоянии от установки. Поэтому, когда дело доходит до выбора правильной системы автоматизации бурения, важно выбрать систему, которая будет наилучшим образом соответствовать потребностям компании. К счастью, в настоящее время доступно множество систем, предназначенных для удовлетворения потребностей больших и малых компаний, а некоторые из последних разработок обеспечивают еще более уровень автоматизации буровзрывных работ.

Автономные буровые станки от Caterpillar

Американский производитель строительной и горнодобывающей техники Caterpillar уделяет все больше внимания разработке систем, способных обеспечить высокую точность бурения и взрывных работ. Для более эффективного и производительного бурения компания стремится уменьшить даже незначительные отклонения от схемы размещения шпуров, повышая при этом уровень безопасности и производительность труда. Как заявила компания, высокоточные автономные буровые установки с функцией контроля глубины пробуренных скважин способны обеспечить оптимальное соблюдение схемы бурения. Это означает, что взрывные работы будут выполнены более точно, будет потрачено меньше времени на вскрышные работы, и будет достигнута большая производительность.

Компания выпустила новое поколение автономных буровых станков Cat, основанных на использовании автоматизации. Первым представителем нового поколения станков стала модель MD6250. Сейчас появилась новая модель MD6200. Все модели обладают преимуществами, которые обеспечивает автономная работа. Станки оснащены рядом стандартных автоматизированных функций, которые помогают оператору выполнять бурение с более высокой точностью. Простые элементы управления и сенсорные экраны упрощают работу. Выполнять бурение в автономном режиме позволило расширение функционала Cat Command на буровые работы. Во время бурения оператор сидит на удаленной станции, имитирующей кабину бурового станка. Отсюда оператор может управлять одновременно тремя бурами, запрограммировав каждый на автономное бурение одного ряда скважин.

Система Cat Command для бурения обеспечивает, чтобы бурильный агрегат был точно размещен на заданные координаты, каждая скважина была пробурена до нужной глубины и под нужным углом и выстояла до начала взрывных работ. Система имеет ряд возможностей, которые позволяют оператору настроить и автоматизировать систему бурения в соответствии с имеющимся бюджетом и потребностями.  Полуавтономные системы для однорядного бурения скважин позволяют автоматизировать весь рабочий цикл для бурения одного ряда скважин, включая автономную откатку. Автономные системы бурения обеспечивают автоматизацию цикла бурения и откатки для выполнения всей схемы шпуров и позволяют управлять буровыми работами на объекте одному оператору с удаленного рабочего места оператора.

Системы автоматизации бурения от Epiroc

Недавно запущенная шведской компанией Epiroc система TeleREMOTE предназначена для удаленного управления буровыми станками Epiroc SmartROC DTH MK I (на базе платформы RCS 4). Система позволяет оператору получить доступ к нескольким буровым станкам и запустить их из офисного помещения центра управления, расположенного вдали от зоны проведения взрывных работ. Доступ к станкам обеспечивается через беспроводную локальную сеть WLAN. Одним из самых больших преимуществ системы является ее способность эффективно увеличивать количество рабочих часов в день благодаря уменьшению количества простоев из-за процедур пересменки или необходимости доставить операторов на площадку. Система удаленного управления бурением вместе с системами AutoDrill и Auto-Rod Handling от компании Epiroc значительно повышают уровень производительности, поскольку буровые станки могут работать почти без непрерывно. Важным преимуществом является также аспект безопасности. Благодаря системам автоматизации, установленным на буровых станках, оператор может управлять буровыми станками удаленно.

Для точного позиционирования бурильного агрегата в распоряжении оператора имеется навигационная система Hole Navigation System. Функция «Геозона» обеспечит, чтобы буровой станок оставался в пределах заданной территории. Буровые станки оснащены несколькими видеокамерами, которые обеспечивают оператору круговой обзор пространства вокруг машины на 360°. Система Office TeleREMOTE также включает серверную стойку с сервером Automation Common Machine Server (ACMS), видеосистему и систему безопасности. Каждая серверная стойка позволяет удаленно управлять одним буровым станком, но предусматривает возможность расширения до девяти буровых станков. Для обеспечения точности и безопасности интегрированы такие функции, как автоматическое выравнивание и защита от остановки бура.

Средства установления связи и системы автоматизации Epiroc были разработаны с целью увеличения производительности оборудования и предоставления преимуществ оператору за счет интеграции интеллектуальных связанных машин, запрограммированных для выполнения точной последовательности бурения. Установленные на машине датчики предупредят персонал на пульте управления о том, что имеется препятствие или требуется вмешательство оператора. Благодаря системе автоматизации устраняются традиционные ограничения, связанные с графиком работы персонала, что позволяет увеличить время безотказной работы машины и уменьшить износ, связанный с ручным управлением.

Автопилот от Komatsu

Система автоматизации бурения от японской машиностроительной компании Komatsu состоит из нескольких ключевых компонентов: контроллера автоматизации; системы обеспечения ситуационной осведомленности (камеры, LiDAR и радары) и GPS-приемника. Для определения состояния машины и выполнения соответствующих задач в автономном режиме, алгоритмы преобразуют данные, полученные от оборудования. Компания предлагает несколько уровней автоматизации бурения. Базовый уровень обеспечивает пассивная система автоматизации, отображающая схему расположения шпуров, дополнительные виды с камер, и использующая LiDAR и радар для уведомления оператора об объектах вокруг бурового станка.

Система автоматизации с использованием ассистента оператора является фактически автопилотом. Система выполняет задачи по бурению, выравниванию и откатке, а оператор в кабине управляет непредвиденными ситуациями в случае их возникновения. Полностью автономный уровень исключает присутствие оператора в машине и его участие в большинстве операций машины. Оператор вмешивается в работу машины в удаленном режиме только в случае возникновения непредвиденных обстоятельств. Сведения, которые требуются для автономной работы бурового станка, также могут использоваться для определения пластов, чтобы оптимизировать зарядку шпуров и проектирование схемы.

Автоматизация полного цикла бурения одной скважины от Sandvik

Результатом непрерывного совершенствования и автоматизации бурового оборудования шведской компанией Sandvik стало создание так называемой «системы автоматизации полного цикла для бурения одной скважины». Система позволяет бурить в автоматическом режиме одну скважину на заданную глубину без ручного вмешательства в процесс. После установки бурильного агрегата в нужное положение и под нужным углом оператор может выбрать режим автоматического бурения, просто нажав на кнопку в верхней части джойстика. Буровая установка будет бурить и добавлять штанги /трубы автоматически, пока не будет достигнута заданная глубина шпура.

Система автоматизации процесса бурения обеспечивает постоянную высокую производительность, ограничивает вероятность человеческой ошибки в процессе. Включив режим автоматического бурения, оператор может выполнять другие задачи или сделать короткий перерыв. Укомплектованные навигационной системой TIM3D и опцией автоматического выравнивания компании Sandvik, буровые установки серии Ranger DXi способны автономно перемещаться и автоматически устанавливать бурильный агрегат на заданные координаты при нажатии лишь на одну кнопку. Варианты автоматизации полного цикла бурения доступны для буровых станков с выносным перфоратором серий Sandvik Pantera DPi и Ranger DXi, а также для буровой установки с погружным пневмоударником Leopard DI650i.

Дополнительным преимуществом предложения Sandvik в области автоматизации является бесплатное приложение SanRemo Mobile, упрощающее подключение к буровому станку для своевременной передачи планов бурения, отчетов и других данных управления парком, а также данных бурения экономичным способом. Приложение SanRemo Mobile расширяет возможности подключения буровых станков, позволяя использовать мобильные устройства для передачи данных. Благодаря этому приложению устраняет зависимость от USB-накопителей или покрытия сети на рабочих площадках. Через приложение SanRemo Mobile могут быть загружены для совместного использования или хранения отчеты и данные измерения во время бурения могут быть загружены из навигационной системы Sandvik TIM3D. Открыть файлы с данными можно, например, с помощью программ Sandvik Driller’s Office или другого совместимого программного обеспечения для проектирования. Кроме того, отчеты о добыче автоматически загружаются с бурового станка на портал управления парком машин My Sandvik.

Передает Информационный портал Заполнители