Kopalnie coraz bardziej inteligentne. Międzynarodowy projekt z udziałem Polaków ma scyfryzować cały sektor górniczy

Sektor wydobywczy – dotąd postrzegany jako zacofany i oparty w dużej mierze na pracy manualnej – zaczyna w coraz większym stopniu wdrażać technologie takie jak sztuczna inteligencja, cyfrowe bliźniaki, Big Data, blockchain czy przetwarzanie danych w chmurze. Ich zastosowanie przekłada się m.in. na poprawę wydajności i bezpieczeństwa pracy w kopalniach oraz redukcję kosztów i negatywnego wpływu górnictwa na środowisko. Polskie i europejskie podmioty – w tym gigant miedziowy KGHM i jednostki Sieci Badawczej Łukasiewicz – pracują właśnie nad projektem, który ma skoordynować i zoptymalizować całość procesów cyfryzacji w sektorze górniczym. To część międzynarodowej inicjatywy Mine.io, w której uczestniczą partnerzy z 11 krajów Europy. Jej celem jest całkowita zmiana sposobu myślenia i podejścia do wydobywania i przetwarzania surowców.

Sektor wydobywczy, który generuje kilka procent polskiego PKB i zatrudnia ok. 80 tys. ludzi, jest jedną ze strategicznych branż polskiej gospodarki. Podobnie jak wszystkie inne podlega jednak regulacjom związanym z zieloną transformacją i ekologią.

– Przemysł górniczy do tej pory kojarzył się głównie z zastosowaniami analogowymi, ale od jakiegoś czasu występuje w tym przemyśle silny trend cyfryzacji. Wykorzystujemy w nim m.in. elementy związane z internetem rzeczy i przetwarzaniem dużych zasobów danych. Wszystko to powoduje, że górnictwo jest bardziej ekologiczne – mówi agencji Newseria Biznes Marek Kościelski z Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Tele- i Radiotechnicznego.

Zastosowane technologie wpisują się w koncepcję górnictwa 4.0. Ten trend spowodował, że w polskim przemyśle wydobywczym coraz częściej pojawiają się pojęcia takie jak cyfryzacja, automatyzacja i inteligentne kopalnie.

– Górnictwo 4.0 to nowe podejście jakościowe do całego sektora górniczego. Polega na zastosowaniu nowych technologii, które są już w tej chwili rozwijane. To są właśnie technologie internetu rzeczy, czyli połączenie różnego rodzaju sensorów w jeden system, sztuczna inteligencja, która jest wschodzącą technologią i ma potencjał, żeby zoptymalizować procesy i zarządzanie przemysłem górniczym. To są też technologie mobilne, które doprowadzą do tego, że praca w górnictwie, w kopalniach będzie bezpieczniejsza, a maszyny pod nadzorem systemów komputerowych będą optymalnie wykorzystywane. Dalej wchodzimy w erę dużych ilości danych, które są przetwarzane w chmurze w trakcie tych wszystkich procesów optymalizacyjnych czy nadzorczych. Wszystko to prowadzi do coraz większej digitalizacji zakładów górniczych i to właśnie nazywamy górnictwem 4.0 – wyjaśnia dr Jacek Galas z Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Tele- i Radiotechnicznego.

Celem górnictwa 4.0 jest zapewnienie tej branży możliwości rentownego i efektywnego funkcjonowania w dłuższej perspektywie czasowej. Cyfryzacja i zastosowanie w niej nowych technologii przekłada się m.in. na poprawę wydajności, redukcję kosztów i poprawę bezpieczeństwa pracy w kopalniach. Pozwala też na dokładne monitorowanie i optymalizację procesów wydobywczych w zakresie całego łańcucha usług (począwszy od poszukiwania potencjalnych złóż, przygotowanie wyrobisk, przez wydobycie, obróbkę i przetwarzanie rud, aż do zarządzania odpadami), co jest kluczowe w kontekście ekologii oraz obniżenia negatywnego wpływu przemysłu wydobywczego na środowisko naturalne.

– Górnictwo ogólnie ma dość duży wpływ na środowisko, a technologie opracowane w ramach Mine.io mają za zadanie likwidowanie tego negatywnego wpływu – mówi Marek Kościelski. – Projekty pilotażowe Mine.io dotyczą wielu etapów, jednym z nich jest opracowanie wspólnej architektury, która będzie pomagała kopalniom przyszłości. 

Celem międzynarodowego projektu Mine.io, finansowanego z programu „European Union’s Horizon Europe research and innovation programme”, jest opracowanie nowego Całościowego Zdigitalizowanego Ekosystemu Przemysłu Górniczego 4.0, czyli nowej organizacji procesu wydobycia, przetwarzania i wykorzystania surowców mineralnych. To kompleksowe podejście do przemysłu górniczego, które ma na celu nie tylko wdrożenie nowych technologii w całym łańcuchu dostaw związanych z przemysłem wydobywczym, ale też całkowitą zmianę sposobu myślenia i podejścia do wydobywania i przetwarzania surowców.

– Projekt Mine.io jest skoncentrowany na całym przemyśle górniczym, który składa się z podstawowych trzech segmentów. Pierwszy to są oczywiście kopalnie, drugi to zakłady przeróbki surowców mineralnych, a trzeci segment to hutnictwo. Do tej pory te elementy systemu pracowały rozdzielnie. Były ze sobą powiązane np. w ramach jednej korporacji, natomiast brakowało szerszego spojrzenia, że to wszystko powinno być jakoś ze sobą skoordynowane. Projekt Mine.io ma służyć właśnie takiej koordynacji, ma doprowadzić do digitalizacji zasobów, które są w tej chwili rozproszone po wielu zakładach przemysłowych – tłumaczy dr Jacek Galas.

Projekt Mine.io to wspólna inicjatywa konsorcjum 25 partnerów – zarówno przemysłowych, jak i naukowych – z 11 krajów: Polski, Włoch, Niemiec, Finlandii, Szwecji, Hiszpanii, Grecji, Cypru, Portugalii, Węgier i Norwegii. Każdy z partnerów wnosi do projektu swoje unikalne kompetencje i technologie. Ta rozległa współpraca międzynarodowa ma pokazać, że rozwiązanie globalnych problemów ekologicznych i energetycznych wymaga szerokiego zaangażowania. Polskę w projekcie Mine.io reprezentują: Instytut Tele- i Radiotechniczny oraz Instytut Technik Innowacyjnych EMAG, należące do Sieci Badawczej Łukasiewicz, krakowska Akademia Górniczo-Hutnicza oraz polski gigant miedziowy, czyli spółka KGHM jako odbiorca technologii.

– Nasz instytut jest w szczególnej sytuacji, ponieważ nasza praca jest ukierunkowana na zastosowania w KGHM. To jest bardzo duży podmiot o randze światowej, w związku z czym każda innowacja, którą opracujemy i wdrożymy w KGHM, będzie mogła później przechodzić do innych podmiotów, które są zarządzane przez tę spółkę – mówi ekspert z Sieci Badawczej Łukasiewicz.

– Rozwiązania opracowywane w ramach projektu Mine.io są cyfrowe, więc dają się stosunkowo łatwo skalować. Oczywiście problemami będą standaryzacja i dostęp do informacji, jednak w przypadku niezbyt zaawansowanej technologii damy radę je dostosować – dodaje Marek Kościelski.

W ramach części projektu, która jest prowadzona w Polsce, KGHM udostępni linię technologiczną flotacji miedzi, na której następuje – za pomocą procesów mechanicznych i chemicznych – wypłukiwanie z rudy metalu gromadzącego się w tzw. pianie flotacyjnej. Natomiast pozostałe jednostki opracują system pomiarowy – wykorzystujący technologię sztucznej inteligencji – który umożliwi ciągły monitoring zawartości metalu w pianie flotacyjnej oraz sterowanie i optymalizację procesem flotacji rud miedzi na bazie algorytmów. Efektem projektu, opracowanego przez polskie podmioty, ma być technologia możliwa do zaimplementowania w KGHM, prowadząca do optymalizacji technologii flotacji w zakładach spółki.

– Sztuczna inteligencja prowadzi do optymalizacji procesów technologicznych. Przy takiej ilości materiału, który jest przerabiany w zakładach przeróbki surowców mineralnych, każda zmiana prowadzi do bardzo dużych oszczędności finansowych. Jeśli doprowadzimy do optymalizacji tej technologii, to po pierwsze będziemy w stanie zoptymalizować czas przetwarzania, po drugie, ilość energii, która jest potrzebna do tych procesów, co też pozwoli uzyskać znacznie lepsze wyniki ekonomiczne. W tym kierunku idzie praca, którą prowadzi między innymi nasz instytut – wyjaśnia dr Jacek Galas.

Wśród innych technologii, które będą testowane i wdrażane w ramach międzynarodowego projektu, są między innymi obrazowanie i monitoring zasobów górniczych za pomocą promieniowania kosmicznego (miony) czy technologie dronowe oraz sensory zintegrowane z podwodnymi dronami do monitorowania zalanych wyrobisk i procesów wydobywczych.

– Jest również druga technologia, też dronowa, która będzie służyła monitorowaniu różnych wysypisk kopalnianych, nasypów, gdzie są przechowywane odpady. Chodzi o to, żeby można było zdiagnozować, w jakim stanie są odpady, czy nie ma problemu z przedostawaniem się niektórych niebezpiecznych związków do środowiska zewnętrznego. To przede wszystkim będzie robione za pomocą różnego rodzaju sensorów elektrostatycznych, elektromagnetycznych, magnetycznych. Następnie odpady będą monitorowane poprzez technologię blockchain, która została wprowadzona przez kolegów z Hiszpanii, i ta technologia służy do lepszej orientacji w tym, co się z tymi odpadami dzieje – mówi ekspert Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Tele- i Radiotechnicznego.

Specjaliści pracują także nad wdrożeniem technologii podwodnej mobilności oraz elektryfikacji pojazdów z wykorzystaniem technologii bezprzewodowych.

– W tej chwili w kopalniach maszyny pracują w oparciu o silniki Diesla czy benzynowe, co jest bardzo niewygodne, dlatego że są potrzebne duże systemy wentylacyjne. Jest propozycja, żeby doprowadzić do tego, aby wszystkie maszyny były zasilane bezprzewodowo i żeby to były w dużej mierze systemy automatyczne, żeby można było te systemy sterować z powierzchni ziemi, a nie bezpośrednio poprzez ludzi, którzy są już pod ziemią – wyjaśnia dr Jacek Galas. – Technologia mobilności bezprzewodowej służy temu, żeby kopalnie były bardziej ekologiczne i bardziej przyjazne dla ludzi, żeby ludzie nie musieli przebywać pod ziemią w oparach czy spalinach, które produkują maszyny, bo systemy wentylacyjne nie są do końca optymalne.

– W ramach projektu Mine.io zamierzamy przeprowadzić wieloetapową cyfryzację górnictwa. Jednym z nich będzie wdrażanie tych technologii w ramach pilotaży zlokalizowanych w siedmiu lokalizacjach – od Portugalii i Polski, poprzez Finlandię, Niemcy i Grecję. W części z nich są aktywne kopalnie, jak w przypadku KGHM, niektóre z nich są zamknięte, inne są dostępne tylko dla celów badawczych. Tam będziemy demonstrowali nasze technologie i przeprowadzali ich analizę – dodaje Marek Kościelski. – Ponieważ jesteśmy w pierwszym roku naszej działalności, to na razie mamy opracowaną architekturę samego procesu. Efektami projektu Mine.io będą zarówno etapy ściśle technologiczne, jak i społeczno-ekonomiczne, czyli analiza wpływu pracujących kopalni na środowisko i ludzi, którzy w nich pracują i niedaleko nich mieszkają.