Digital twins of control processes for highly automated mining transport complexes
A.F. Klebanov, I.V. Eremkin, P.A. Gabusu
Zyfra Group, Moscow, Russian Federation
Russian Mining Industry №4 / 2025 p. 61-70
Abstract: The article discusses the development and application of digital twins for mining production tasks. Various definitions and the evolution of the “digital twin” concept are analyzed, and it is noted that digital twins have long been used in the automation (digitalization) of mining operations and management processes. However, the Industry 4.0 technologies are currently provideing the digital twins with new meanings and properties. The paper justifies the software and hardware infrastructure of a remote analytical center to build a wide range of digital twins of control processes for highly automated (robotic) mining transport complexes and their application for design and educational purposes (“a digital twin factory”). The most important components of such a remote analytical center are mining and geological information systems, automated control systems for mining transport complexes with a historical database of the system's operation at a mining company, as well as simulators of control processes for load-and-haul complexes and drilling-and-blasting operations. There are several classes of digital twins of highly automated (robotic) mining transport complexes, i.e. digital twins based on real-time processing of telemetric and mining technical information; digital twins for preparation of educational programs using historical databases; digital twins for solving mining planning and design tasks, hypothesis testing, and scenario modeling. The possibility is discussed to apply the experience of building digital twins of mining operations to tasks in the space industry for developing promising technologies and equipment for mining minerals on other planets.
Keywords: digital twin, highly automated mining transport complexes, drilling and blasting operations, load-and-haul complexes, digital transformation, remote analytical control center, robotic technologies, mining design, mine planning, scenario modeling, mining engineering systems, mining and geological information systems, Industry 4.0
Acknowledgments: The authors express their gratitude to S.V. Lukichev, director of the Mining Institute of the Kola Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, to L.M. Zeleniy, scientific director of the Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences, Academician of the Russian Academy of Sciences, and to the staff of the Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences: M.L. Litvak, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, N.A. Eismont, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, V.A. Kotzov, Research Associate, for their valuable recommendations and expertise. We also gratefully acknowledge the staff of the Zyfra Group: S.A. Stepanova, N.V. Odinets, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, and R.V. Fedorenko, Candidate of Technical Sciences, for their valuable comments and advice during the preparation of this article.
For citation: Klebanov A.F., Eremkin I.V., Gabusu P.A. Digital twins of control processes for highly automated mining transport complexes. Russian Mining Industry. 2025;(4):61–70. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4-61-70
Article info
Received: 07.05.2025
Revised: 25.06.2025
Accepted: 28.06.2025
Information about the authors
Aleksey F. Klebanov – Cand. Sci. (Eng.), Director for Science and Interaction with Educational Institutions, Zyfra Group, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Ivan V. Eremkin – Design engineer, Zyfra Robotics, Zyfra Group, Moscow, Russian Federation: e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Paulina A. Gabusu – Cand. Sci. (Eng.), Head of Discipline, Zyfra Robotics, Zyfra Group, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
References
1. Владимиров Д.Я., Клебанов А.Ф., Кузнецов И.В. Цифровая трансформация открытых горных работ и новое поколение карьерной техники. Горная промышленность. 2020;(6):10–12. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2020-6-10-12 Vladimirov D.Ya., Klebanov A.F., Kuznetsov I.V. Digital transformation of surface mining and new generation of open-pit equipment. Russian Mining Industry. 2020;(6):10–12. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2020-6-10-12
2. Лукичёв С.В. Цифровое прошлое, настоящее и будущее горнодобывающих предприятий. Горная промышленность. 2021;(4):73–79. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-4-73-79 Lukichev S.V. Digital past, present, and future of mining industry. Russian Mining Industry. 2021;(4):73–79. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2021-4-73-79
3. Клебанов А.Ф. Автоматизация и роботизация открытых горных работ: опыт цифровой трансформации. Горная промышленность. 2020;(1):8–11. Режим доступа: https://mining-media.ru/ru/article/ogr/15630-avtomatizatsiya-i-robotizatsiya-otkrytykh-gornykh-rabot-opyt-tsifrovoj-transformatsii (дата обращения: 06.05.2025). Klebanov A.F. Automation and robotization in opencast mining: experience in digital transformation. Russian Mining Industry. 2020;(1):8–11. (In Russ.) Available at: https://mining-media.ru/ru/article/ogr/15630-avtomatizatsiya-i-robotizatsiya-otkrytykh-gornykh-rabot-opyt-tsifrovoj-transformatsii (accessed: 06.05.2025).
4. Клебанов А.Ф., Бондаренко А.В., Жуковский Ю.Л., Клебанов Д.А. Организация удаленных центров управления горным предприятием: стратегические предпосылки и этапы реализации. Горная промышленность. 2024;(4):174–183. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-174-183 Klebanov A.F., BondarenkoA.V., Zhukovsky Yu.L., Klebanov D.A. Establishing remote control centers of a mining operation: strategic prerequisites and implementation stages. Russian Mining Industry. 2024;(4):174–183. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-174-183
5. Николаев С., Поплавский С., Гусев М. Применение цифровых двойников технологических процессов на предприятиях горнодобывающей и металлургической промышленности. Глобус: геология и бизнес. 2023;(4). Режим доступа: https://www.vnedra.ru/tehnologii/informacionnye-tekhnologii/primenenie-czifrovyh-dvojnikov-tehnologicheskih-proczessov-na-predpriyatiyah-gornodobyvayushhej-i-metallurgicheskoj-otraslej-promyshlennosti-23070/ (дата обращения: 06.05.2025). Nikolaev S., Poplavsky S., Gusev M. Application of digital twins of technological processes at mining and metallurgical companies. Globus: Geologiya i Biznes. 2023;(4). (In Russ.) Available at: https://www.vnedra.ru/tehnologii/informacionnye-tekhnologii/primenenie-czifrovyh-dvojnikov-tehnologicheskih-proczessov-na-predpriyatiyah-gornodobyvayushhej-i-metallurgicheskoj-otraslej-promyshlennosti-23070/ (accessed: 06.05.2025).
6. Сахапова Т.С., Исмагилов Т.Ш., Тихонов В.А. Цифровой двойник производства как этап новой цифровой бизнес-модели промышленного предприятия. Горная промышленность. 2023;(2):62–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-2-62-68 Sakhapova T.S., Ismagilov T.Sh., Tikhonov V.A. A digital twin of the manufacturing system as a stage in the new digital business model of an industrial company. Russian Mining Industry. 2023;(2):62–68. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-2-62-68
7. Наговицын О.В., Степачева А.В. Формирование цифрового двойника месторождения твердых полезных ископаемых. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2021;(6):171–180. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20210616 Nagovitsyn O.V., Stepacheva A.V. Digital twin of solid mineral deposit. Journal of Mining Science. 2021;57(6):1033–1040. https://doi.org/10.1134/S1062739121060168
8. Хитрых Д. Цифровые двойники в промышленности: истоки концепции, современный уровень развития и примеры внедрения. Современная электроника. 2022;(1):62–67. Режим доступа: https://cloud.cta.ru/iblock/8ac/8acec945382792f55a712e606b51fd68/20220162.pdf (дата обращения: 06.05.2025). Khitrykh D. Industrial application of digital twins: origins of the concept, current level of development, and examples of implementation. Sovremennaya Elektronika. 2022;(1):62–67. (In Russ.) Available at: https://cloud.cta.ru/iblock/8ac/8acec945382792f55a712e606b51fd68/20220162.pdf (accessed: 06.05.2025).
9. Захаров В.Н., Кубрин С.С. Цифровая трансформация и интеллектуализация горнотехнических систем. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5-2):31–47. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_31 Zakharov V.N., Kubrin S.S. Digital transformation and intellectualization of mining systems. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(5-2):31–47. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_52_0_31
10. Темкин И.О., Клебанов Д.А., Дерябин С.А., Конов И.С. Построение интеллектуальной геоинформационной системы горного предприятия с использованием методов прогнозной аналитики. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(3):114–125. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-3-0-114-125 Temkin I.O., Klebanov D.A., Deryabin S.A., Konov I.S. Construction of intelligent geoinformation system for a mine using forecasting analytics techniques. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2020;(3):114–125. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-3-0-114-125
11. Малыханов А.А. Имитационная модель рудника – основа качественной поддержки принятия оперативных решений. Золото и технологии. 2020;(3):46–47. Режим доступа: https://zolteh.ru/technic/imitatsionnaya_model_rudnika_osnova_kachestvennoy_podderzhki_prinyatiya_operativnykh_srednesrochnykh/ (дата обращения: 06.05.2025). Malykhanov A.A. A mine simulation model: a basis for high-quality support of operational decision-making. Zoloto i Tekhnologii. 2020;(3):46–47. (In Russ.) Available at: https://zolteh.ru/technic/imitatsionnaya_model_rudnika_osnova_kachestvennoy_podderzhki_prinyatiya_operativnykh_srednesrochnykh/ (accessed: 06.05.2025).
12. Наговицын Г.О. Автоматизированное планирование открытых горных работ для сплошных систем разработки в горно-геологической информационной системе MINEFRAME. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(12-1):42–51. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_121_0_42 Nagovitsyn G.O. Automated planning of open mining for longwall mining methods in the MGIS MINEFRAME. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(12-1):42–51. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_121_0_42
13. Клебанов А.Ф. Прогнозирование внезапных выбросов угля и газа на основе исследования их механизма методом вычислительного эксперимента: автореф. дис. … канд. техн. наук. М.; 1988. 16 с.
14. Моисеев Н. Изучение биосферы с помощью машинных экспериментов. Оценка последствий ядерной войны. В кн.: Моисеев Н. Экология человечества глазами математика. М.: Молодая гвардия; 1988. С. 48–110.
15. Клебанов А.Ф., Коваленко М.Е., Габусу П.А. Высшее образование, производство и ит: этапы и направления долгосрочного сотрудничества (опыт ГК «Цифра»). Горная промышленность. 2025;(1):18–22. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-18-22 Klebanov A.F., Kovalenko M.E., Gabusu P.A. Higher education, production and it: stages and directions of long-term cooperation (experience of Zyfra Group). Russian Mining Industry. 2025;(1):18–22. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-18-22
16. Трубецкой К.Н., Кулешов А.А., Клебанов А.Ф., Владимиров Д.Я. Современные системы управления горно-транспортными комплексами. СПб.: Наука; 2007. 306 с.
17. Клебанов А.Ф., Сиземов Д.Н., Кадочников М.В. О Комплексный подход к удаленному мониторингу технического состояния и режимов эксплуатации карьерного автосамосвала. Горная промышленность. 2020;(2):75-81. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2020-2-75-81 Klebanov A.F., Sizemov D.N., Kadochnikov M.V. Integrated approach to remote monitoring of technical and operating conditions of mine dump trucks. Russian Mining Industry. 2020;(2):75–81. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2020-2-75-81
18. Клебанов А.Ф., Владимиров Д.Я. Новые цифровые технологии управления промышленной безопасностью на открытых горных работах. В кн.: Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр: материалы 4-й конференция международной научной школы академика РАН К.Н. Трубецкого, г. Москва, 16–20 ноября 2020 г. М.: ИПКОН РАН; 2020. С. 22–27.
19. Бобин В.А., Бобина А.В., Клебанов А.Ф. Проект миссии для подтверждения достоверности прогноза запасов и возможности добычи гелиона на Луне. Вестник ГЛОНАСС. 2023;(2):53–63. Bobin V.A., Bobina A.V., Klebanov A.F. A mission project to confirm the reliability of reserves forecasts and the possibility of helion mining on the Moon. Vestnik GLONASS. 2023;(2):53–63. (In Russ.)
