Автоматизация технологических задач для обеспечения процессов ведения горных работ
Я.В. Миронов , И.С. Касанов
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация
Russian Mining Industry №4S / 2025 p. 122-126
Резюме: В статье рассматриваются актуальные вопросы цифровизации и автоматизации конкретных задач технологических процессов при ведении горных работ в условиях арктического региона, где внедрение масштабных коммерческих горно-геологических информационных систем ограничено экономическими и технологическими факторами. Проведен краткий анализ горно-геологических информационных систем, применяемых для автоматизированного управления горным оборудованием, мониторинга состояния массива и контроля параметров производственной среды, обозначены ограничения и проблемы их внедрения на малых и средних предприятиях Якутии, включая высокую стоимость лицензий, избыточность функционала и необходимость специализированного обучения персонала. Приведены примеры прикладных программ ЭВМ, обеспечивающих некоторые процессы ведения горных работ, демонстрирующие их функциональные возможности и практическую значимость. Практическая необходимость подтверждена примерами использования данных программ в производственных условиях с учетом региональных горно-геологических и климатических особенностей.Результаты демонстрируют повышение эффективности технологических процессов, снижение временных затрат на проектные расчеты и улучшение контроля промышленной безопасности и могут представлять интерес для специалистов средних и малых горнодобывающих предприятий.
Ключевые слова: автоматизация, горные работы, промышленная безопасность, прикладные программы ЭВМ, цифровые технологии, системы управления, опасные производственные объекты
Благодарности: Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема №0297-2021-0020, ЕГИСУ НИОКТР №122011800086-1).
Для цитирования: Миронов Я.В., Касанов И.С. Автоматизация технологических задач для обеспечения процессов ведения горных работ. Горная промышленность. 2025;(4S):122–126. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4S-122-126
Информация о статье
Поступила в редакцию: 09.07.2025
Поступила после рецензирования: 18.08.2025
Принята к публикации: 25.08.2025
Информация об авторах
Миронов Яков Владимирович – ведущий инженер, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Касанов Иван Сергеевич – младший научный сотрудник, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация
Введение
В настоящее время информационные технологии широко внедрились в процессы, которые связаны с деятельностью человека. В горном деле информационные технологии используются на протяжении всего технологического цикла работ, от разведки до ликвидации отработанных объектов. Процессы горных работ на сегодняшний день требует от специалиста не только необходимости «узких и профильных» знаний по специальности, но и наличия навыков по смежным направлениям деятельности. Горные работы на сегодняшний день сопровождаются большими объёмами информации, которые зачастую необходимо структурировать и анализировать. Активным и незаменимым помощником в таких случаях являются автоматизированные программные продукты.
Активная цифровизация производственных процессов, включая горнодобывающую отрасль, способствует устойчивому росту спроса на программные решения для автоматизации всех этапов технологических операций. В ответ на эту потребность рынок предлагает множество специализированных программных продуктов.
Современные информационные технологии в этой сфере представлены в виде множества горно-геологических информационных систем (ГГИС), которые автоматизируют все процессы, связанные с ведением горных работ. Из отечественных систем можно выделить такие как МАГМА Гео, ГЕОМИКС и МАЙНФРЭЙМ. Из зарубежных систем можно отметить программное обеспечение для планирования горных работ Alastri (США, Австралия).
Несмотря на разнообразие специализированного ПО, его внедрение остаётся малодоступным для небольших горнодобывающих предприятий Якутии. Основными причинами этого являются высокая стоимость лицензий, которая для некоторых программ может достигать сотен тысяч рублей, технические требования программных продуктов и необходимость наличия обученного персонала, который может работать на таких системах, что экономически неоправданно для малых производств. Кроме того, для небольших предприятий (добывающих руду, уголь, стройматериалы) или приисков Якутии с годовой добычей в пределах 50–200 тыс. т (или м³) такое программное обеспечение зачастую просто не требуется.
Для решения технологических задач, обеспечивающих процессы ведения горных работ, могут подойти и менее универсальные ГГИС, охватывающие лишь часть процессов горного производства, но в то же время не менее удобные в использовании, выполняющие определенный спектр поставленных задач. Программные продукты, которые можно использовать не в рамках каких-то больших систем, а отдельно, как самостоятельную программную единицу для решения задач применительно к конкретным условиям месторождения.
В такой ситуации, если у предприятия имеется необходимость в автоматизации отдельных производственных процессов, к выбору программного продукта необходим индивидуальный подход в зависимости от решаемых прикладных задач – ПО должно обладать набором функций, которые способны решить конкретные задачи предприятия и при этом находиться в доступном ценовом сегменте.
Рис. 1 Применение информационных технологий в горном деле
Fig. 1 Application of information technologies in mining
Результаты
В процессе научной и проектной деятельности специалисты открытых горных работ Института горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН (ИГДС СО РАН) нередко сталкиваются с проблемами обработки больших массивов данных и необходимостью оптимизации времени на обработку информации. В таких условиях зачастую необходимы небольшие узкоспециализированные прикладные программы, которые позволяют ускорить процесс сравнения и систематизации вариантов и получать итоговые решения.
Некоторые из таких программных продуктов, разработанных в ИГДС СО РАН и имеющих перспективу применения на небольших по производительности предприятиях, не обладающих возможностью приобретения дорогостоящего программного обеспечения со значительным набором различных и не всегда необходимых функций, рассмотрены ниже. В процессе проектирования горных работ, в частности, при составлении проектов буровзрывных работ (БВР) часто приходится проводить сравнение различных видов ВМ при аналогичных горно-геологических условиях, или на различные мощности пластов, при разных параметрах уступов и т.д., т.е. проводить одни и те же расчеты по несколько раз. Для условий ведения горных работ, в т.ч. с учетом многолетней мерзлоты, ускорения и автоматизации расчетов, предложен специализированный программный продукт, позволяющий проектировать паспорта БВР в полном соответствии с горнотехническими условиями разработки, конкретными целями предприятий и требованиями правил безопасности на горных работах [1].
Программа предназначена для автоматизации расчета параметров буровзрывных работ и генерации графических паспортов при проведении взрывов на карьерах при разработке рудных, угольных и россыпных месторождений (рис. 2).
Рис. 2 Рабочий интерфейс программы расчета параметров буровзрывных работ
Fig. 2 User interface of the application for calculating drilling and blasting parameters
В ее основе лежит стандартный алгоритм расчета ключевых показателей БВР (в соответствии с требованиями Приказа РТН №494 от 03.12.2020 г. «Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения»1), учитывающий:
• справочные данные о свойствах горных пород,
• особенности работы в криолитозоне (в условиях многолетней мерзлоты),
• характеристики современных взрывчатых материалов.
Учет влияния мерзлоты реализован через поправочные коэффициенты, отражающие разницу в крепости пород в естественном и мерзлом состояниях. Это позволяет корректировать удельный расход ВВ для конкретных горно-геологических условий.
Для условий разработки месторождений арктического региона при отрицательных температурах отрабатываемого блока существует проблема вторичного смерзания вскрышных пород, что, в свою очередь, ведет к снижению производительности экскаватора. В частности, данная проблема ярко выражена на Кангаласском месторождении бурого угля (Якутия), где производительность драглайна при ведении вскрышных работ может при определенных условиях снижаться в 2–2,5 раза из-за повторного смерзания взорванного массива пород. Для того чтобы рассчитывать производительность драглайна с учетом фактора вторичного смерзания вскрышных пород, была разработана специализированная программа (рис. 3). Программа расчета производительности драглайна при разработке смерзающейся взорванной горной массы является результатом многолетних исследований лаборатории ОГР, направленных на изучение влияния низких температур на взорванный массив. Математическая модель программы использу ет эмпирические формулы, которые были выявлены в ходе натурных исследований на Кангаласском угольном разрезе в течение десятка лет2 [2].
Вся производственная деятельность горных предприятий как опасных производственных объектов регулируется требованиями ФЗ-116 «О промышленной безопасности ОПО» и отраслевыми ФНиП, основная цель которых предупреждение аварий на ОПО и защита людей (работников и населения) от их последствий. Главные критерии обеспечения безопасной эксплуатации ОПО: принятие, соблюдение и неукоснительное выполнение требований промышленной безопасности.
Рис. 3 Интерфейс программы расчета производительности драглайна при разработке смерзающейся взорванной горной массы
Fig. 3 User interface of the application for calculating dragline performance when excavating adfreezing blasted rock mass
Но в силу объективных причин случаются ситуации, иногда продолжительные, когда предприятию не всегда удается выполнять все требования промышленной безопасности. В таких случаях необходим повышенный контроль в части обеспечения промышленной безопасности в ходе ведения горных работ.
Рис. 4 Интерфейс программы «Mining risk management»
Fig. 4 User interface of the 'Mining Risk Management' application
«Mining risk management» – это программа, позволяющая провести экспресс-анализ рисков возникновения инцидентов и аварий на угольных шахтах (рис. 4):
– оценить состояние промышленной безопасности (отдельных участков и шахты в целом), выявить участки, где нарушаются требования безопасности;
– оценить уровень риска, осуществлять сравнение уровней риска на разных участках и на основе этой информации определять приоритеты в работе по управлению безопасностью производства;
– проводить оперативный контроль за рисками в процессе производственного цикла предприятия3 [3].
Программа построена на принципе проверочного «чек-листа», и ее применение значительно ускоряет и упрощает контроль за производственной безопасностью по основным направлениям технологических процессов при ведении подземных горных работ. Данная программа использует официальные методики4 [4] для расчета и определения уровней риска на предприятии.
Выводы
Рассмотренные специализированные программные продукты использовались в научной и проектной деятельности ИГДС СО РАН при выполнении работ на производственных предприятиях (ЗАО «ГРК Западная» Рудник «Бадран», АО ХК «Якутуголь» Разрез «Кангаласский», ООО «Разрез Черемховуголь», малые карьеры строительных материалов и др.).
Автоматизация расчетов и интуитивно понятный интерфейс программ, не требующий какого-либо специального обучения, дают возможность быстро и точно получать данные, которые можно использовать при принятии организационных решений на предприятии. Данные ПО как узкоспециализированные продукты будут в первую очередь интересны к применению на небольших горнодобывающих предприятиях арктического региона.
Список литературы
1. Миронов Я.В., Бураков А.М. Автоматизация расчета параметров буровзрывных работ в условиях месторождений криолитозоны. Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2024;(29):162–167. https://doi.org/10.26160/2658-3305-2024-29-162-167Mironov Ya.V., Burakov A.M. Automation of calculation of parameters of drilling and blasting operations in the conditions of cryolithozone deposits. Transportnoe, Gornoe i Stroitel'noe Mashinostroenie: Nauka i Proizvodstvo. 2024;(29):162–167. (In Russ.) https://doi.org/10.26160/2658-3305-2024-29-162-167
2. Панишев С.В., Миронов Я.В. Программа расчета производительности драглайна при разработке смерзающейся взорванной горной массы. Успехи современного естествознания. 2020;(8):63–68. https://doi.org/10.17513/use.37459Panishev S.V., Mironov Ya.V. Program for calculating dragline performance in the development of frozen blasted rock mass. Advances in Current Natural Sciences. 2020;(8):63–68. (In Russ.) https://doi.org/10.17513/use.37459
3. Esther B.P., Chandan M., Dattu V.S.N.Ch., Sakthivel M., Rajesh R. IoT based coal mining monitoring and control. In: 2023 2nd International Conference on Applied Artificial Intelligence and Computing (ICAAIC), Salem, India, 4–6 May 2023. IEEE; 2023, pp. 1352–1357. https://doi.org/10.1109/ICAAIC56838.2023.10140825
4. Волков И.И., Дружинин А.А., Китляйн Е.Е., Петров В.И. Программное обеспечение для эффективного планирования и осуществления производственного контроля на угольных шахтах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007;(S14):26–31.Volkov I.I., Druzhinin A.A., Kitlyain E.E., Petrov V.I. Software for effective planning and implementation of production control in coal mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2007;(S14):26–31. (In Russ.)
