Особенности цифровизации и автоматизации подземной геотехнологии при переходе к роботизированным технологическим процессам на действующих рудниках

К.В. Барановский, А.А. Рожков
 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург, Российская Федерация
Горная Промышленность №5S/ 2025 стр. 64-68

Резюме: Модернизация геотехнологии преследует цель повышения эффективности горных работ в соответствии с актуальными условиями действующего предприятия. В современных реалиях особенно актуальной является необходимость создания горнотехнических условий для эффективного использования средств цифровизации и внедрения автоматизации производственных процессов. Это, в свою очередь, требует совершенствования и адаптации конструкции и параметров систем разработки для применения роботизированного оборудования. При освоении рудником модернизированной геотехнологии, а также переходе к роботизированным технологическим процессам на действующих рудниках должен произойти качественный скачок технического прогресса при стабильности функционирования горнотехнической системы. Сама модернизированная геотехнология должна иметь способность оперативно адаптироваться к изменяющимся горно-геологическим и экономическим условиям освоения месторождения, сохраняя и повышая потенциал использования ранее применяемых технических решений, гармонично вписываясь в сложившиеся горнотехнические условия. Используя принципы комплементарного подхода к оптимизации параметров горнотехнической системы, модернизация геотехнологии позволит обеспечить комплексную стабильность функционирования предприятия, соответствие технических решений изменяющимся горно-геологическим и экономическим условиям освоения месторождений подземным способом. В статье представлены технические решения при модернизации подземной геотехнологии на основе комплементарного подхода к взаимной оптимизации подсистем горнотехнической системы. Дальнейшие исследования будут направлены на выявление причин и факторов, прямо или косвенно влияющих на эффективность освоения новых проектных решений, использующих средства цифровизации и роботизации в сложившихся условиях работы горнодобывающих предприятий.

Ключевые слова: горнотехническая система, модернизированная геотехнология, технологический процесс, цифровизация, роботизация, автоматизация, комплементарный подход

Благодарности: Исследования выполнены в рамках Госзадания №075-00410-25-00. Г.р. №1022040200004-9-1.5.1. Тема 1 (2025–2027).

Для цитирования: Барановский К.В., Рожков А.А. Особенности цифровизации и автоматизации подземной геотехнологии при переходе к роботизированным технологическим процессам на действующих рудниках. Горная промышленность. 2025;(5S):64–68. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-5S-64-68

Информация о статье

Поступила в редакцию: 25.08.2025

Поступила после рецензирования: 06.10.2025

Принята к публикации: 09.10.2025

Информация об авторах

Барановский Кирилл Васильевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории подземной геотехнологии, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Рожков Артём Андреевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории подземной геотехнологии, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург, Российская Федерация

Введение

Определяющую роль в обеспечении эффективности функционирования горнотехнической системы (ГТС) в динамике подземной разработки месторождения играет своевременная адаптация параметров геотехнологии к изменяющимся внешним и внутренним условиям.

Первоначальное обоснование технологических решений производят при разработке технико-экономического обоснования или технического проекта. Однако в процессе эксплуатации месторождения вследствие изменения горно-геологических, горнотехнических, экономических и экологических условий возникает необходимость пересмотра проектных технико-технологических решений [1–4]. В первую очередь в части модернизации геотехнологии, которая преследует цель повышения эффективности горных работ в соответствии с актуализацией условий функционирования действующего предприятия [5].

Так, в ГТС при модернизации подземной геотехнологии на действующих рудниках проект и производственная подсистема должны быть своевременно взаимно оптимизированы [6]. При этом оптимизационные подсистемы отвечают за адаптацию горных конструкций к актуальным условиям и состоянию ГТС путем взаимной оптимизации их параметров по определенным критериям (рис. 1).

Рис. 1 Блок-схема модернизации подземной геотехнологии

Fig. 1 A block diagram of upgrading an underground mining system

Основными направлениями модернизации геотехнологии являются: нейтрализация негативных факторов путем совершенствования и оптимизации параметров технологических процессов [7]; внедрение оборудования, работающего на разработанных алгоритмах программного управления [8]; оптимизация конструкции и параметров систем разработки для повышения показателей извлечения [9]; внедрение высокопроизводительного оборудования [10] и приведение проектной производственной мощности к гармоничному значению за счет взаимной адаптации проектных решений и реальных возможностей предприятия. С учетом современного развития науки и техники особенно актуальной является необходимость создания горнотехнических условий для эффективного использования средств цифровизации и внедрения автоматизации производственных процессов. Это, в свою очередь, требует совершенствования и адаптации конструкции и параметров систем разработки для применения роботизированного оборудования.

Материалы и методы

Методический подход к обоснованию подземной геотехнологии при модернизации действующих рудников заключается в создании горнотехнических условий для эффективного освоения месторождения с использованием средств цифровизации и роботизации. При освоении рудником модернизированной геотехнологии, а также переходе к роботизированным технологическим процессам на действующих рудниках должен произойти качественный скачок или сохраниться стабильность функционирования ГТС. Модернизированная геотехнология должна иметь способность оперативно адаптироваться к изменяющимся горно-геологическим и экономическим условиям освоения месторождения, сохраняя и повышая потенциал использования ранее применяемых технических решений, гармонично используя сложившиеся горнотехнические условия (схему и способ вскрытия, сформированные конструкции элементов систем разработки, технологические процессы очистной выемки, транспортную систему рудника и др.).

При внедрении технических решений нового технологического уклада в горное производство используются три подхода – адаптивный, дезадаптивный и комплементарный (рис. 2).

Рис. 2 Схема оптимизации основных элементов ГТС к новому технологическому укладу

Fig. 2 A schematic diagram of optimizing key elements of the mining system for the new technological mode

Адаптивный подход заключается в приспособлении Применяемой на руднике геотехнологии к использованию средств цифровизации, роботизации и автоматизации. В результате использования адаптивного подхода происходит замедленный переход к новому укладу, где модули ГТС, направленные на цифровизацию, роботизацию и автоматизацию, а также расширение их возможностей, не будут реализованы в полной мере, поскольку качественный разрыв между техническим уровнем подземной геотехнологии и цифровизацией, роботизацией и автоматизацией не будет ликвидирован в силу невозможности использования всех преимуществ нового технологического уклада.

Дезадаптивный подход заключается в ультимативном внедрении модуля цифровизации, роботизации и автоматизации без должной оценки горнотехнических условий предприятия и самой геотехнологии. В результате при дезадаптивном подходе происходит неэффективное или бесполезное использование новых технических возможностей модуля цифровизации, роботизации и автоматизации с неизбежными отрицательными социальными последствиями при сопротивлении внедрению новых технологических возможностей со стороны персонала.

Комплементарный подход заключается в сохранении основных преимуществ действующей на руднике геотехнологии, модернизированной с использованием цифровизации и роботизации до частичного или полномасштабного освоения автоматизации [11–14]. В результате использования комплементарного подхода происходит поэтапное, гармоничное освоение и эффективное применение современных технологий в новом этапе жизненного цикла ГТС.

Результаты и их обсуждение

Накопленный лабораторией подземной геотехнологии ИГД УрО РАН опыт при разработке и внедрении технических решений по модернизации подземной геотехнологии на действующих рудниках, ведущих добычу руд в разнообразных условиях, показывает, что решения, разработка которых проводилась с использованием комплементарного подхода к оптимизации параметров горных конструкций, технических и технологических подсистем ГТС для освоения средств цифровизации, роботизации и автоматизации за счет целенаправленного преобразования горнотехнических условий с учетом широкого спектра действующих внешних и внутренних факторов, позволяют обеспечить значительное повышение эффективности и безопасности ведения горных работ.

Отдельные примеры данных технических преобразований ГТС представлены в таблице. Дальнейшие исследования будут направлены на выявление причин и факторов, прямо или косвенно влияющих на эффективность освоения новых проектных решений, использующих средства цифровизации и роботизации в сложившихся условиях работы горнодобывающих предприятий.

Таблица Технические решения при модернизации подземной геотехнологии на основе комплементарного подхода к взаимной оптимизации подсистем ГТС

Table Technical solutions in upgrading underground mining systems based on a complementary approach to mutual optimization of mining subsystems

Заключение

Для того чтобы цифровизация, роботизация, а в последующем и полная автоматизация принесли желаемый эффект, необходимы значительная подготовительная работа по обоснованию параметров ГТС, а также создание условий для применения программного обеспечения и оборудования, технологическое функционирование которого зависит от получения актуальной геологической информации об объекте разработки и оперативных данных по освоению участка недр.

Немаловажен и учет уровня квалификации персонала, инфраструктурных и внешнеэкономических условий. Повышение уровня подготовки горных инженеров, технических работников и инженерно-технических работников предприятий должно быть первоочередной вехой становления пути полномасштабного использования автоматизации на горнорудных предприятиях Российской Федерации.

Используя принципы комплементарного подхода к оптимизации параметров ГТС, модернизированная геотехнология позволит обеспечить комплексную стабильность функционирования горного предприятия и соответствие технических решений изменяющимся горно-геологическим и экономическим условиям освоения месторождений полезных ископаемых.

Список литературы

1. Захаров В.Н., Каплунов Д.Р. Развитие исследований в области теории проектирования горнотехнических систем и геотехнологий при комплексном освоении недр. Горный журнал. 2024;(4):4–8.

2. Яковлев В.Л. Основные этапы и результаты исследований по разработке методологических основ стратегии развития горнотехнических систем при освоении глубокозалегающих месторождений твердых полезных ископаемых. Горная промышленность. 2022;(1S):34–45. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-1S-34-45

3. Соколов И.В., Смирнов А.А., Антипин Ю.Г., Барановский К.В., Никитин И.В., Рожков А.А. Результаты экспериментальных исследований подземной добычи высокоценного кварца в условиях Кыштымского рудника. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2018;(1):97–106. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20180112

4. Stacey T.R. Rock engineering design – the importance of process, prediction of behaviour, choice of design criteria, review and consideration of risk. In Potvin Y. (ed.) Design methods 2015: Proceedings of the International seminar on design methods in underground mining. Perth: Australian Centre for Geomechanics; 2015, pp. 57–76. https://doi.org/10.36487/ACG_rep/1511_0.4_Stacey

5. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Особенности технического переоснащения подземных рудников на современном этапе развития геотехнологий. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018;(3):113–122.

6. Соколовский А.В., Пикалов В.А., Терешина М.А. Вопросы проектирования эффективных горнодобывающих предприятий. Горная промышленность. 2023;(2):22–24. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-2-22-24

7. Калмыков В.Н., Петрова О.В., Мамбетова Ю.Д. Обоснование параметров технологических резервов устойчивого функционирования горнотехнической системы при подземной разработке медноколчеданных месторождений. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(8):5–16. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-8-0-5-16

8. Соколов И.В., Смирнов А.А., Антипин Ю.Г., Никитин И.В., Барановский К.В. Направления развития и опыт применения подземной геотехнологии с использованием самоходной техники на уральских рудниках. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013;(4):66–74.

9. Савич И.Н., Мустафин В.И. Перспективы применения и обоснование проектных решений при этажном и подэтажном торцевом выпуске руды. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(S1):419–429.

10. Дик Ю.А., Котенков А.В., Танков М.С., Башков В.И. Практика технического перевооружения рудников АО «Евразруда» на самоходное оборудование. СПб.: ПервоГрад; 2019. 397 с.

11. Хажиев В.А. Методический подход к оценке эффективности системы эксплуатации оборудования технологического комплекса горного предприятия. Горное оборудование и электромеханика. 2022;(2):14–21. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-2-14-21

12. Yannick I.Y. Management of efficiencies of mining equipment. Industrial Engineering & Management. 2018;7(3):1000264. https://doi.org/10.4172/2169-0316.1000264

13. Dadhich S., Bodin U., Andersson U. Key challenges in automation of earth-moving machines. Automation in Construction. 2016;68:212–222. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2016.05.009

14. Marshall J.A., Bonchis A., Nebot E., Scheding S. Robotics in Mining. In: Siciliano B., Khatib O. (eds) Springer Handbook of Robotics. Cham: Springer Handbooks. Springer; 2016, pp. 1549–1576. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32552-1_59