Переход к роботизированным и цифровым геотехнологиям – производственная необходимость и объективная реальность
Рыльникова М.В.
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №5S/ 2025 стр. 04-08
Резюме: В статье доказано, что роботизация и цифровизация геотехнологий – это осознанная и объективная реальность, обусловленная тенденцией усложнения горно-геологических и природно-климатических условий разработки вновь вводимых в эксплуатацию месторождений, ухудшением горнотехнических условий эксплуатации действующих месторождений с вскрытыми и подготовленными запасами на разрабатываемых карьерах, рудниках, разрезах, шахтах, когда в силу экономических и технико-технологических проблем практически готовые к выемке запасы теряются в недрах Земли. Доказано, что для преодоления этих условий необходим вывод человека из опасной зоны ведения горных работ для отработки запасов на участках с повышенной загазованностью рудничной атмосферы, при повышенных или весьма низких температурах среды, в зонах с высокой вероятностью обрушения и нарушения устойчивости горных выработок, проявлении горного давления в динамической форме, при смерзании горных пород либо высоком риске прорыва подземных, при накопленных в выработанных пространствах вод. Внедрение роботизированных геотехнологий, параметры которых определены на основе цифровизации и обоснования характеристик технологических процессов, способно существенно расширить объем эксплуатируемых минеральных сырьевых ресурсов и обеспечить реализацию технико-технологических решений для эффективной и безопасной добычи природного и природно-техногенного сырья на расширенной основе.
Ключевые слова: полезные ископаемые, месторождения, геотехнология, комбинации технологических процессов, роботизация, цифровизация, опасные зоны, безопасность горных работ
Для цитирования: Рыльникова М.В. Переход к роботизированным и цифровым геотехнологиям – производственная необходимость и объективная реальность. Горная промышленность. 2025;(5S):04–08. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-5S-04-08
Информация о статье
Поступила в редакцию: 21.08.2025
Поступила после рецензирования: 15.10.2025
Принята к публикации: 21.10.2025
Информация об авторе
Рыльникова Марина Владимировна – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-9984-5980; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Введение. Актуальность постановки задач
Требования устойчивого функционирования и развития горнотехнических систем при разработке месторождений твёрдых полезных ископаемых предполагают постоянную обеспеченность горнотехнической системы не только материальными, финансовыми, трудовыми и энергетическими ресурсами, но и наличия заблаговременно подготовленной горнотехнической базы – вскрытых и своевременно подготовленных к выемке запасов полезных ископаемых с полным описанием особенностей их вещественного состава, свойств, состояния в массиве горных пород [1–3]. Это возможно исключительно на основании полной цифровизации характеристик и параметров геотехнологических процессов, обобщения мирового опыта разработки и применения передовых программных цифровых продуктов, предназначенных для подготовки проектов разработки месторождений с различным масштабом решения поставленных задач – от подготовки предварительного технико-экономического обоснования (предТЭО), ТЭО, базового проекта на разработку месторождения и более детальных рабочих проектов на отдельные этапы освоения месторождений или реализации определённых технологических процессов и решений и инновационных технико-технологических задач при постоянном совершенствовании технологического уклада горного производства [4–7].
Как показал анализ мировых тенденций в изменении технологического уклада горных работ, основные тенденции в его совершенствовании связаны с автоматизацией и роботизацией горной техники, позволяющей вывести операторов непосредственно из опасных зон введения горных работ. Только в этом случае может быть обеспечено наиболее полное и безопасное комплексное извлечение полезных ископаемых из недр с глубокой переработкой сырья для извлечения из них всех ценных компонентов [8–11].
Технико-технологические решения задач
Безусловно, вторым условием развития геотехнологий является сочетание процессов открытых и подземных горных работ с физико-химическими геотехнологиями при постоянном обоснованном переходе на применение автономного горнотранспортного оборудования в варианте с автоматизированным управлением как базовой основы автономных геотехнологий с последовательным безопасным переходом на оборудование с дистанционным либо роботизированным управлением в программном или самообучающемся режиме [12–14]. Вывод оператора из опасной зоны ведения горных работ с полным отказом от участия человека в выполнении технологических процессов способны существенно расширить минерально-сырьевую базу за счёт повышения полноты извлечения полезных ископаемых из недр в результате снижения риска аварии при производстве горных работ в опасной зоне.
Систематизация автономного горнотранспортного оборудования, перспективного для использования в опасных зонах открытых и подземных рудников, приведена на рис. 1.
Рис. 1 Систематизация автономного горнотранспортного оборудования
Fig. 1 Systematization of autonomous mining haulage equipment
По сути спецификация автономного горнотранспортного оборудования уже описана выше. Здесь хотелось отметить, что автоматизированное оборудование с частичным участием операторов в выполнении части геотехнологических процессов либо оборудование, работающее при дистанционном управлении оператора, является базовой составляющей переходного периода полной роботизации геотехнологических процессов.
При этом роботизированное оборудование работает по заранее сформированному алгоритму, реализованному в программном режиме либо на более высоком уровне самообучающегося режима на основе встроенного программного режима работы искусственного интеллекта. Важно понимать, что процесс перехода на роботизированные геотехнологические процессы – это поэтапный процесс, он не может произойти единовременно и требует замены одного вида автономного оборудования на другой с обязательным обоснованием условий промышленной и экологической безопасности в переходный период. Причём роботизация геотехнологических процессов не является прихотью научных сотрудников или данью моде, как многие считают, – нереальной и фантастической идеей, а является объективной производственной необходимостью, широко апробированной в мировой практике ведения открытых и подземных горных работ. Роботизация горных работ – это осознанная и необходимая реальность, обусловленная тенденцией усложнения горно-геологических условий на вновь вводимых в эксплуатацию месторождениях, явного ухудшения горнотехнических условий доработки уже вскрытых и подготовленных запасов на действующих карьерах, разрезах, рудниках и шахтах.
Многочисленными исследованиями доказано, что при внедрении автономной, в том числе роботизированной горной техники, обеспечиваются безопасные условия для извлечения запасов из опасных зон, ранее недоступных для ведения горных работ механизированной техникой, управляемой оператором.
В частности, при выводе оператора из опасных зон появляются условия для отработки запасов на участках с повышенной загазованностью рудничной атмосферы в горных выработках, ведения горных работ при повышенных положительных и пониженных отрицательных температурах, в зонах с повышенной вероятностью нарушения устойчивости горных выработок, проявлениями горного давления в динамической форме, при смерзании либо обводненности массива горных пород и пр. Кроме того, внедрение роботизированных геотехнологий способствует расширению сферы эксплуатации техногенного сырья, созданию условий экологически безопасного складирования, хранения и утилизации минерально-сырьевых отходов горно-перерабатывающего комплекса.
Развитие технологического уклада горного производства связано с увеличением степени роботизации и интеллектуализации геотехнологий. Причем особенностью роботизированных геотехнологий является невозможность их сочетания с механизированными технологическими процессами, управляемыми операторами. При этом исключается возможность применения на одном осваиваемом участке горного оборудования различного технологического уклада, так как при совместной работе на одном участке человеческого и машинного либо искусственного интеллекта возникают дополнительные риски неснизронного их взаимодействия, что подтверждается множественными фактами из практики горных работ.
Применение роботизированной горнотранспортной техники как на стадии ввода в эксплуатацию новых месторождений, так и на стадии доработки эксплуатируемых месторождений способно обеспечить устойчивость горнотехнических систем на всех этапах освоения месторождения в динамике развития горных работ с соответствующим изменением их проектной составляющей.
Условия перехода к роботизированным геотехнологиям
Переход к роботизированным геотехнологиям является объективным условием функционирования и развития горнодобывающих предприятий. Это связано с объективными факторами, обусловленными усложнением горно-геологических, геомеханических, горнотехнических и природно-климатических условий освоения месторождений твёрдых полезных ископаемых, повышением уровня риска при освоении участков месторождений в наиболее опасных зонах. Крупномасштабные мировые санкции привели к осложнениям финансовых условий освоения месторождений, отсутствию возможности приобретения запчастей на действующее оборудование от международных поставщиков, нарушению установленных связей по приобретению оборудования для действующих горных предприятий.
Следует также особо подчеркнуть сформированный дефицит рабочей силы в связи с ее отвлечением на военную операцию. В настоящее время дефицит кадров разного уровня ответственности проявляется на всех уровнях организации горного производства. Поэтому широкомасштабная роботизация и цифровизация геотехнологических процессов является очевидно производственной необходимостью эффективного развития горных работ.
В связи с этим переход к роботизированным геотехнологиям – это не дань моде, не прихоть разработчиков геотехнологий и техники, а объективная реальность, которая требует понимания, что переход на роботизированные геотехнологические процессы – это поэтапный процесс, он не может произойти единовременно и требует замены одного вида автономного оборудования на другой с обязательным обоснованием условий промышленной и экологической безопасности, внедрения новой техники, особенно в переходный период. Развитие технологического уклада горного производства связано с увеличением уровня автоматизации и роботизации геотехнологий – с поэтапным переходом от автоматизированных горнотехнических систем к дистанционно управляемым и роботизированным (рис. 1). Развитие роботизированных геотехнологий сопровождается увеличением степени роботизации геотехнологических процессов с последовательным переходом от единичной – к частичной и затем к полной роботизации всех процессов с нулевым вводом исполнителей в опасные зоны ведения горных работ. Особенностью роботизированных геотехнологий является невозможность их сочетания с механизированными технологическими процессами, управляемыми операторами. При этом исключается на одном осваиваемом участке применения горного оборудования различного технологического уклада, так как при совместной работе на одном участке человеческого, машинного и искусственного интеллекта возникают дополнительные риски неснизронного их взаимодействия, что подтверждается множественными фактами из практики горных работ.
При этом имеет принципиальное значение обеспечение обоснованного и разумного перехода на применение роботизированных геотехнологий на опасных производственных объектах горнодобывающего комплекса. Причем научно-методической и прикладной основой этого перехода является полная цифровизация геотехнологических процессов, позволяющая: наиболее полно и экономически оправданно извлечь из недр ценные компоненты из природного и техногенного сырья, различного по составу и содержанию основных и попутных полезных ископаемых; рационально использовать вскрышные породы и породы попутной добычи, минерализованные воды, природные газы, сформированные открытыми и подземными горными работами выработки, тепло недр Земли и иные энергетические потоки; повысить качество природного и техногенного минерального сырья за счет применения специальных геотехнологических процессов подготовки природных залежей и сопутствующих техногенных образований к эксплуатации; обеспечить сохранение саморегулирующей и самовосстанавливающей функций земных недр за счёт использования экологически щадящих геотехнологий, оптимизации размещения участков их применения и обоснования масштаба применения и параметров комбинированных геотехнологий.
На основе цифровизации и роботизации геотехнологических процессов с применением соответствующего программного обеспечения выполняются: прогноз и обоснование при проектировании видов вовлекаемых в эксплуатацию георесурсов и направлений их эффективного использования; определение видов применяемых геотехнологий и их рациональных сочетаний на конкретных этапах функционирования горнотехнической системы; оптимизация не столько сроков и объемов, сколько условий вовлечения в эксплуатацию всех промышленно значимых георесурсов; управление качеством твёрдых и жидких минерально-сырьевых потоков, формируемых на различных этапах освоения земных недр, а также введения в эксплуатацию участков земных недр; своевременное воспроизводство георесурсов путем решения вопросов вскрытия и подготовки запасов к очистной выемке, а также сохранения их полезной ценности с целенаправленным формированием георесурсов нового вида с требуемым вещественным составом и структурой; обеспечение в заданный период времени выпуска необходимого объема товарной продукции расширенного ассортимента в обогатительном, пиро- или гидро- металлургическом переделе либо в ином технологическом цикле; формирование замкнутого оборота минерального вещества при обязательной утилизации отходов горной добычи и последующего передела, преимущественно в выработанном пространстве недр; оптимизация проектных решений по критериям максимума технико-экономического и эколого-социального эффекта с учётом качественно-количественной оценки рисков реализации комбинированных геотехнологий, в том числе при внедрении роботизированных геотехнологических процессов.
Эффективность перехода на роботизацию геотехнологических процессов
Условием внедрения роботизированных геотехнологий является учет их в базовом проекте комплексного освоения месторождений при разработке единого комплексного проекта на освоение участка недр с решением вопросов поэтапного вовлечения в эксплуатацию всех содержащихся в нём природных и техногенных георесурсов при оптимизации во времени и пространстве последовательности и масштабов реализации сочетания процессов комбинированных геотехнологий освоения природных залежей минерального сырья и сопутствующих техногенных образований, предпочтительно в сформированных горными работами выработанных пространствах. При этом обязательным условием является достижение безубыточности и требуемой рентабельности комплексного освоения месторождений на всех этапах эксплуатации лицензионного участка недр с установлением в базовом проекте на освоение месторождения не столько границ, сколько условий применения комбинированных геотехнологий в их рациональных сочетаниях.
Определение рациональных сочетаний геотехнологических процессов добычи и переработки природного и техногенного минерального сырья является условием успешной реализации проектов внедрения роботизированных геотехнологий в XXI в.:
– совершенствование техники и технологий добычи твердых полезных ископаемых, соответствующих современному уровню мировой горной науки и производства и состоянию осваиваемых участков недр;
– повышение организационно-технологического уровня производства с целью повышения его эффективности, интенсивности и роста производительности труда;
– разработка и утверждение норм технологического проектирования горных предприятий с рациональным сочетанием способов добычи полезных ископаемых, соответствующих современным знаниям о техногенном изменении недр Земли и требованиям их комплексного освоения и сохранения;
– масштабное развитие систем спутниковой навигации и диспетчеризации для централизованного и дистанционного управления горными работами и – как высший показатель – проектирование и строительство рудников с интеллектуальным управлением без участия человека в операционных процессах;
– активное использование выработанных пространств рудников в качестве многофункционального геотехнологического ресурса;
– перенос технологических процессов предподготовки и переработки минерального сырья, утилизации отходов в выработанное пространство рудников;
– совершенствование логистической схемы горнотехнической системы;
– многократное повышение энергоэффективности геотехнологий за счет технологий энергосбережения и энерговоспроизводства в ходе реализации технологических процессов освоения недр;
– разработка и реализация безотходных геотехнологий освоения месторождений полезных ископаемых с полной утилизацией отходов их добычи и переработки в выработанном пространстве недр.
Заключение
Роботизация геотехнологических процессов является объективной производственной необходимостью, широко апробированной в мировой практике ведения открытых и подземных горных работ, это осознанная реальность, обусловленная тенденцией усложнения горно-геологических условий на вновь вводимых в эксплуатацию месторождениях, явного ухудшения горнотехнических условий доработки уже вскрытых и подготовленных запасов на действующих карьерах, рудниках и шахтах.
Внедрение роботизированной горной техники способно обеспечить безопасные условия для извлечения запасов из опасных зон, ранее недоступных для ведения горных работ механизированной техникой, управляемой оператором.
Переход на роботизированные геотехнологические процессы – это поэтапный процесс, он не может произойти единовременно и требует замены одного вида автономного оборудования на другой с обязательным обоснованием условий промышленной и экологической безопасности в переходный период.
Применение роботизированной горнотранспортной техники как на стадии ввода в эксплуатацию новых месторождений, так и на стадии доработки эксплуатируемых месторождений способно обеспечить устойчивость горнотехнических систем на всех этапах освоения месторождения в динамике развития горных работ с соответствующими изменениями их проектной составляющей.
Список литературы
1. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Развитие научно-методических основ устойчивости функционирования горнотехнических систем в условиях внедрения нового технологического уклада. Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020;(4):24–39.
2. Лисенков А.А., Джарлкаганов У.А. Нормирование запасов полезных ископаемых по степени подготовленности к добыче с учетом динамики развития горных работ в карьере. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(5):54–67. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_5_0_54
3. Rysbekov K., Toktarov A., Kalybekov T., Moldabayev S., Yessezhulov T., Bakhmagambetova G. Mine planning subject to prepared ore reserves rationing. E3S Web of Conferences. 2020;168:00016. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016800016
4. Мацко Н.А., Харитонова М.Ю. Цифровизация горной промышленности и состояние минерально-сырьевой базы. Известия Дальневосточного федерального университета. Экономика и управление. 2022;(3):37–47. https://doi.org/10.24866/2311-2271/2022-3/37-47
5. Полянская И.Г., Юрак В.В., Стровский В.Е. Цифровые технологии в обращении с геологической информацией. Известия Уральского государственного горного университета. 2024;(2):167–175.
6. Черемисина Е.Н., Костылева Т.В., Мурадян А.В. Цифровизация в геологоразведке: обзор и анализ современного состояния. Геоинформатика. 2021;(4):18–27. https://doi.org/10.47148/1609-364X-2021-4-18-27
7. Wang Y., Tian H.M. Digital geotechnics: from data-driven site characterisation towards digital transformation and intelligence in geotechnical engineering. Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards. 2023;18(1):8–32. https://doi.org/10.1080/17499518.2023.2278136
8. Прокопьева В.М., Каймонов М.В. Обзор роботизированной техники в горном деле. Интерактивная наука. 2023;(8):49–53. https://doi.org/10.21661/r-560707
9. Чещин Д.О., Плохих В.В. Автоматизация в горной промышленности и ударная машина для роботизированного комплекса. Проблемы недропользования. 2022;(1):46–54. https://doi.org/10.25635/2313-1586.2022.01.046
10. Хазин М.Л. Роботизированная техника для добычи полезных ископаемых. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2020;18(1):4–15. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2020-18-1-4-15
11. Ruiz-del-Solar J. The road to the mine of the future: Autonomous collaborative mining. Mining. 2025;5(2):25. https://doi.org/10.3390/mining5020025
12. Long M., Schafrik S., Kolapo P., Agioutantis Z., Sottile J. Equipment and operations automation in mining: A review. Machines. 2024;12(10):713. https://doi.org/10.3390/machines12100713
13. Li G., Yao J. A review of in situ leaching (ISL) for uranium mining. Mining. 2024;4(1):120–148. https://doi.org/10.3390/mining4010009
14. Ruiz-del-Solar J. The road to the mine of the future: autonomous collaborative mining. Mining. 2025;5(2):25. https://doi.org/10.3390/mining5020025
