Безлюдная выемка карьерными экскаваторами: алгоритмическое управление и моделирование процесса черпания
А.С. Иванов1, О.А. Лукашук2, Д.С. Стожков3, А.В. Угольников3
1 ПАО «Сбербанк», г. Москва, Российская Федерация
2 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Российская Федерация
3 Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация
Горная Промышленность №5/ 2026 стр. 32-38
Резюме: Рассмотрены современные подходы к реализации безлюдной экскаваторной выемки с акцентом на снижение влияния человеческого фактора за счёт перехода к управлению на основе данных и цифровых моделей. Цель исследования – разработка и обоснование методического подхода к алгоритмическому управлению процессом черпания и погрузки. В качестве метода использована формализация управления траекторией движения ковша как многокритериальной задачи оптимизации с ограничениями по нагрузкам, геометрии забоя и условиям безопасности, а также моделирование работы системы на основе данных датчиков и цифровой модели забоя. Показано, что использование замкнутого контура управления с обратной связью по нагрузкам и положению рабочего оборудования позволяет стабилизировать параметры цикла, снизить вариативность режимов работы на 15–25% и ограничить пиковые нагрузки на 10–18%. Дополнительно рассмотрены методы адаптации алгоритмов к изменяющимся условиям забоя, включая учёт кусковатости породы и использование телеметрических данных. Установлено, что внедрение виртуальной зоны загрузки и интеграция с карьерной автоматизированной системой управления обеспечивают повышение безопасности и качества погрузки транспортных средств. Полученные результаты показывают, что переход к алгоритмическому управлению на основе цифровых моделей создаёт предпосылки для внедрения обслуживания по фактическому состоянию и дальнейшей цифровой трансформации горного производства.
Ключевые слова: безлюдная выемка, карьерный экскаватор, алгоритмическое управление, цифровая модель забоя, цифровой двойник, Mining 4.0
Для цитирования: Иванов А.С., Лукашук О.А., Стожков Д.С., Угольников А.В. Безлюдная выемка карьерными экскаваторами: алгоритмическое управление и моделирование процесса черпания. Горная Промышленность. 2026;(5):32–38. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2026-5-32-38
Информация о статье
Поступила в редакцию: 08.05.2026
Поступила после рецензирования: 24.06.2026
Принята к публикации: 29.06.2026
Информация об авторах
Иванов Алексей Сергеевич – кандидат технических наук, руководитель направления, ПАО «Сбербанк», г. Москва, Российская Федерация; Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Лукашук Ольга Анатольевна – кандидат технических наук, заведующий кафедрой подъёмно-транспортных машин и роботов, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-4952-0344; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Стожков Дмитрий Сергеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники, Уральский госу- дарственный горный университет, г. Екатеринбург, Рос- сийская Федерация; https://orcid.org/0009-0003-8962-9357; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Угольников Александр Владимирович – кандидат тех- нических наук, доцент, заведующий кафедрой электротех- ники, Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-8442-4841; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Bi L., Wang Z., Wu Z., Zhang Y. A new reform of mining production and management modes under Industry 4.0: Cloud mining mode. Applied Sciences. 2022;12(6):2781. https://doi.org/10.3390/app12062781
2. Velikanov V.S., Dyorina N.V., Korotkova A.N., Dyorina K.S. The challenges of Industry 4.0 and the need for new answers in the mining industry. Izvestiya Uralskogo Gosudarstvennogo Gornogo Universiteta. 2021;(2):154–166. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2021-2-154-166
3. Балашов А.М. Перспективы использования цифровых решений и возможностей «Индустрии 4.0» в производственных процессах предприятий горной промышленности. 2024;(2):46–53. Режим доступа: https://chemintech.ru/ru/nauka/article/80996/view (дата обращения: 19.03.2026).
4. Chen L., Xie Y., He Y., Ai Y., Tian B., Li L. et al. Autonomous mining through cooperative driving and operations enabled by parallel intelligence. Communications Engineering . 2024;3:75. https://doi.org/10.1038/s44172-024-00220-5
5. Fu T., Zhang T., Lv Y., Song X., Li G., Yue H. Digital twin-based excavation trajectory generation of Uncrewed excavators for autonomous mining. Automation in Construction . 2023;151:104855. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2023.104855
6. Великанов В.С., Олизаренко В.В. К вопросу ранжирования профессиональных навыков машиниста карьерных экскаваторов. Горный информационно-аналитический бюллетень . 2010;(3):315–319. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2010/3/Velikanov_3_2010.pdf (дата обращения: 19.03.2026).
7. Великанов В.С. Тестовые методики и тренажерные средства в системе повышения профессионального мастерства операторов горных машин. Горный журнал. 2012;(9):131–133. Режим доступа: https://www.rudmet.ru/journal/949/article/14870/ (дата обращения: 19.03.2026).
8. Шишлянников Д.И., Иванов С.Л., Звонарев И.Е., Зверев В.Ю. Повышение эффективности применения выемочных и транспортирующих машин комбайновых комплексов калийных рудников. Горный информационно-аналитический бюллетень . 2020;(9):116–124. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-9-0-116-124
9. Шешукова Е.И., Шибанов Д.А., Иванов С.Л., Шишкин П.В. Оценка нагрузок приводов рабочего оборудования карьерного экскаватора (часть 2). Горная промышленность. 2024;(4):108–114. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-108-114
10. Хамидов О.У., Шибанов Д.А., Шишкин П.В., Колпаков В.О. Эффективность применения экскаваторов на карьерах Узбекистана. Горная промышленность . 2024;(5):135–142. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5-135-142
11. Ivanov S.L., Shishkin P.V. Integral criterion of mining machines technical condition level at their operation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017;87:022009. https://doi.org/10.1088/1755-1315/87/2/022009
12. Nobahar P., Xu C., Dowd P., Faradonbeh R.S. Exploring digital twin systems in mining operations: A review. Green and Smart Mining Engineering. 2024;1(4):474–492. https://doi.org/10.1016/j.gsme.2024.09.003
13. Miao B., Ge S., Guo Y., Zhou J., Jiang E. Construction of digital twin system for intelligent mining in coal mines. Journal of Mining Science and Technology. 2022;7(2):143–153. (In Chinese) https://doi.org/10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.001
14. Великанов В.С., Гришин И.А., Акманова З.С., Лукашук О.А., Лукашук А.Д. Современные аспекты создания горнотранспортных машин в условиях цифровой трансформации горных предприятий. Горная промышленность. 2024;(5S):28–32. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-5S-28-32
15. Иванов А.С., Макарова В.В. IT-технологии в проектировании, эксплуатации и ремонте горных машин. Горная промышленность. 2026;(2):114–119. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2026-2-114-119
16. Hazrathosseini A., Afrapoli A.M. The advent of digital twins in surface mining: Its time has finally arrived. Resources Policy. 2023;80:103155. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2022.103155
17. Абу-Абед Ф.Н., Наумова Л.Г. IT-технологии в автоматизации технологических процессов в горной промышленности. Техника и технология горного дела . 2019;(3):21–35. https://doi.org/10.26730/2618-7434-2019-3-21-35
18. Плащинский В.А., Шешукова Е.И., Салимов А.Э., Шибанов Д.А., Иванов С.Л. Численное моделирование процесса копания ковшом экскаватора методом дискретных элементов. Горная промышленность. 2025;(4):144–150. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4-144-150
19. Дремин А.В., Ситдикова С.В., Великанов В.С., Стожков Д.С., Гришин И.А. Анализ кусковатости горных пород в реальном времени с использованием отечественного программно-аппаратного обеспечения. Горная промышленность . 2025;(3):118–123. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-3-118-123
20. Лях Д.Д., Худякова И.Н., Иванов С.Л. Обоснование параметров модуля формования торфяного сырья и энергомассовых характеристик комплекса оборудования по добыче и переработке торфа. Горный информационно-аналитический бюллетень . 2022;(6):93–108. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_6_0_93
21. Zvonarev I.E., Ivanov S.L. Evaluation of losses in transmission of machinery for development of mineral deposits in conditions of variable load. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017;87:022024. https://doi.org/10.1088/1755-1315/87/2/022024
22. Мякотных А.А., Иванова П.В., Иванов С.Л. К вопросу классификации комплексов добычи торфяного сырья. Горная промышленность. 2023;(6):137–142. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-6-137-142
