کاهش ریسک معدن‌کاری با فناوری

به گزارش می‌متالز، طبق آمار ایمن‌ترین روش استخراج زغال از معادن استفاده از تجهیزات کنترل از راه دور است و استخراج به صورت دستی ریسک فعالیت معدن‌کاری را در معادن زغال سنگ به‌شدت افزایش می‌دهد. مدیریت و کنترل بخش‌های مختلف معدن‌کاری نیازمند ابزار‌های نوین است تا بتواند با کاهش هزینه‌ها و ریسک‌ها بهره‌وری را افزایش دهد.

استفاده از فناوری‌های معدن‌کاری دیجیتال و اتوماسیون معادن راهکاری کارآمد و موثر در کاهش خطرات و حوادث است که طی چند دهه اخیر در دنیا مطرح شده و به‌سرعت در حال گسترش در تمامی معادن به‌ویژه معادن زغال سنگ است. بهره‌گیری از ابزار‌های معدن‌کاری دیجیتال مانند اینترنت اشیا می‌تواند از وقوع بسیاری از حوادث در معادن زغال سنگ جلوگیری کرده و علاوه بر افزایش ایمنی و سلامت کارگران، باعث حفظ سرمایه‌ها، افزایش تولید، حفاظت از محیط‌ زیست و افزایش بهره‌وری معادن زغال سنگ کشور شود.

عمده سیستم‌های اجرایی در یک معدن دیجیتال مبتنی بر فناوری‌های اینترنت اشیا، مانیتورینگ متمرکز و هوشمند، هوش مصنوعی، تحلیل کلان‌داده و پردازش ابری هستند. بهره‌گیری از مجموع این فناوری‌ها باعث نظارت دقیق بر تمامی فضای معدن، کنترل تمامی ماشین‌آلات و تجهیزات، ردیابی و کنترل افراد حاضر در محیط معدن خواهد شد. با بهره‎گیری از مجموعه عوامل فوق می‌توان خطا‌ها را شناسایی و تهدید‌های بالقوه را به طور دقیق و بلادرنگ پیش‌بینی کرد که این امر برای کارکرد ایمن‌تر و کارآمدتر تجهیزات و نیروی انسانی شاغل در معدن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

اینترنت اشیای (IoT) و حسگر‌های هوشمند

حسگر‌های گاز متان و دی‌اکسیدکربن: یکی از مهم‌ترین عوامل در جلوگیری از انفجار در معادن زغال سنگ، پایش غلظت گاز‌های متان، دی‌اکسیدکربن و اکسیژن به‌طور لحظه‌ای است. با استفاده از حسگر‌های متصل به شبکه اینترنت اشیا، می‌توان این گاز‌ها را در تمامی بخش‌های معدن و در عمق‌های مختلف پایش کرده و در صورت افزایش غلظت، هشدار‌های فوری به سیستم کنترل ارسال کرد. همچنین، سامانه‌های تهویه خودکار با اتصال به این شبکه‌ها قادر به تنظیم جریان هوا در تونل‌ها و کاهش خطر انفجار هستند.

نصب شبکه‌ای از حسگر‌ها در طول تونل‌ها و نقاط بحرانی، با فواصل چند ده متری، امکان اندازه‌گیری مداوم غلظت گاز‌های خطرناک را فراهم می‌کند. این حسگر‌ها با معماری Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) به ایستگاه‌های مرکزی متصل می‌شوند و در صورت افزایش غلظت بالاتر از آستانه‌های ایمنی، الگوریتم‌های هشداردهنده فعال می‌شوند.

شتاب‌سنج‌ها و ژئومکانیک: با مانیتورینگ پیوسته ارتعاشات، فشار و گرادیان تنش در سقف و دیواره‌ها، تیم‌های ژئوتکنیک می‌توانند وقوع شکستگی یا ترک‌خوردگی‌های اولیه را شناسایی کنند. این داده‌ها به‌شکل نمودار‌هایی در پلتفرم‌های ابری ذخیره و تحلیل می‌شوند تا روند‌های خطرسازی پیش از وقوع حادثه کشف شوند.

شبکه‌های ارتباطی پایدار: استفاده از فناوری‌های اختصاصی همچون Private LTE/۵G و شبکه‌های رادیویی دیجیتال، تضمین می‌کند که سیگنال‌های اضطراری لحظه‌ای و بی‌وقفه به مراکز کنترل برسند حتی در عمیق‌ترین بخش‌های معدن.

نقشه‌ای زنده از زیرزمین: شبیه‌سازی سه‌بعدی و دو قلوی دیجیتال

ایجاد نسخه دیجیتال معدن: با اسکن لیزری سه‌بعدی (LiDAR) و مدل‌سازی زمین‌شناسی مبتنی بر داده‌های ژئوفیزیکی، یک «دو قلوی دیجیتال» دقیق از تونل‌ها و مخازن زغال سنگ ساخته می‌شود. این مدل شامل همه جزئیات از ضخامت لایه‌های زغال سنگ تا تغییرات شیب و ترک‌خوردگی‌های میکروسکوپی است.

آنالیز لحظه‌ای فشار: با وارد کردن داده‌های حسگر‌ها به دو قلوی دیجیتال، می‌توان همزمان تاثیر فشار‌های گازی یا وزنی را بر ساختار‌های زیرزمینی شبیه‌سازی کرد. نتیجه، پیش‌بینی نقاط مستعد ریزش و امکان برنامه‌ریزی برای تقویت یا تغییر مسیر استخراج است.

به‌روزرسانی پویا: هر بار که نقشه‌برداری جدید یا رخداد ژئوتکنیک ثبت می‌شود، مدل دیجیتال به‌روزرسانی می‌شود؛ بنابراین تصمیم‌گیران همواره به آخرین وضعیت پایدار خاک و سنگ دسترسی دارند.

تحلیل داده‌های بزرگ (Big Data) و هوش مصنوعی

پیش‌بینی انفجار: با گردآوری تاریخچه حوادث انفجار در معادن مختلف و داده‌های حسگر‌ها (دما، رطوبت، غلظت گاز، ارتعاش)، الگوریتم‌های یادگیری ماشین می‌توانند الگو‌های هشداردهنده را شناسایی کنند. برای مثال، ترکیب افزایش دما در کنار نوسان ناگهانی فشار می‌تواند به‌عنوان «سندرم انفجار قریب‌الوقوع» تعریف شود.

نگهداری پیشگویانه (Predictive Maintenance): تحلیل پیوسته داده‌های عملکرد پمپ‌ها، ژنراتور‌ها و دستگاه‌های تهویه اجازه می‌دهد پیش از خرابی یا کاهش کارایی، تعمیرات لازم انجام شود و از ایجاد شرایط خطرناک ناشی از کاهش تهویه در تونل‌ها جلوگیری گردد.

سیستم دستیار هوشمند: پلتفرم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی می‌توانند در لحظه پیشنهاد دهند که کدام بخش از معدن باید اول تخلیه شود، کدام تجهیزات سریع‌تر سرویس شوند یا چه تغییراتی در توالی استخراج به کاهش ریسک کمک می‌کند.

خودکارسازی عملیات پرمخاطره

روبات‌های حفاری و بارگیری: در غیاب تجهیزات و ماشین‌آلات اتوماتیک، سال‌ها است که از کارگران خواسته می‌شود تا در محیط‌های پرخطر و دور از دسترس با استفاده از ابزار ابتدایی یا با کنترل ماشین‌آلات از نزدیک به استخراج زغال سنگ بپردازند. بروز حوادث متعدد برای کارگران معادن زغال سنگ در سراسر دنیا باعث شد تا رویکرد‌ها نسبت به روش‌های سنتی استخراج زغال سنگ تغییر یابد. از سال ۱۹۵۰ تلاش‌ها در انگلستان برای توسعه سیستم‌های اتوماسیون استخراج زغال سنگ آغاز شد. در ابتدا گسترش سیستم‌های اتوماسیون در معادن زیر‌زمینی زغال سنگ با شکست روبه‌رو شد. این شکست‌ها به‌دلیل در دسترس نبودن اطلاعات دقیق مکانی تجهیزات و ماشین‌آلات بوده است.

در سال ۲۰۰۱ بخش تحقیق و توسعه پژوهشگاه ملی استرالیا طرحی را با عنوان برنامه تحقیقات انجمن زغال سنگ استرالیا، آغاز کرد. یکی از اهداف این طرح توسعه فناوری‌ها در جهت حذف نیروی کار انسانی از محیط‌های کاری خطرناک بود. محققان در این تحقیق به این نتیجه دست یافتند که با در اختیار داشتن موقعیت دقیق و لحظه‌ای تجهیزات، در اختیار داشتن نقشه دقیق لایه زغال و دسترسی به نیرو‌های وارد شده به دستگاه، می‌توانند کلیه عملیات استخراج را به صورت اتوماتیک انجام داد. از سال ۱۹۹۰، CSIRO استفاده از تکنیک‌های ناوبری برای هدایت تجهیزات زیرزمینی را در شماری از پروژه‌های استخراج زغال سنگ به روش جبهه کار طولانی خود اجرا کرد. در این پروژه‌ها استفاده از سیستم ناوبری تجهیزات بسیار محدود بود و با استفاده از یک سیستم پردازشگر ابتدایی و الگوریتم‌های استاندارد اولیه انجام شده بود.

امروزه با گسترش فناوری‌های نوین تجهیزات اتوماتیک و نیمه اتوماتیکی طراحی و ساخته شده است که تمامی عملیات استخراج زغال سنگ (استخراج، نگهداری سقف، بارگیری و حمل‌ونقل) از معادن را بدون نیاز به حضور کارگران در محیط پرخطر کارگاهی امکان‌پذیر کرده است.

توسعه استخراج اتوماتیک زغال سنگ راه‌حل بسیار مناسبی برای دور کردن کارگران از مناطق خطرناک معدن است که به بهبود سلامت و ایمنی کارگران که یکی از اهداف اصلی معدن‌کاری دیجیتال است می‌انجامد. همچنین استفاده از تجهیزات اتوماتیک منجر به تدقیق عملیات استخراج، کاهش زمان خرابی تجهیزات و افزایش بهره‌وری می‌شود. اگرچه پیشرفت‌های زیادی در حوزه اتوماسیون استخراج زغال سنگ از سال ۱۹۵۰ مشاهده شده است، اما با استفاده از هوش مصنوعی می‌توان جایگاه این فناوری در معادن را کماکان ارتقا داد.

پهپاد‌های زیرزمینی (UGV/UAV): این پهپاد‌ها قادرند تونل‌ها را نقشه‌برداری و دیواره‌ها را از نظر ترک‌خوردگی و عدم یک‌دستی بررسی کنند. انتقال تصویر و داده بلادرنگ به مرکز کنترل، امکان واکنش سریع را فراهم می‌آورد.

روبات‌های امدادی: در صورت بروز حادثه و محبوس شدن افراد، روبات‌های زنجیردار مجهز به دوربین و ابزار برش می‌توانند وارد نقطه حادثه شده و مسیر نجات ایجاد کنند.

با وجود اینکه معادن زغال سنگ ایران، به‌ویژه معادن طبس و البرز شرقی، از ظرفیت‌های بالایی برخوردارند، هنوز بسیاری از معادن با مشکلاتی نظیر کمبود زیرساخت‌های دیجیتال، نبود شبکه‌های سنسوری پیشرفته و ضعف در تحلیل داده‌ها مواجه هستند. چالش‌های مالی، کمبود نیروی انسانی متخصص، و عدم فرهنگ‌سازی مناسب برای پذیرش فناوری‌های نوین نیز از دیگر موانع پیش روی اجرای این فناوری‌ها در ایران به‌شمار می‌روند. با این حال، فرصت‌هایی همچون وجود معادن بزرگ با پتانسیل بالا، ظرفیت‌های دانشگاهی و پژوهشی قوی و تمایل سیاستگذاران به نوآوری و دیجیتال‌سازی، می‌تواند زمینه‌ساز پیاده‌سازی پروژه‌های پایلوت در معادن منتخب ایران شود.

فناوری‌های معدن‌کاری دیجیتال، به‌ویژه اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و رباتیک، نقش حیاتی در بهبود ایمنی و کاهش ریسک‌های انفجار و ریزش در معادن زغال سنگ ایفا می‌کنند. با توجه به تجربیات موفق جهانی و پتانسیل‌های داخلی ایران، پیاده‌سازی این فناوری‌ها می‌تواند موجب کاهش ۶۰ درصدی حوادث و بهبود بهره‌وری شود. پیشنهاد می‌شود با ایجاد پروژه‌های پایلوت، همکاری‌های علمی-صنعتی و حمایت‌های دولتی، معادن زغال سنگ ایران به سمت دیجیتال‌سازی و تحول در ایمنی حرکت کنند.

سومین رویداد جامع معدنی ایران ۲۷ تا ۳۰ مردادماه ۱۴۰۴ به ابتکار گروه رسانه‌ای «دنیای‌اقتصاد» برگزار می‌شود. این رویداد متشکل از سه بخش است و شامل «پانزدهمین همایش و نمایشگاه چشم‌انداز صنعت فولاد و سنگ آهن ایران با نگاهی به بازار»، «هفتمین همایش و نمایشگاه چشم‌انداز صنایع فلزات غیرآهنی ایران و فناوری‌های وابسته با نگاهی به تولید و بازار» و «چهارمین همایش و نمایشگاه معدن‌کاری دیجیتال» می‌شود. بازدید از این نمایشگاه‌ها که در مرکز همایش‌های بین‌المللی برج میلاد برگزار می‌شود، برای عموم آزاد است. این رویداد هشت محور اصلی دارد که قرار است در طول ۴ روز مورد بحث و بررسی سیاستگذاران، کارشناسان، فعالان معدنی و مدیران قرار گیرد. هدف از برگزاری چنین رویدادی، ایجاد فرصتی ارزشمند برای تبادل اطلاعات بین بازیگران اصلی حوزه معدن و صنایع معدنی اعم از دولت، بخش خصوصی و انجمن‌های تخصصی داخلی و بین‌المللی است. امید است با همکاری کلیه دست‌اندرکاران این حوزه بتوان به اهداف عالی حوزه معدن نائل آمد. علاقه‌مندان برای کسب اطلاعات بیشتر درباره این همایش می‌توانند به سایت events.donya-e-eqtesad مراجعه کنند.*

سجاد ادهمی - کارشناس معدن و محیط‌ زیست معدنی

منبع: دنیای اقتصاد