Die 6 wichtigsten technischen Trends zur Verbesserung der Produktivität im Bergbau

Dass Bergbauunternehmen neue Technologien nutzen, um ihre Produktivität zu steigern, ist nichts Neues. Eine Umfrage von Ernst and Young aus dem Jahr 2017 unter mehr als 700 Branchenvertretern ergab, dass die Mehrheit der führenden Bergbauunternehmen ihre digitale Reise bereits in irgendeiner Form begonnen hat - vor allem durch Investitionen in autonome und IoT-basierte Technologien. Aber die großen, zukunftsorientierten Akteure, die sich auf dem Weg zur Innovation befinden, machen nur etwa 10 % der Bergbauindustrie aus, was bedeutet, dass die restlichen 90 % noch hinterherhinken.

Ein wichtiger Indikator für die Zurückhaltung der Branche bei der Digitalisierung ist die fortgesetzte Verwendung manueller und/oder kabelgebundener Ablesungen anstelle von drahtlosen Systemen, die mit digitalisierten Bergbauanlagen verbunden sind. Tatsächlich gibt es nach wie vor eine Reihe von organisatorischen Hindernissen für innovative Konzepte wie drahtlose Ablesungen, insbesondere den Status des Bergbaus als traditionelle, risiko- und veränderungsscheue Branche, die Investitionen in potenziell "riskante" Technologien verhindert.

Wir werden uns ansehen, wie die innovativsten Bergwerke neue Technologien nutzen, um dem Spiel voraus zu sein, und Ihnen zeigen, dass die Einführung dieser Technologien Ihren Bergbaubetrieb sicherer, produktiver und kosteneffizienter machen könnte.

1. Automatisierung

Autonome Bergbaufahrzeuge gibt es nun schon seit fast zwei Jahrzehnten - die Pilbara-Eisenmine von Rio Tinto führte 2008 80 fahrerlose Komatsu-Lkw ein und steigerte damit die Produktivität des Bergbaus massiv. Viele der großen Bergbauunternehmen wie BHP Billiton und Suncor folgten diesem Beispiel und kauften hauptsächlich bei Caterpillar, Sandvik, Komatsu und Atlas Copco ein, die derzeit die innovativsten und wichtigsten Akteure im Bereich der autonomen Bergbaufahrzeuge sind.

Diese Fahrzeuge haben den Bergbau revolutioniert, da sie es Menschen erstmals ermöglichten, mit Maschinen zu kommunizieren und diese fernzusteuern. Dies macht sie ideal für den Einsatz in unterirdischen Minen und anderen gefährlichen Umgebungen, in denen das Sicherheitsrisiko für Menschen hoch ist. Die meisten autonomen Bergbaumaschinen sind eher halbautonom als vollautomatisch, d. h., sie benötigen in bestimmten Situationen, die sie nicht allein bewältigen können, immer noch etwas menschliche Hilfe. Diese unterirdischen Grabungsfahrzeuge werden durch die Ausstattung mit ferngesteuerten Werkzeugen und Kameras autonom, so dass die Benutzer Aktionen durchführen und die Umgebung aus der Ferne betrachten können. Heutzutage hat sich der Schwerpunkt von den ursprünglichen autonomen Bergbaufahrzeugen auf den Aufbau eines "autonomen Bergbausystems" verlagert, das Aufgaben automatisch oder mit minimaler externer Kontrolle ausführen kann, und auch auf die Möglichkeit einer vollständigen Automatisierung durch Robotertechnologien.

Autonome Fahrzeuge revolutionieren den Bergbau, indem sie es den Menschen ermöglichen, mit den Maschinen zu kommunizieren und diese fernzusteuern.

Autonome Fahrzeuge, die sowohl unter als auch über Tage eingesetzt werden können, sind für den modernen Bergbau unerlässlich. Sie verringern Unfälle und erhöhen die Sicherheit der Belegschaft, arbeiten in Bergbauzonen, die für Menschen zu gefährlich wären, erhöhen die Produktivität im Bergbau (da sich die Ausrüstung schneller bewegen und größere Entfernungen zurücklegen kann) und senken die Kosten, da weniger Bediener zur Steuerung der Maschinen erforderlich sind.

2. Arbeitskräfteverfolgung

Die Fortschritte bei den tragbaren Technologien machen sie zu einem idealen Werkzeug für die Überwachung der Arbeitskräfte im Bergbau. Sie sind besonders nützlich für die Wartung vor Ort und für Echtzeit-Inspektionsanweisungen für Maschinen sowie für die Verbesserung der bedienerbasierten Pflege und Sicherheit - vor allem in Untertagebergwerken. Diese Wearables ermöglichen die RFID-Personalverfolgung und die Sichtbarkeit aller Mitarbeiter in Echtzeit, so dass wichtige Mitarbeiter sofort lokalisiert werden können. Sie können auch genutzt werden, um festzustellen, wo die Produktivität gesteigert werden kann, und um die Zeit- und Anwesenheitsaufzeichnungen der Mitarbeiter zu überwachen.

Wearable-Technologien sind ein ideales Instrument für die Überwachung der Arbeitskräfte im Bergbau.

Im Hinblick auf die Sicherheit der Belegschaft verbessern Wearables und ihre Rolle in einem größeren IoT-basierten Überwachungsnetz die Reaktionszeiten im Notfall erheblich, da sowohl Betreiber als auch Personal sofort benachrichtigt werden können, wenn ein Zwischenfall eintritt. Sie können auch Sicherheitsprobleme - und künftige Unfälle - minimieren, indem sie den Zugang zu potenziell gefährlichen Bereichen im Bergwerk beschränken. Die Verfolgung der Arbeitskräfte ermöglicht auch eine höhere Produktivität im Bergbau, da die Arbeiter effektiver verwaltet werden und potenzielle Zwischenfälle, die die Arbeitszeit verkürzen würden, verringert oder sogar ganz verhindert werden.

3. GPS-Technologien

Global Positioning Satellite (GPS) Positionierungs- und Navigationssysteme wurden vor kurzem entwickelt und von einigen Bergbauunternehmen bei Sprenglochbohrern und elektrischen Kabelbaggern in ihren Tagebauen eingesetzt. Diese GPS-Systeme erzeugen über ein Moving Map Display (MMD) auf einem Bildschirm genaue dreidimensionale Visualisierungen der Position des Bohrers oder der Schaufelspuren in Echtzeit. So kann der Bediener den Bohrer von Sprengloch zu Sprengloch genau navigieren, die gewünschte Schaufelneigung beibehalten oder die Position von einem entfernten Standort aus bestimmen. Für diese Art von System werden langlebige, bewährte GPS-Komponenten benötigt, um den oft extremen Umweltbedingungen standzuhalten. Ein Beispiel für den Einsatz von GPS-Systemen im Tagebau ist das Unternehmen AQUILA Mining Systems Ltd, das GPS in seinen kanadischen Kohle- und Eisentagebauen eingeführt hat.

GPS ermöglicht es dem Bediener, ein Bohrgerät von einem entfernten Standort aus genau von Sprengloch zu Sprengloch zu navigieren.

4. Digitale Zwillinge

Für Bergbaubetreiber ist es traditionell schwierig, technische Informationen und Anlageninformationen über den gesamten Lebenszyklus der Anlagen zu verwalten. Digitale Zwillinge können hier Abhilfe schaffen: Sie sind virtuelle Nachbildungen physischer Anlagen, Prozesse und Systeme, die sowohl die Kernelemente als auch die Dynamik der IoT-Geräte darstellen, die in dem dargestellten Raum oder System verwendet werden. Digitale Zwillinge nutzen KI (künstliche Intelligenz), maschinelles Lernen (eine Untergruppe der künstlichen Intelligenz) und Software-Analysen mit Daten, um digitale Simulationsmodelle in Echtzeit (auch bekannt als "lebendige" Modelle) zu erstellen, die kontinuierlich aktualisiert werden, wenn sich ihre realen, physischen Gegenstücke oder "Zwillinge" ändern. Einfacher ausgedrückt: Digitale Zwillinge sind wie Echtzeit-"Videospiel"-Versionen von Bergwerken, die diese Räume so digitalisieren, dass eine Interaktion zwischen dem Realen und dem Virtuellen entsteht.

Digitale Zwillinge sind virtuelle Nachbildungen der physischen Anlagen, Prozesse und Systeme eines Bergwerks.

Digitale Zwillinge ermöglichen es Bergbaubetreibern, die Fähigkeiten und den Reifegrad des technischen Datenmanagements zu bewerten, um Bereiche zu entdecken, in denen Daten oder Überwachung fehlen könnten. Anglo American Plc, der in Großbritannien ansässige Bergbaukonzern, der Rohstoffe wie Nickel, Kohle und Edelmetalle fördert, hat beispielsweise vor kurzem damit begonnen, digitale Zwillinge zur Optimierung seiner Bergbauflotte einzusetzen. Dazu gehören Anwendungen zur Verfolgung der Leistung von Förderanlagen in der Bergbaustätte Los Bronces in Chile und einer 500 Kilometer langen Pipeline in Brasilien.

Im Allgemeinen können digitale Zwillingssysteme dazu verwendet werden, den Betrieb und die Wartung von physischen Anlagen, Systemen und Prozessen in Echtzeit zu optimieren und so die Produktivität im Bergbau massiv zu verbessern.

5. Operative Intelligenz

Operational Intelligence (OI) ist der Schlüssel zur Erstellung digitaler Zwillinge von Bergwerken. OI kommt zum Einsatz, wenn Betreiber Teile ihres Betriebs digitalisieren möchten, um Erkenntnisse in Echtzeit zu gewinnen und datenbasierte Entscheidungsprozesse in ihrem Unternehmen zu initiieren. Im Bergbau bedeutet dies die Digitalisierung dynamischer Anlagen wie Arbeiter, Fahrzeuge und kritische Anlagen (Hänge, Dämme usw.), um deren Verhalten zu visualisieren, diese Informationen zu aggregieren und über die OI-Software Empfehlungen zu generieren, die auf historischen und Echtzeiterkenntnissen beruhen. Diese Lösungen lernen durch KI (insbesondere maschinelles Lernen) aus vergangenen Aktionen und können so ihre eigenen Entscheidungsprozesse verbessern.

OI generiert einen Echtzeit-Überblick über alle Bergbauaktivitäten und ermöglicht es den Betreibern, Entscheidungen auf der Grundlage datenbasierter Erkenntnisse zu treffen.

Eine OI-Lösung sollte in der Lage sein, Alarme auszulösen, wenn Teile des Betriebs ein bestimmtes Maß an Anomalien aufweisen, und sie sollte den Betreibern auch dabei helfen, Maßnahmen zur Steigerung der Produktivität zu koordinieren. OI kann zum Beispiel die Echtzeitüberwachung der vielen verschiedenen Anlagen des Bergwerks erleichtern, um Effizienz und Sicherheit zu gewährleisten, oder den Teams helfen, die Effektivität ihrer Kommunikationsmethoden, wie mobile Apps und Handheld-Geräte, zu verbessern, um die Produktivität zu steigern. OI-Lösungen sind in der Lage, Daten aus jeder beliebigen Datenquelle zu erfassen und einzelne Informationen in globale, umsetzbare Erkenntnisse zu übersetzen.

6. Drahtlose Überwachung

Es wird geschätzt, dass die meisten Bergwerke innerhalb der nächsten 5 Jahre zumindest einige Teile ihres Betriebs mit OI-Systemen digitalisieren werden. Darüber hinaus wird die Mehrheit der Bergwerke innerhalb des nächsten Jahrzehnts wahrscheinlich mit einem digitalen Zwilling ihrer Infrastruktur und Arbeitsabläufe arbeiten. Heute müssen die meisten Bergwerke jedoch noch den ersten Schritt in Richtung virtueller Betrieb machen: manuelle oder automatische Kabelablesungen durch drahtlose Überwachungssysteme ersetzen.

Mit der drahtlosen Überwachung können Bergwerke Anlagen digitalisieren und ihre Leistung in Echtzeit überwachen.

Bergbauanlagen, wie z. B. Dämme, befinden sich in der Regel in schwer zugänglichen Bereichen, was bedeutet, dass manuelle Ablesungen durch Arbeiter sowohl zeitaufwändig als auch gefährlich sind. Wenn die Arbeiter Daten sammeln und ins Büro zurückkehren, sind die gesammelten Informationen bereits veraltet: Die Arbeit mit Informationen, die nicht in Echtzeit vorliegen, kann kritische Auswirkungen auf den Bergbaubetrieb haben. Der Porenwasserdruck in Abraumhalden kann sich beispielsweise schnell ändern und Druck auf die Infrastruktur ausüben, was zu Dammbrüchen führen kann, oft mit äußerst schädlichen Auswirkungen. Mit kabelgebundenen Messwerten können die Betreiber die Risiken verringern, indem sie die Datenerfassung automatisieren. Die Installation von Kabeln in der gesamten Infrastruktur eines Bergwerks kann jedoch kostspielig und, je nach Gebiet, kompliziert und zeitaufwändig sein.

Eine dritte Option sind drahtlose Überwachungssysteme, an die eine Vielzahl von Sensoren angeschlossen werden können, z. B. Piezometer zur Messung des Porenwasserdrucks in Absetzbecken. Sie übertragen Echtzeitdaten an ein Gateway und können Informationen an einen Server in einem bis zu 15 km entfernten Kontrollturm weiterleiten, so dass die Betreiber kritische Anlagen aus der Ferne überwachen können. Dies führt zu einer höheren Produktivität, da die Verfügbarkeit der Anlagen nahezu konstant bleibt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit drahtlosen Überwachungssystemen die Betriebskosten nicht nur gesenkt werden, weil die Bergbauunternehmen keinen Menschen mehr zum Auslesen der Daten schicken müssen - und damit Geld für die Einstellung von Personal und für Fahrzeug- und Benzinkosten sparen -, sondern auch, weil keine teure Verkabelung und Wartungsarbeiten erforderlich sind. Da kritische Anlagen besser gewartet werden, erhöht sich wiederum die Investitionsrendite.