В Китае не на словах, а на деле переходят на создание «умных» шахт (уголь шахта) и разрезов, внедряют цифровые и «зеленые» решения. А ученые из технологического университета в Лулео (Швеция) в рамках Европейского проекта SIMS ведут исследования одновременно в нескольких направлениях, что со временем позволит эффективно вести добычу энергетического сырья (угольная промышленность), не подвергая риску людей и не нанося вред окружающей среде. Отрадно, что в России не только присматриваются к таким программам, но и пытаются в технологическом плане не отставать. Так, на разрезе Черногорский (уголь месторождение) в Хакасии удачно был проведен эксперимент по дистанционному управлению карьерными самосвалами при помощи технологии, с использованием сети 5G.
Китайские проекты
КНР является крупнейшим производителем и потребителем угольной продукции. Энергоснабжение страны во многом зависит от электростанций, работающих на угле. Известно, что Поднебесная занимает первое место в мире по потреблению электричества, полученного в процессе сжигания угля.
Кроме того, КНР является мировым лидером по производству угля. Согласно данным ВР, в 2021 году объем угледобычи в стране составил 4,13 млрд т (на 6,0% выше уровня 2020 года). В стране эксплуатируется 10 тыс. шахт и разрезов.
Иными словами, о сокращении производства угля здесь пока не помышляют, поскольку приоритет отдается обеспечению энергобезопасности. Более того, в Китае вкладываются в развитие угольной промышленности, разрабатываются и применяются новые технологиии, способные не только повысить эффективность производства, но и уменьшают вероятность возникновения аварийных ситуаций, а также сокращают выбросы СО2 в атмосферу.
В руководстве КНР утверждают, что продвижение «зеленой» трансформации ископаемых источников энергии остается важнейшим направлением, а в провинциях страны, где наиболее развита добыча угля, объявили о мерах по сокращению выбросов углекислого газа в ближайшем будущем.
Так, правительство провинции Шэньси в рамках диверсифицированного низкоуглеродного развития угольной промышленности стимулирует производство новых материалов на основе каменного угля, как, например, биоразлагаемые формы пластика и полиэстера.
В промышленной зоне Юйшень городского округа Юйлинь впервые в мире стали реализовывать проект по выпуску этанола на основе каменного угля. Разработка Даляньского института химической физики Академии наук Китая и корпорации Shaanxi Yanchang Petroleum способна заменить этанол биологического происхождения, сэкономив 1,5 млн т в год зерна.
Китай ускоренными темпами строит новую энергетическую систему, основанную на новейших технологических решениях. В качестве примера можно привести проект «умной» угольной шахты, который был запущен в июне 2020 года в провинции Шаньси. Одна из крупнейших в стране энергетических компаний Yangquan Coal Industry Group внедрила технологию 5G на угольном предприятии Синьюань.
Специалисты China Mobile и Huawei обеспечили для этого работу высокоскоростного интернета со скоростью передачи данных до 1000 Мбит в секунду, при этом глубина внедрения под землей составила до 534 метров. Также разработаны приложения для проверки помещений электромеханического обслуживания, эксплуатации и комплексных автоматизированных операций, что позволило автоматизировать и визуализировать происходящие в шахте процессы.
Проект, прежде всего, нацелен на рост эффективности и сокращение аварийности. В результате на шахте Синьюань при удаленном доступе проверяют материалы и горную технику на соответствие сертификатам, находят неисправности в электроснабжении. Таким образом, удалось уменьшить количество рабочих под землей. Автоматизированные операции также снизили нагрузку на горняков. Несмотря на сокращение штата подземных рабочих, скорость выполнения производственных операций увеличилась.
Проект на шахте Синьюань с полномасштабным использованием сетей 5G по своей оперативности и достигнутым результатам значительно превзошел предприятия похожего типа, но которые применяют сети LTE/4G.
В сообщении Yangquan Coal Industry Group говорится: «Благодаря покрытию 5G скорость загрузки данных составляет более 800 Мбит/с. При этом задержка передачи данных в шахте равняется лишь 20 миллисекундам». Это позволяет обмениваться данными, в том числе и посредством передачи видеозвонков в формате HD.
Угольные карьеры также идут в ногу с новыми тенденциями. На предприятиях, занимающихся открытой разработкой угля, все более широкое применение находят технологии GPS, распознавания лиц, передачи больших объемов данных.
С приходом эры 5G, считают китайские аналитики, горнодобывающая промышленность станет все более интеллектуальной, безопасной и чистой. Технология откроет новую эру для традиционных угольных предприятий.
Кроме того, на шахте планируют использовать технологии на основании искусственного интеллекта и виртуальной реальности.
На проходившей в Юйлине в апреле 2023 года 17-й Юйлиньской международной выставке угольной отрасли, высокотехнологичной энергетики и химической промышленности внимание специалистов привлекла презентация шахты Шанвань в городе Ордос (Внутренняя Монголия, Северный Китай). На предприятии организована транспортировка горняков к угольным пластам, расположенным на глубине 150 м, беспилотными автомобилями.
Эти автомобили оснащены лидарными и радарными датчиками миллиметрового диапазона, которые позволяют ему перемещаться в шахте по запланированному маршруту без участия человека.
Здесь также развернута сеть 5G, что помогает шахтерам, находящимся под землей, мгновенно обмениваться сообщениями. За три года, в течение которых проект реализовывается, Шанвань значительно повысил уровень добычи. Автоматизированное оборудование заменило людей в общей сложности на 36 постах.
Согласно заявлениям министерства науки и технологий КНР, внедрение искусственного интеллекта будет ускорено в 10 сферах, в том числе в угольной отрасли. Беспилотная эксплуатация, интеллектуальный осмотр и дистанционное управление станут новой нормой на шахтах будущего.
Европа: ставка на расширение добычи
Несмотря на громкие декларации о развитии низкоуглеродной экономики, а также продвижение на законодательном уровне «зеленых» инициатив в пользу развития возобновляемых источников энергии и создания искусственных барьеров для ископаемого топлива, в странах Евросоюза, похоже, не собираются отказываться от традиционной энергетики. В технологическом университете Лулео (Швеция) в рамках исследовательского проекта SIMS местные специалисты тестируют сразу несколько решений, которые опираются на применение стандартов связи 5G в области горной добычи. Как утверждают ученые, в Европе сейчас делают ставку на расширение горонодобывающих отраслей, в том числе и в угольной.
Проект SIMS, в рамках которого ведутся работы, направлен на то, чтобы в разы оптимизировать разведочные работы, ускорить анализ информации операторами и уменьшить нагрузку на человека.
По мнению профессора Дженни Греберег, Европа сегодня потребляет 20% мировых запасов металлов и минералов, а производит лишь 3%. Поэтому стоит задача — повысить уровень самообеспечения. Достичь поставленных целей невозможно без модернизации шахт. «Речь идет, к примеру об использовании беспилотников в шахте — так, чтобы люди не находились в потенциально опасных местах. Мы также планируем задействовать электромобили вместо машин на дизельном топливе, что означает сокращение выбросов двуокиси углерода. Одновременно мы ставим на большую автоматизацию всех процессов», — говорит профессор.
Одно из направлений, которое развивают в технологическом университете, это активное использование современных дронов при осмотре выработок и туннелей. Такие беспилотники оснащены несколькими сканирующими датчиками, позволяющими исследовать окружающую среду, на них также установлены камеры, которые фиксируют происходящее, а мощный источник света помогает ориентироваться под землей даже в полной темноте.
Усилия инженеров, работающих на проекте SIMS, направлены на подключение сложного промышленного комплекса, находящегося под землей, к смартфонам, а для этого необходимо наладить качественную бесперебойную связь с минимальными задержками. Это будет способствовать управлению тяжелой техникой в удаленном режиме и взаимодействию со всеми элементами системы, датчиками, а также обмену данными между диспетчерами и шахтой.
Кроме того, шведские разработчики создали симулятор виртуальной реальности, который позволяет спуститься в шахту, пройти по ней, взаимодействуя с окружающей средой и задействованной техникой, то есть всеми элементами, которые предусмотрены проектом.
Работа в координатах виртуальной реальности предоставляет отличные возможности обучения, что открывает новые перспективы для операторов и диспетчеров, которые, работая на поверхности, лучше понимают, что происходит под землей.
Шахтная добыча в будущем, по мнению ученых технологического университета в Лулео, обещает не только повышение производственных показателей, но и сведет к минимуму риски, связанные с безопасностью людей и климатическими проблемами.
Стоит ли Австралии рассчитывать на Clean Coal?
Для Австралии уголь является важнейшим экспортным товаром. Главной же задачей в области охраны окружающей среды на «зеленом континенте» считают создание программы Clean Coal, то есть «чистого угля». В настоящее время австралийские специалисты рассматривают различные технологические решения, которые должны сократить выбросы в атмосферу в результате использования угольного топлива на тепловых электростанциях страны. Одно из таких решений — улавливание СО2 сразу же при сгорании угля. После этого газ планируется сжижать и перекачивать в подземные хранилища, например, в пустоты, образовавшиеся после добычи природного газа. Небольшие установки такого типа уже успешно эксплуатируются. Оправдает ли себя эта разработка в коммерческом плане пока не ясно. Более того, у проекта Clean Coal достаточно сильные оппоненты. Они называют программу отвлекающим маневром политиков, поскольку, по их мнению, «чистого угля» вообще не бывает.
Беспроводные сети на российских угледобывающих предприятиях
К применению современных технологий стремятся и российские угольщики. Так, в мае 2020 года на территории действующего угольного разреза «Черногорский» (входит в состав «СУЭКа») в Хакасии был успешно проведен эксперимент по развертыванию и тестированию сети 5G. Проект на оборудовании китайской компании Huawei реализовали специалисты компании «Билайн Бизнес» (входит в структуру «Вымпелкома»).
В ходе эксперимента был развернут фрагмент сети беспроводной связи стандарта 5G протяженностью 1,5 километра. Таким образом под ее действие попадал маршрут следования самосвалов-роботов. Покрытие обеспечивалось двумя распределенными двухсекторными базовыми станциями стандарта 5G (gNodeB), работающими в режиме non-standalone. Используемая ширина канала составила 100 МГц. Задачей проекта было посмотреть в пределах зоны 5G, как будет работать беспилотный и дистанционно-управляемый транспорт, а также выявить и зафиксировать технологические преимущества сети последнего поколения над сетью промышленного WiFi/MESH.
Специалисты компании «Билайн Бизнес» рассказали о том, как работали беспилотники в зоне 5G. Все видеопотоки с камер высокого разрешения, которые были установлены по периметру самосвалов, поступали в центр обработки информации для управления техникой в режиме реального времени. Таким образом, применение технологии 5G позволило обеспечить высокие скорости передачи информации и максимально минимизировать задержки. Это, в свою очередь, существенно увеличило точность движения и повысило безопасность управления «БелЛАЗами» по сравнению с ранее применявшимися беспроводными сетями.
Как тогда отметил заместитель директора по информационным технологиям «СУЭКа» Дмитрий Сиземов, «внедрение сетей 5G на предприятиях открытых горных работ открывает широкие перспективы не только для роботизированных комплексов, но и для новейших решений промышленной безопасности, диспетчеризации и мониторинга, требующих все большей скорости и надежности передачи данных, а также гибкости и независимости от стационарной инфраструктуры».
В настоящее время ведущая угольная компания РФ рассматривает возможность тиражирования роботизации на других своих предприятиях.
В феврале 2023 года в Кузбассе на угольном карьере «Междуречье» (входит в состав «Новой горной управляющей компании») была развернута крупнейшая в России выделенная технологическая сеть LTE (Private LTE), состоявшая из 14 макросайтов с устойчивым и скоростным радиопокрытием, пакетного ядра Evolved Packet Core от отечественного производителя компании НТЦ «Протей», а также системы промышленной групповой радиосвязи Push-To-Talk. Такая сеть, монтажом и настройкой которой занимались специалисты МТС, обеспечила связью и телеметрическими сервисами одновременно 800 человек и 500 единиц горнорудной техники.
Использование технологии LTE обеспечило значительное радиопокрытие, которое ранее обеспечивалось сетью Wi-Fi, улучшило качество голосовых сервисов, увеличило скорость передачи данных, способствовало надежной защищенности каналов связи и наладило обмен мультимедийными сообщениями. Новая беспроводная инфраструктура на угольном разрезе не только повысила эффективность работ и безопасность труда, но и стала основой для внедрения других цифровых решений и автоматизации при проведении горнорудных работ.
По мнению экспертов, обычно в качестве беспроводной сети для передачи разнородного трафика использовались специализированные решения (системы DMR/TETRA, сеть Wi-Fi), но в последнее время все чаще для решения подобных задач на добывающих предприятиях выбор делается в пользу архитектуры выделенных IP-сетей стандарта LTE с возможностью последующего перехода на 5G. Это позволяет заказчику сэкономить на общей стоимости владения инфраструктурой связи, при этом они получают не только единую и надежную среду передачи данных, но и поверх нее могут запускать новые сервисы автоматизации с меньшими затратами, временем внедрения и рисками информационной безопасности.
