Roboti u rudnicima

SVIJET ROBOTIKE

Rudarstvo je postupak izdvajanja prirodnih mineralnih sirovina potrebnih za daljnju preradu. Počeci rudarstva su u paleolitiku, prije 40 000 godina. Zbog težine i opasnosti posla u rudnicima su radili robovi i osuđenici. U dugoj povijesti u rudnicima se koristio ljudski i životinjski rad. Čak i danas zbog skučenog prostora na iskapanju rijetkih metala za proizvodnju mobitela rade djeca. U suvremenom rudarstvu potrebno je prerađivati ogromne količine materijala na isplativ i siguran način. Zbog navedenoga, ali prije svega zbog isplativosti i sigurnosti zaposlenih, rudarstvo je područje rada u koje je dolazak robota neizbježan. Potreba za rijetkim metalima sve je veća pa su podzemni rudnici sve dublji, a površinski sve veći. Danas tisuće napuštenih rudnika uz promjenu modernih sredstava za istraživanje i mapiranje postaju ekonomični. Primjer su napušteni rudnici bakra koji postaju izvor rijetkih elemenata isplativih za iskapanje robotima. Strojevi s elementima autonomnosti postupno se uvode u rudarsku industriju. Iako osiguravaju veliku sigurnost i produktivnost, potpuno autonomna rješenja danas najčešće nisu primjenjiva ili učinkovita. Zbog toga u rudarstvu trenutno prevladava način upravljanja teleoperacijom. Osim što je produktivnije, daljinsko upravljanje je i sigurnije Prema izvještaju agencije Međunarodne organizacije rada (International Labor Organisation) UN-a rudarstvo, u kojem je zaposlen 1% globalne radne snage, još uvijek je najopasnije zanimanje na svijetu odgovorno za gotovo 8% smrtnih slučajeva na radnom mjestu.

jer su ljudi uklonjeni iz neposredne zone opasnosti i rade u kondicioniranim uvjetima i kada je u rudnicima ekstremna hladnoća ili vrućina. Strojevi za rudarenje na površini i u podzemlju razlikuju se prije svega po veličini. Površinsko rudarenje zbog širine prostora, pripremljenosti cesta i bolje vidljivosti lakše je robotizirati. U površinskim kopovima zemljane naslage s rudom usitnjavaju se eksplozivom nakon čega se materijali, poput boksita, mineralnog pijeska, uljnih škriljaca ili salitre mogu skupljati. Zbog ekonomičnosti rada strojevi za lomljenje, utovar i prijevoz rude s vremenom su postajali sve veći. Posebno su kamioni zbog ekonomičnosti dosegli gigantske razmjere i nosivost od 50 tona. Pratili su ih veliki bageri i utovarivači. Zbog dostupnosti GPS-a na otvorenim prostorima bušilice za rupe za eksploziv kod otvorenih kopova mogu se

RAZMJERI SUVREMENOG RUDARSTVA. Rudarski kopovi, kako površinski (slika lijevo) tako i podzemni (slika desno), postaju sve veći i dublji. Rudarski rovovi poprimaju razmjere tunela, a neki površinski kopovi vidljivi su i s Mjeseca. Podzemni rudnici u obliku su razgranatih tunela, a nadzemni u obliku velikih ljevkastih rupa sa spiralnim cestama. Rudnik zlata Mponeng kraj Johannesburga s oko 4 km dubine najdublji je rudnik na svijetu. Najveći površinski kop je rudnik bakra Bingham pored Salt Lake Cityja u SAD-u, dubok 1,2 km i širok približno četiri kilometra.

TRAŽENJE RUDNIH ŽILA I MAPIRANJE OKNA. Dronovima (slika desno) ili vozilima s ispitnom opremom moguće je prikupljati mnoštvo informacija o rudniku. Mogu se brzo i precizno izmjeriti zalihe iskopane rude u skladištima, mogu se ispitati usklađenost izvedbe okana (slika lijevo) s planovima rudnika i donositi odluke o tome gdje nešto promijeniti zbog poboljšanja i sigurnosti ili povećanja produktivnosti.

autonomno pozicionirati jednako kao i kamioni koji su bili prvi rudnički strojevi bez vozača. U podzemnim rudnicima čak i teleoperacijski roboti još su uvijek rijetki i koriste se samo ondje gdje je razvijena infrastruktura (npr. rudnici soli). To su uglavnom autonomna vozila koja se koriste u posebno pripremljenim zonama odvojenim od onih u kojima rade ljudi. Ti roboti moraju raditi pri slaboj vidljivosti okruženi preprekama s visokim sadržajem plinova (ugljikov dioksid, metan, ugljikov oksid), visokom temperaturom, vlagom i prašinom. Korištenje robota u podzemnim rudnicima omogućuje ‒ povećanu sigurnost, istraživanje i mapiranje te pristup nadzora na potencijalno opasnim područjima s ograničenim pristupom ljudima kao i u akcijama spašavanja. Glavni problemi u radu pod zemljom su skučeni prostor, velika vrućina i vlaga, neugodna atmosfera i loši uvjeti osvjetljenja. Ta iskapanja rude skuplja su od površinskih jer zahtijevaju duboka iskapanja tunela koji su izloženi urušavanju i poplavi. U rudnicima metala nema emisija otrovnih plinova kao u rudnicima ugljena gdje su prisutni otrovni ugljikov monoksid, ugljikov dioksid, zapaljive smjese metana i zraka, sumporovodik itd. Kako bi se došlo do rude potrebno je razbijati stijene koje ju okružuju. Stijene ugljena lakše se razbijaju i lome od stijena koje okružuju rudu s naslagama metala. Iskapanje najčešće obuhvaća postupak usitnjavanja stavljanjem eksploziva u rupe izbušene u rudi. Korištenje teleoperacije zahtijeva izolaciju radnog područja strojeva bez vozača kako bi osoblje u okolini bilo sigurno. To poskupljuje njenu primjenu no postoje prilike kada je tehnika daljinskog upravljanja jedina moguća. Primjerice, kanadski proizvođač željeza instalirao je teleoperacijski sustav u rudnik željezne rude da bi riješio zdravstvene i sigurnosne probleme u skladištu rude u kojem je za zimskih mjeseci prosječno -22°C pa je neugodno za radnike. Dodatni problem je velika koncentracija prašine u zraku. Operateri upravljaju strojevima iz kontejnera udaljenog 5 kilometara. Postoji nekoliko različitih vrsta teleoperacije: u vidokrugu operatera koji je neposredno uz stroj, rad iz udaljene teleoperaterske upravljačke sobe i poluautonomni rad u kojem se teleoperater uključuje po potrebi. Japanski proizvođač opreme Komatsu prikazao je 2016. godine rad 25-tonskog kipera bez kabine, demonstrirajući kako se posredstvom satelitske navigacije može upravljati tim vozilom nosivosti 40 tona korisnog tereta. To je bio prvi autonomni kiper te veličine na svijetu za rudarstvo. Danas se cijelo radno područje rada bez radnika na lokaciji otvorenog rudnog kopa može povezati na središnje računalne sustave s 3G do 5G bežičnim i optičkim mrežama iznad i ispod zemlje. Stalna poboljšanja mrežnih brzina omogućuju komunikaciju u stvarnom vremenu. Teleoperacija povećava sigurnost i osigurava udobnost vozača, ali rad na daljinu umara i stvara poteškoće u upravljanju vozilom što rezultira nižom produktivnošću. U takvim slučajevima primjenjuju se, ukoliko su raspoloživi i mogući, modusi autonomnog rada koji se uključuju u slučaju da dođe do pogreške operatera kao automatski zaštitni mehanizam. Niz autonomnih modula omogućava npr. vožnju u konvoju, sigur-

TELEOPERACIJA U VANJSKOM RUDNIKU. Brojni “titanski” kamioni (slika lijevo) prevoze rudu u otvorenim kopovima. Danas je približno 25% tih kamiona potpuno autonomno. Opremljeni vlastitim bežičnim sustavom autonomne vožnje, satelitskim sustavom za pozicioniranje visoke preciznosti, radarom i laserskim senzorima, mogu samostalno voziti cestama dok ih nadziru operateri u kontrolnoj sobi (slika desno). Mogu čak upozoriti osoblje i dijagnosticirati kada stvari krenu po zlu. Autonomni kamioni pokazali su se otprilike 15% jeftiniji za vožnju od vozila s ljudima za volanom ‒ što predstavlja znatnu uštedu jer je prijevoz daleko najveći operativni trošak rudnika.

no manevriranje bez opasnosti od sudara, vožnju kroz prašinu, autonomno zaobilaženje prepreka itd. Posebna vrsta robota koristi se pri spašavanju u rudnicima. Uvjeti boravka u podzemnom rudniku pogoršavaju se nakon nesreće, što otežava spasilačkom osoblju ulazak u zone nesreće i provođenje akcija spašavanja na vrijeme. Visoka koncentracija prašine i dim onemogućavaju spasilačkim timovima kretanje jer su zaslijepljeni gustim oblakom prašine. U rudnicima ugljena zrak je pun štetnih plinova, a događaju se eksplozije ugljene prašine što situaciju čini još opasnijom. Unatoč tome robot se može aktivirati odmah nakon nesreće. Primjena robota spasila je preko 800 života diljem svijeta u raznim sektorima rudarstva. Isti robot za spašavanje može se također koristiti i za trodimenzionalno mapiranje rudnika i prikupljanje vrijednih podataka s nepristupačnih mjesta.

Igor Ratković

ROBOTI ZA PODZEMNE KOPOVE. U pravilu su niskog profila i velike mobilnosti (slika lijevo). Rade bez okretanja. Opremljeni su sustavima teleoperacije, ali koriste i SLAM (Simulatan Localisation and Maping) metode pri autonomnom gibanju, koristeći vizualne i taktilne senzore ili se oslanjaju na markere na zidovima ili vodove za navođenje u tlu ili po zidovima. Operateri strojeva u rudnicima (slika desno) posebno su obučeni vozači koji moraju trenirati na trenažerima s virtualnim strojevima prije nego sjednu za teleoperacijski upravljački pult realnog udaljenog stroja.