Banský zámočník

Charakteristika:
Plnenie nebezpečných a ťažkých úloh pri dobývaní nerastov v podzemí už nebudú vykonávať ľudia - kľúčovým prvkom je zabudnúť na individuálnu výstroj baníkov a pozrieť sa ako pracuje plne automatizovaná baňa a jej banský systém. Pozornosť sa sústreďuje na tok údajov medzi jednotlivými časťami procesu dobývania (napr. vŕtanie, sledovanie dopravných ciest po ktorých sa pohybujú autonómne vozidlá). Existencia autonómnych vozidiel je už známa a technológia sa už používa, pričom zbiera a vyhodnocuje informácie v reálnom čase. Stroje a pohyblivé súčasti pracujúce vo vysokej vlhkosti, prachu a teplote musia byť stabilné (použitie pokročilých materiálov a technických riešení, samo-opravujúcich sa pohyblivých častí) a musia byť monitorované. Neočakávané poruchy strojov, opotrebovanie súčastí ich výmena za rezervné súčasti v podzemí, servis a analýzy podzemia (roboty a pohyblivé analyzátory). Bezkáblová komunikácia prenikajúca cez horniny. Úprava nerastov in situ. Využívanie geotermálnej (alebo inej) energie produkovanej v podzemí. Snímače pre správne monitorovanie, automatizáciu v drsných podmienkach. Bude potrebná komunikácia cez 4 000 m horniny (zatiaľ neexistuje). Vypracovanie protokolov pre hodnotenie kritických miest v štádiu navrhovania bane, detailné vízie rôznych úrovní automatizácie. Systematické hodnotenie výhod a nevýhod systémov z pohľadu BOZP. Roboty: Exo-skeletony urobia baníkov oveľa silnejšími a neúnavnejšími. Energia: Zlepšenie dodávok energie je potrebná aby mohli pracovať celý deň a noc. Jeden z prvých exo-skeletonov sa používa v Rusku, lokalita Noriľsk, baňa na Ni. Vývoj viacúčelových robotov s fúziou snímačov vysokej integrácie pamäťových čipov a procesorov schopných pracovať v priestoroch s vysokou úrovňou elektromagnetického a iónového žiarenia. Takáto technológia už existuje v železnorudnej bani Kirunavarra, Švédsko. Pre autonómne stroje a zariadenia je dôležitý efektívny príjem energie, mať spoľahlivý a citlivý riadiaci systém. Po splnení uvedených podmienok high-tech baňa budúcnosti môže existovať aj v SR. Hlbinné bane budú môcť byť riadené a kontrolované z akéhokoľvek miesta - Diaľkové ovládanie a kontrola jednotlivých operácií z rôznych častí štátu, či sveta, závisí na veľmi sofistikovanej banskej technológii s autonómnymi robotmi a vyžaduje si extrémne stabilné internetové pripojenia, ktoré musia byť chránené pred priemyselnou špionážou a pred prírodnými katastrofami. Už je to dnešnou realitou, vo svete sa dajú kontrolovať a riadiť pracovné operácia cez internet a nie sme ďaleko od totálneho diaľkového riadenia autonómnych pracovných procesov dobývania. Pokračuje vývoj kontinuálneho dobývania v rudnom baníctve, vývoj diaľkovo ovládaných zariadení, techník diaľkovo riadeného zakladania vyrúbaných priestorov, automatizovaného nabíjania vývrtov výbušninami, selektívneho dobývania, strhávania uvoľnenej horniny, nakladania rúbaniny a jej prepravy. Firma Rio Tinto v októbri 2012 uviedla do prevádzky 13 high-tech nakladacích robotov v diamantovej hlbinnej bani v Západnej Austrálii. Firma Rio Tinto, druhý najväčší producent železnej rudy na svete začala používať prvý komerčný autonómny dopravný systém Komatsu AHS v železnorudnej bani v regióne Pilbara v Západnej Austrálii už v decembri 2008. A podobne firma BHP Billiton, druhá svetovo najväčšia banská spoločnosť mala v roku 2015 v prevádzke 45 autonómnych dumperov Caterpillar v bani Jimblebar v regióne Pilbara. Firma Rio Tinto bola prvá ktorá použila tento systém riadenia bane v júni 2010 z operačného strediska v Perthe na vzdialenosť 1 500 km diaľkovo riadila dobývanie a synchronizovala ho so železničnou dopravou a prístavom.

Charakteristika:
Virtuálna podpora pracovníkov hlbinných baní v rozšírenej realite - vývoj tejto oblasti povedie k väčšiemu významu bezpečnosti pri vstupe do ohrozených priestorov podzemia. 3D priestorové mapy a lokalizácia osôb v reálnom čase. Technológia založená na obrazovom stvárnení prostredia, bude menej náročná na hardware a okrem toho umožní aj simuláciu možných prípadov vo vysokej spoľahlivosti. Fúzia 3D zobrazenia s grafickou simuláciou pre ovládanie robotov. Spoľahlivosť a „inteligencia“ virtuálnej podpory sa musí zlepšiť. Táto technológia je už prakticky dostupná a dá sa upraviť pre každú baňu. Takto bude celá prevádzka bane bez ohrozenia a úspešne sa zamedzí aj znečisteniu prostredia. Samo sa opravujúce roboty znižujúce prestoje - pod týmto označením by sme mohli rozumieť prinajmenšom dve úrovne: mikroskopické opravy povrchového náteru alebo poškodení materiálu alebo skutočné opravovanie funkčných jednotiek (so závitmi a nitovaním atď.). Opravovanie funkčných jednotiek si vyžaduje skutočne drastický vývoj v umelej inteligencii. Predpokladané podmienky pre takýto scenár je ustanovenie autonómnych banských robotov (len vtedy bude môcť byť úsilie o samo opraviteľné roboty považované za opodstatnené). To sú obrovské požiadavky na infraštruktúru podzemného aj povrchového dobývania, vrátane čistých komunikácií bez prekážok. Aby bolo zabezpečené plynulé a neprerušované samo opravovanie musí byť v zásade celý energetický systém od základu prebudovaný tak aby došlo k neprerušovanému prenosu údajov a komunikácii a dozoru vykonávaného človekom. Pri dobývaní je veľký objem prác pre autonómne roboty, ktoré sa môžu samé opravovať je potrebný modulárny systém robotických zariadení. Tak isto ako aj sledovanie podmienok a kontrolných a prognostických technológií. Bude existovať totálny autonómny stroj pre dozor nad prípravou a vykonaním samo opravy. Výzvou bude vývoj robotov, ktoré budú ľahko manipulovateľné, ale zároveň tieto budú schopné opraviť poruchy vlastných mechanizmov tak, aby nebola potrebná následná kontrola ľudským prvkom, čo prinesie úsporu času a financií. Vyvíjanie nových pokročilých materiálov-metaloidov (kovy s veľmi hustými uhlíkovými alebo plastickými vláknami) a kerametalov (keramika zmiešaná s kovmi) s pamäťovým efektom, ktorý môže byť spustený elektrickým alebo tepelným impulzom.

Charakteristika:
Vo vhodných horninových útvaroch sa bude dobývať pomocou malých autonómnych robotov, bez vytvárania veľkých otvorených priestorov - takéto dobývanie bude vhodné pre horninové telesá v ktorých bude dobre známa lokálna geológia, čo je podmienkou pre autonómne dobývanie. Technológia vyžaduje veľmi silné batérie, ktoré navyše odolajú drsnému prostrediu. Bude sa ňou dať dobývať v hĺbkach niekoľkých kilometrov pod povrchom. Samozrejme materiály z ktorých budú roboti vyrobení musia odolať teplote (špeciálne zliatiny, špeciálna oceľ). Uvažuje sa aj o autonómnych operáciách robotického roja. Roboti budú kompletne diaľkovo ovládaní. Budú dopravovať malé množstvá vyťaženého materiálu na veľké vzdialenosti cez nebezpečné priestory. Algoritmus spolupráce robotov je podmienkou, roboti musia byť malí, robustní, komunikatívni. V prípade použitia takýchto robotov už nebude potrebné mať v podzemí veľký personál ľudí, bude nižšia spotreba energie, menej odpadu (jaloviny), žiadne prejavy na povrch (poddolovanie), bude sa ťažiť len rudná žila. Táto miniaturizácia dobývania nebude vytvárať veľké otvorené podzemné priestory, náchylné na samozavaľovanie (generujú banské otrasy). Základným predpokladom je energetická efektivita zdrojov autonómnych robotov a schopnosť spolupráce v roji. Potenciálne nebezpečenstvo nezvládnutia autonómnej replikácie nanorobotov sa môže stať v budúcnosti realitou ohrozujúcou život na Zemi. Autonómne, ICT ovládané bio-dobývanie bude hlavnou ťažobnou metódou - pre nepretržitú kontrolu meraní sú potrebné veľmi spoľahlivé snímače. Táto technika umožní dobývať nízkoobsahové rudy s minimálnym dopadom na životné prostredie. Avšak takáto ťažba rúd s nízkym obsahom kovov znamená zvýšenú potrebu vyhľadávania vhodných zásob, čo zanechá zreteľnú stopu dobývania (príklady z Fínska). V súčasnej dobe žiadny bakteriálny kmeň neprodukuje významné množstvo kovov. Takto bio-dobývanie zostáva okrajovou záležitosťou dobývania, vhodné len v určitých špecifických prípadoch. Avšak výskum v oblasti samo sa regenerujúcich kultúr baktérií, schopných prežiť v aeróbnom i anaeróbnom prostredí pokračuje a jeho výsledky sa uplatnia v budúcnosti. Bio-dobývanie nie je všeliekom ako sa môže na prvý pohľad zdať. Vysoký stupeň prirodzeného úbytku a veľmi pomalý krok bio evolúcie sú limitmi pre túto technológiu. Preto sa pravdepodobne táto metóda nestane pre budúcnosť rozhodujúcou. Na druhej strane však treba povedať, že použitie baktérií sa môže v určitých prípadoch vo veľkom rozsahu podieľať na odsírovaní uhoľného sloja. Výskum sa zameriava ja na použitie baktérií na zisťovanie prítomnosti zón vrstiev Gossan alebo odstraňovanie arzénu zo síranov a sírnikov. Spolupracujúce roboty in-situ úpravy rudných ložísk - spolupráca medzi rôznymi typmi robotov a generácií obmedzí prítomnosť ľudí na pracovisku v podzemí. Avšak spoľahlivosť tohto systému musí byť veľmi vysoká a interoperabilita bez prekážok. Inak hrozia veľké finančné škody a nebezpečenstvá. Dôležité sú protokoly, ktorými sa riadi komunikácia človek s robotmi. Roboti budú vybavení rôznymi snímačmi v závislosti od typu dobývanej rudy. Kombinácia schopností robotov bude viesť k používaniu skôr väčších ako menších robotov. A bude zároveň viesť k zmene myslenia baníkov. Roboti budú schopní vykonávať úpravu rôznych druhov nerastov in-situ, budú sa vedieť sami modifikovať na iný druh nerastu výmenou pracovných nástrojov. Technológia plazmy pre zvýšenie výnosov vzácnych kovov - použitie plazmy môže zvýšiť výnosy vzácnych kovov ako je Au, Ag a Pt z komplexných rúd o viac ako 1 000 % v porovnaní s konvenčnými metalurgickými procesmi. Toss Plasma Technologies (TPT), spoločnosť založená v USA, vynašla novú rádio frekvenčnú plazmovú technológiu pomocou ktorej sa komplexná ruda s obsahom Zn, Ni, Cu a Pb zahreje na ultra vysokú teplotu 8 000-12 000 stupňov Celzia, aby sa prelomila rudná štruktúra a uvoľnili latentné vzácne kovy, ktoré obsahuje a sú v štruktúre uzavreté. Na vzorkách tungsténovej rudy bol získaný výnos Au o 1 500 % vyšší ako tradičnými metódami. Efektívne hĺbenie vertikálnych jám (šácht) - táto metóda hĺbenia jám je založená na princípe rotačného vŕtania, pričom rezná hlava je zavesená na oceľových lanách tak, aby sa jej umožnil voľný pohyb pri ktorom kopíruje plochu čelby a odrezáva z nej vrstvy horniny. Toto sa deje vo vodnom prostredí, lebo teleso jamy sa po úvodnom zabezpečení oceľovou alebo betónovou segmentovou výstužou (skružami) naplní vodou, ktorá sa plynule do telesa jamy privádza potrubím a zároveň sa voda s odrezkami horniny v podobe kalu či vrtnej múčky čerpadlom vynáša na povrch do dekantačnej nádrže a následne do úpravne vody a potom ide voda späť do hĺbenej jamy. Po každom cykle vŕtania vrstvy horniny na výšku skruže, sa na povrchu zmontuje zo skruží kruhový profil jamy, ktorý sa v celosti zapúšťa do jamy kde sa spojí so skružami ktoré sa v jame už nachádzajú, pričom sa v jame vytvára ochranné puzdro (niečo ako rúra) ochranná výstuž telesa jamy. Razenie tunelov pod pretlakom a razenie so zmrazovaním horniny - a) Razenie tunelov pod pretlakom - práca v stlačenom vzduchu sa môže použiť v kombinácii s viacerými tunelovacími metódami, ale najčastejšie sa používa pri razení štítom, alebo napr. s hnaným pažením a metódou striekaného betónu. Keďže nebezpečenstvo ochorenia sa výrazne znižuje pri práci v pretlaku vzduchu pod hranicou 0,1 MPa (MPa je malý pretlak, ktorý nemá škodlivé fyziologické účinky a nevyvoláva pracovné ťažkosti). Pri väčšom pretlaku vzduchu, najmä pri hodnote viac ako 0,15 MPa dochádza k nepriaznivým fyziologickým účinkom, výkonnosť klesá a musia byť skracované zmeny na max. 4 – 6 hodín. Razenie v kvartérnych sedimentoch pri väčších hĺbkach pod hladinou podzemnej vody je nákladné, a to tým viac, čím viac sa tlak vzduchu približuje k hranici 3,5 atmosfér, ktorá sa považuje za najvyššiu fyziologicky prípustnú mieru pretlaku vzduchu pri práci v tuneloch. Pri razení tunela pod ochranou stlačeného vzduchu je potrebné pracovisko pri vstupe do tunela oddeliť od ostatných priestorov pretlakovými komorami cez ktoré sa zabezpečuje prechod pracovníkov a doprava materiálu medzi priestorom so zvýšeným tlakom vzduchu a priestorom s normálnym tlakom vzduchu. Pretlakové komory sú oceľové v podobe horizontálnej tlakovej nádoby. V čelách oceľových valcov sú dvierka s gumovým tesnením. Pri doprave pretlakovou komorou sa tlak vzduchu v komore pozvoľna upravuje tak, aby sa vyrovnal buď so zvýšeným tlakom na jednej strane, alebo s normálnym tlakom na druhej strane. Pre fáranie a vstup osádky je k dispozícii trojpriestorová pretlaková komora. Paralelne s ňou sa nachádza dlhá materiálová komora. Jednotlivé priestory pretlakových komôr sú pospájané ventilmi, ktorými sa reguluje tlak v komore. Zvýšenie tlaku vzduchu na pracovisku je tým prostriedkom, ktorý umožňuje raziť tunelové trasy aj v zvodnelých pieskoch a štrkoch. Stlačený vzduch bráni vode vnikať cez čelbu do tunela a vytláča ju z najbližšieho okolia výrubu. Tlak vzduchu v tuneli musí byť vždy väčší než hydrostatický tlak vody pred čelbou. b) Razenie so zmrazovaním horniny - zmrazovanie horniny sa používa pri razení na celý profil, vo zvodnených horninách, tekutých pieskoch, pod dnom riek, všade tak kde hrozia priesaky vody do pracovného priestoru. Vytvorená zmrazená stena vytvára vode odolnú bariéru, podporuje dočasnú stabilitu diela. Pričom môže byť metóda razenia klasická s použitím vrtno-trhacích prác alebo s použitím tunelového vrtného stroja. Zmrazená štruktúra horniny znáša horninové tlaky do chvíle dokiaľ sa razenie tunela nedostane do pevnej horniny bez priesakov vody. Na zmrazovanie sa používa tekutý dusík, ktorý sa vháňa do vývrtov paralelných okolo profilu tunela. Táto metóda sa používa aj pri hĺbení vertikálnej jamy (šachty). Nová inovačná metóda hĺbenia otvorov do zemskej kôry (litho-jet) - progresívna technická inováčná metóda LITHO-JET, umožňuje prenikať do rôznych hĺbok zemskej kôry. Pri tejto metóde sa v interakcii nástroja a konkrétnej horniny, využíva technické zariadenie - plameňový injektor, ktorý dokáže vypaľovať do kompaktnej horniny otvory kruhového prierezu, rôzneho priemeru, úklonu a potrebnej dĺžky (hĺbky). Plameňový injektor bude pri natavovaní hornín využívať vysoké hodnoty teplôt a vysoký tlak, ktoré bude možné dosiahnuť použitím vhodného reaktívneho paliva (špeciálna zmes plynov). Inovatívny technologický proces tavenia horniny sa podstatne odlišuje od technológie, pri ktorej sa používajú prostriedky vŕtacej techniky v kombinácii s výbuchovou energiou trhaviny. Revolučný bezkontaktný spôsob uvoľňovania horniny jej roztavením (prvá fáza procesu) a následným prechodom do magmatického tekutého stavu, pri súčasnom vytvorení magmatickej hmoty (druhá fáza procesu), ktorá sa postupne ochladzuje a dostáva sa tak do pevného tuhého stavu, pričom po obvode a pozdĺž celého vypáleného veľkopriemerového vrtu vytvára súvislý výstužný veniec zatuhnutej taveniny (tretia fáza). Realizácia tejto novej technologickej inovácie sa môže stať pre oblasť podzemného staviteľstva prelomovou (po jej ďalšom testovaní), aj keď technicky veľmi zložitou, na precíznosť a použitie neštandardných materiálov, technológií a riadiacich systémov veľmi náročnou technológiou. Vývoj technologickej platformy PLASMABIT prináša zásadnú technologickú v systéme vytvárania veľkopriemerových otvorov do hlbinných štruktúr zemskej kôry. Revolučný systém „vŕtania“ PLASMABIT je určený pre prenikanie do veľkých hĺbok k podzemným zdrojom, pri ktorom sa využíva robustný plazmový generátor. Systém predstavuje inovačnú metódu pre otváranie zemskej kôry vrtmi, ktorú je možné aplikovať ako overenú technológiu, ktorá na deformáciu horniny využíva platformu skonštruovanú na báze elektrického plazmového oblúka. Inovatívna metóda prenikania do štruktúr zemskej kôry je primárne určená ťažobnému priemyslu, predovšetkým pre oblasť ťažby uhľovodíkov ropy a plynu.

Charakteristika:
Automatizácia dopravných prostriedkov bude realizovaná prostredníctvom umelej inteligencie, predovšetkým z pohľadu uľahčenia výkonu práce obsluhujúceho personálu a to v celom kontexte zabezpečovania ich prevádzky. Bezpečná a spoľahlivá prevádzka takýchto systémov vyžaduje rad senzorov, ktoré merajú okolie vozidla (polohu, prekážky), spoľahlivé a bezpečné prepojenie medzi ostatnými vozidlami a náležitou infraštruktúrou. Príklad využitia: bezdrôtová vysokorýchlostná komunikácia viacerých senzorov s operačnými systémami vozidiel a infraštruktúry s cieľom automatizovať a zefektívniť prevádzku.

Charakteristika:
Chatboty a konfigurátory na portáloch pomáhajú rýchlejšie dohľadať informácie pre jednotlivé procesy a fázy výstavby a skvalitniť bezpečnosť na stavbách. Chatboty sú využívané aj riadiacimi pracovníkmi pre riadenie ľudských zdrojov, prostredníctvom ktorých zadávajú pokyny robotníkom a technickým pracovníkom pri vykonávaní komplikovanejších procesov a rôznorodých činností. Chatboty a konfigurátory majú uplatnenie pri zariaďovaní rôznych druhov stavenísk, pri zaistení efektívnych bezpečnostných opatrení a riadení kvality stavby. Cieľom je poskytnutie včasných a presných informácií o účinných a efektívnych opatreniach na rozličných stavbách.

Charakteristika:
Softverizácia je technologický pojem pre virtualizáciu a definovanie fyzického sveta pomocou softvéru. Zastrešujúcim pojmom je: "softvérovo definované všetko (SDE)", ktorý popisuje, ako virtualizácia a abstrahovanie od základnej hardvérovej infraštruktúry môže byť využitá, aby sa informačné technológie stali flexibilnejšími a svižnejšími. Patria sem najmä softvérovo definované siete, softvérovo definované úložiská a softvérovo definované dátové centrá.

Charakteristika:
Komplex prepojených zariadení, objektov, ale aj zvierat a ľudí v automatizovanom systéme cez internet s cieľom ich vzájomnej interakcie, kde dochádza k zberu, analýze informácií a k automatickým úkonom, ktoré zjednodušujú, zefektívňujú a modifikujú procesy. Vylepšené senzory a zavedenie vyššej konektivity posilňujú rozvoj IoT. Kombinácia umelej inteligencie a strojového učenia v IoT umožňuje spoľahlivejšiu správu objemných dát, generovanie poznatkov a riešení, ktoré zvyšujú odozvu výrobcov a zlepšujú efektivitu výroby. Výrobné roboty tak môžu reagovať na vzniknuté problémy priamo pri výrobe a môžu poskytovať okamžité a včasné riešenia.