Юлия Попова
11 мая 2022 года. Для угольного региона эта дата стала наиболее значимой вехой. Была утверждена новейшая в стране комплексная программа полного инновационного цикла «Чистый уголь — зеленый Кузбасс».
Научно-образовательный центр главного угледобывающего региона России стал первопроходцем в получении федеральной поддержки. Уголь — энергетический ресурс будущего. Задача консорциума команды НОЦ «Кузбасс» — объединить усилия разработчиков и индустриальных партнеров для достижения приоритетных для региона целей: цифровизация и роботизация отрасли, повышение промышленной безопасности, решение экологических задач, вопросов здоровьесбережения жителей индустриального края.
Роботы под землей и на земле
Роботизация угледобывающей отрасли — одна из задач КНТП «Чистый уголь — зеленый Кузбасс». Одним из научно-технических направлений работы команды ученых Института угля Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН — это проектирование и разработка роботизированных модулей горно-шахтного оборудования и систем управления к ним.
Оборудование создается в трех вариантах исполнения. Такое решение делает возможным применение крепи в очистных и проходческих забоях. Разработчики предусмотрели увязку оборудования с проходческим или очистным комбайном, анкеро-установщиком.
Какую задачу решает разработка? Дело в том, что количество времени для крепления горной выработки всегда превышает время работы проходческого комбайна по разрушению горного массива. Роботизированная крепь позволит сократить технологические простои комбайна, которые могут составлять от 20 до 30 минут, так как частичное крепление выработки происходит во время цикла работы комбайна.
— Будет ли успевать ваша крепь за работой комбайна? Этот вопрос в числе первых задают заинтересованные добывающие компании. Вариантов крепей, применяемых на угледобывающих предприятиях, много, принципиальное отличие нашего макетного образца — двухсекционность. В классической крепи-сопряжения перемещение происходит после снятия распора. Предлагаемая нами роботизированная крепь состоит из двух независимых секций. Распор снимается с одной секции, при этом вторая остается под нагрузкой. Силовой расчет выполнен таким образом, что одна секция крепи выдерживает полную нагрузку, — отметил Михаил Никитенко, руководитель молодежной лаборатории перспективных методов управления горнотехническими системами ФИЦ УУХ СО РАН, один из участников команды разработчиков.
Что касается составляющей «роботизация»: в рамках экспозиционной части выставки «Уголь России и Майнинг — 2022» состоялась презентация системы дистанционного управления роботизированной крепью. На выставке был представлен работающий образец-макет. Оператор находился в Новокузнецке, а модель крепи — в Кемерове, в опытном цехе Института угля. По видеосвязи присутствующие могли наблюдать, как крепь выполняет команды оператора на расстоянии более чем 200 км. Работа над проектом продолжается.
В данный момент разработчики имеют понятный конструктив, движения секций крепи отработаны, все готово к производству полноразмерного образца для испытания под 100 %-ной нагрузкой в комплексе с другим горно-шахтным оборудованием. Сотрудники Института угля ФИЦ УУХ СО РАН уже начали математическое моделирование работы крепи в составе проходческого комплекса с увязкой по времени, производительности комбайна и конвейера.
Еще один «робот» в Институте угля создается для открытых горных работ. Точнее, не сам робот, а прототип системы управления, обнаружения препятствий автономным транспортным средством.
Математики, программисты, инженеры, робототехники, системотехники, специалисты по прототипированию «обучают» макет технологического транспортного средства выполнять движение по маршруту, обнаруживать и объезжать препятствия и т. д.
Предлагаемая система управления не зависит от спутниковой навигации. В планах разработчиков на 2023 год — создание мини-полигона для тестирования и отладки системы управления.
— Отмечу, реализация КНТП — важный шаг для выхода угледобывающей и перерабатывающей отрасли на новый уровень научно-технического развития, — сказал в завершение Михаил Никитенко.
Роботы на поверхности
Беспилотный карьерный самосвал создают ученые научного центра «Цифровые технологии» КузГТУ. Этот вуз также является членом НОЦ «Кузбасс». Идея реализуется в рамках проекта «Разработка и создание высокотехнологичного производства автономных тяжелых платформ для безлюдной добычи полезных ископаемых в системе «Умный карьер».
КНТП «Чистый уголь — зеленый Кузбасс» предполагает создание карьерного самосвала грузоподъемностью 220 т. Параллельно идет работа по созданию целого семейства беспилотников грузоподъемностью 30, 90, 125 и 240 т.
Проект является объединенной работой ученых КузГТУ, ПАО «КАМАЗ», МГТУ им. Н. Э. Баумана и индустриальных партнеров.
К работе приступили в 2020 году. Первый прототип беспилотника был презентован на ежегодной национальной выставке «ВУЗПРОМЭКСПО-2020». В настоящее время создан уже третий по счету вариант модели будущего беспилотника.
— Основное направление работ — совершенствование механики: колес, системы их установки и управления. Платформа будет оснащена экологичным двигателем. Третий вариант модели отличается от первого более надежной работой всех систем. Шаг за шагом создается принципиально новая техника. Идея состоит в том, чтобы «робот» пришел на смену человеку. Будущее за новыми цифровыми рудниками: это система цифровой диспетчеризации, позиционирования, мониторинг технического состояния техники, обеспечение безопасности движения беспилотных карьерных самосвалов, а в будущем и экскаваторов. Одним словом, работа всей технологической цепочки будет настроена на добычу и транспортировку полезного ископаемого, — отметил Дмитрий Дубинкин, руководитель научного центра «Цифровые технологии» КузГТУ.
Действующая модель — прототип карьерного самосвала-робота оснащена системой дистанционного управления. Следующий шаг — внедрение системы искусственного интеллекта. Оборудование будет распознавать объекты, сможет самостоятельно вычислять препятствия и объезжать их при движении из точки А в точку Б маршрута.
Разработчики ориентируются на российских производителей комплектующих. Новые исследования будут связаны с импортозамещением.
Применяемые компьютерные программы управления рулевой системой, тормозами, двигателем, электро- и силовым оборудованием написаны специалистами — разработчиками КузГТУ.
Четвертая версия макета карьерного самосвала будет оснащена более мощным компьютером. Изменится и версия исполнения электрики. В планах приступить к производственным испытаниям в карьере в конце 2022-го — начале 2023 года.
Безопасная добыча
Безопасность на угледобывающих предприятиях — еще одно направление многозадачной научно-технической программы полного цикла. НОЦ в сотрудничестве с компанией НПО «Алзамир» и Томским государственным университетом систем управления и радиоэлектроники уже начали разработку программного обеспечения «АЛЗАМИР-Контакт», которое в режиме реального времени будет передавать данные о состоянии выработок диспетчеру и руководителям, а также данные будут направлены в МЧС и Ростехнадзор.
Разработчики закладывают в возможности комплекса многофункциональность. Он будет адаптирован для работы на шахтах, на участках открытых горных работ и обогатительных фабриках. Кроме этого, создаваемая система будет совместима со всеми применяемыми системами контроля и управления промбезопасностью, планом ликвидации аварии. Также предлагаемая система будет иметь широкую вариативность передачи данных: электронная почта, SMS, «Телеграм» и др. В проект заложена разработка мобильного приложения.
Этот современный продукт не имеет аналогов даже в мире. Средства на разработку системы — это грант в размере 18 млн руб. от Фонда содействия инновациям. Связка «НОЦ «Кузбасс» — индустриальный партнер» доказала свою состоятельность. Срок реализации проекта — 6 месяцев.
Кузбасс зеленый
Экология угледобывающего региона. Решение этой задачи также заложено в КНТП «Чистый уголь — зеленый Кузбасс». Ученые базовой организации НОЦ «Кузбасс» создают консорциумы бактерий, способные поглощать промышленные загрязнители, параллельно обогащая почву. Так, разрабатывается технология для биологического этапа рекультивации техногенно нарушенных земель.
— Подобные биопрепараты в мире существуют, в основном они поглощают нефтепродукты. Мы создаем препарат, который будет поглощать еще и тяжелые металлы из почвы, — пояснила Людмила Асякина, кандидат наук, руководитель молодежной научной лаборатории фиторемедиации техногенно нарушенных экосистем КемГУ.
Работы начались осенью 2021 года. Ученые взяли пробы в пяти районах Кемеровской области (угольные разрезы и угольные склады). Был проанализирован их физико-химический состав, биохимические характеристики и ферментативная активность — способность почвы преобразовывать полезные для растений вещества в доступную для них форму.
В итоге было выявлено около 150 видов бактерий, порядка 25 подошли для дальнейшей работы: экспериментально была доказана их способность нейтрализовать загрязнения и выживать в среде с высокой концентрацией ароматических углеводородов, тяжелых металлов.
В настоящее время молодые ученые путем обработки математических данных подбирают и культивируют консорциумы, проверяют их свойства. Следующий этап — лабораторные исследования и апробация полученных препаратов.
Работы «в поле» запланированы на весну 2023 года. Помогать приживаться молодым деревьям и кустарникам на месте биологической рекультивации будет созданный кузбасскими учеными биопрепарат.
— Расход на 1 га нарушенной территории — 2—3 литра. Технология выглядит так: перед посадкой саженцы, точнее их корни, будут замачивать в разведенном растворе биопрепарата примерно на два часа. Затем посадка. Бактерии будут попадать в пригодную и питательную для них среду. Поглощая загрязнители, они будут выделять полезные для растений вещества, — прокомментировала Людмила Асякина.
КНТП — новый инструмент
Комплексную научно-техническую программу «Чистый уголь» объединяет 15 стратегических проектов. Это новый этап развития промышленности Кузбасса. Объем вложений составит 3,6 млрд руб., в том числе 2 млрд — денежные вложения инвесторов, 1,6 млрд — государственная поддержка по направлению «Наука». Окончание реализации проекта намечено в 2026 году. Ожидаемая прибыль — 4 млрд руб. уже в первый год после окончания реализации всех этапов программы. Работа началась.
