工人的安全、生產(chǎn)力和可持續(xù)性是有效運(yùn)營礦山的最重要因素之一。因此，改善工人安全的機(jī)器人和自動(dòng)方法是采礦和機(jī)器人行業(yè)研究和發(fā)展的最前沿。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)和研究咨詢公司GlobalData即將發(fā)布的一份報(bào)告稱，機(jī)器人技術(shù)對(duì)于任何打算在不久的將來保持競爭力的礦業(yè)公司來說都是必不可少的。除了安全之外，機(jī)器人技術(shù)還有助于采礦業(yè)提高生產(chǎn)力和可持續(xù)性。工業(yè)機(jī)器人的市場預(yù)測反映了這一點(diǎn)，預(yù)計(jì)在本十年剩下的時(shí)間里，它將以37.5%的可觀復(fù)合增長率增長，從2020年的146億美元到2030年的3521億美元。

將人類工人從危險(xiǎn)區(qū)域移出，是確保這些區(qū)域的采礦作業(yè)安全的一種失敗的手段。

例如，鉆機(jī)已經(jīng)被遠(yuǎn)程操作和監(jiān)督，將人類從往往是危險(xiǎn)的、不穩(wěn)定的鉆井現(xiàn)場移走。牽引作業(yè)可以用自動(dòng)駕駛、堅(jiān)固耐用的車輛進(jìn)行，包括一些具有自動(dòng)充電過程的電動(dòng)車輛。地下采礦活動(dòng)也可以在沒有人在危險(xiǎn)區(qū)域的情況下進(jìn)行，高墻和水下檢查任務(wù)由無人機(jī)、陸地車和水下機(jī)器人執(zhí)行。

本文討論了機(jī)器人技術(shù)用于改善全球采礦作業(yè)安全的例子。

澳大利亞鎳礦在機(jī)器人協(xié)助下避免了危機(jī)的發(fā)生

2018年，在澳大利亞必和必拓西鎳礦的一個(gè)鉆孔中，在地下深處發(fā)現(xiàn)了一根已經(jīng)危險(xiǎn)地超壓的水管。BHP聯(lián)系了伍德賽德和迪肯大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、Clearpath以及美國國家航空航天局的機(jī)器人工程師，要求他們協(xié)助處理過壓的管道。

該團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程引導(dǎo)機(jī)器人穿過隧道，在那里切斷管道以釋放壓力。操作完成后，一個(gè)人類團(tuán)隊(duì)進(jìn)入現(xiàn)在安全的隧道，取回機(jī)器人。

如果不是機(jī)器人設(shè)備和它提供的安全遠(yuǎn)程操作，這次行動(dòng)就會(huì)很危險(xiǎn)，也不太成功。整個(gè)過程，從發(fā)現(xiàn)到計(jì)劃和解決，只用了不到兩周的時(shí)間，由于團(tuán)隊(duì)有能力將機(jī)器人部署到現(xiàn)場，所以速度更快。

美國西弗吉尼亞大學(xué)開發(fā)的自主機(jī)器人安全系統(tǒng)

屋頂坍塌和碎片墜落是地下礦井事故的一些主要原因，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致工人受傷和死亡。為了解決這一安全問題，西弗吉尼亞大學(xué)（WVU）的工程師正在開發(fā)一個(gè)自主機(jī)器人安全系統(tǒng)，以監(jiān)測地下礦井的結(jié)構(gòu)完整性和安全性。該系統(tǒng)應(yīng)有助于防止礦工因屋頂坍塌和碎片墜落事件而受傷或死亡。

西弗吉尼亞大學(xué)的Ihsan Berk Tulu博士和Jason Gross博士是這個(gè)自主機(jī)器人系統(tǒng)的幕后推手。所謂的 "落地 "事故是美國地下礦井受傷的一個(gè)主要原因。

當(dāng)?shù)叵碌V井的部分支柱或屋頂?shù)顾鷷r(shí)，就會(huì)發(fā)生落地事件。最近，賓夕法尼亞州惠特尼的一個(gè)礦場報(bào)告了一起支柱倒塌事件，突出了這些事件所帶來的持續(xù)安全風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)像西弗吉尼亞大學(xué)開發(fā)的系統(tǒng)的需求。

工程師們通過將無人機(jī)與遠(yuǎn)程操作的地面車輛相結(jié)合。然后，機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)建了地下礦井的高分辨率三維地圖，評(píng)估支柱和屋頂?shù)膿p壞情況。

三維地圖隨著時(shí)間的推移監(jiān)測礦井支柱的結(jié)構(gòu)完整性，并使該團(tuán)隊(duì)能夠及早發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致坍塌的危險(xiǎn)狀況。

到目前為止，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)了機(jī)器人系統(tǒng)，并正在整合傳感器。各種軟件組件，包括LaModel公司提供的邊界元素軟件，也在審查之中，目前正在模擬環(huán)境中進(jìn)行測試。

加拿大皇后大學(xué)的自動(dòng)裝載研究

皇后大學(xué)的工程師們開發(fā)的新的機(jī)器人技術(shù)，使地下負(fù)載運(yùn)輸傾倒（LHD）鏟斗自動(dòng)裝載破碎的巖石塊。該技術(shù)使該過程更加有效，并提高了工人的安全性。

研究人員已與PARTEQ創(chuàng)新公司和阿特拉斯-科普柯公司合作，將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。后者計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)，并在未來將其與LHD車輛相結(jié)合。

機(jī)器人技術(shù)和采礦業(yè)將繼續(xù)共同發(fā)展？

今天，采礦業(yè)面臨著多重挑戰(zhàn)。資源的可用性正在減少，因此，全球采礦業(yè)的盈利能力也在下降。圍繞環(huán)境可持續(xù)性、工人安全和權(quán)利以及土地使用變化的社會(huì)和道德問題，使21世紀(jì)的采礦業(yè)經(jīng)營壓力更大。

先進(jìn)的機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)可以緩解這些壓力。在許多情況下，他們已經(jīng)在這樣做了。采礦業(yè)中的機(jī)器人應(yīng)用所面臨的持續(xù)挑戰(zhàn)包括：在嚴(yán)苛、崎嶇的作業(yè)中提高可靠性，以及擴(kuò)大機(jī)器人的范圍以執(zhí)行更多采礦功能。