Ob Förderung und Transport von Materialien oder Kontrolle und Überwachung der Standorte – Roboter revolutionieren den Bergbau. Und sie erweisen sich als wertvolle Investition.
Die Arbeit im Bergbau ist schmutzig, gefährlich und anspruchsvoll. Die Förderung von Rohstoffen aus der Erde stellt hohe Anforderungen an die Menschen – sie riskieren dabei jeden Tag ihr Leben. Aber die Dinge verändern sich.
Mittlerweile sind intelligente Maschinen im Einsatz. Sie arbeiten mit den Menschen über und unter Tage zusammen und sorgen so für ein Vielfaches an Möglichkeiten. Außerdem übernehmen sie die gefährlichsten Aufgaben und werden dabei von Menschen aus sicherer Entfernung gesteuert. Die Auswirkungen sind enorm.
Dieser Wandel hin zur Automatisierung in der Bergbauindustrie wird sich weltweit auswirken, wobei ein Großteil der neuen Technologien derzeit in den Weiten von Westaustralien getestet wird. Wir sehen uns einige dieser Roboter in Aktion an und zeigen, wie sie den Bergbau verändern.
Autonome Lastwagen
Eine Armee von Titanlastwagen transportiert Eisenerz im Bergwerk: ein typischer Tag in der West Angelas-Mine von Rio Tinto in Pilbara, Westaustralien. Was heute jedoch anders ist, ist dass etwa 25 % der Fahrzeuge vollständig autonom sind und ohne eine einzige Person an Bord arbeiten.
Ausgestattet mit dem unternehmenseigenen, kabellosen autonomen Transportsystem (Autonomous Haulage System, AHS) und unter Verwendung von Hochpräzisions-GPS sowie Radar- und Lasersensoren, können sie selbstständig auf Transportstrecken navigieren, ohne mit Personen oder anderen Fahrzeugen zu kollidieren – nur von einem Bediener in einem Kontrollraum überwacht. Sie können sogar Mitarbeiter benachrichtigen und Diagnosen bereitstellen, wenn etwas schiefgeht.
Autonome Lastwagen wie diese bieten erhebliche Vorteile:
„[Sie] sind nachweislich etwa 15 Prozent billiger als Fahrzeuge mit Menschen hinterm Lenkrad – eine beträchtliche Einsparung, da Transportkosten mit Abstand den größten Teil der Betriebskosten eines Bergwerks ausmachen.“
– Rob Atkinson, Produktivitätsleitung, Rio Tinto (via Technology Review)
Im Gegensatz zu menschlichen Bedienern müssen sie für Mittagspausen oder Schichtwechsel nicht die Arbeit unterbrechen. Das führt zu gesteigerter Effizienz. Und da sie berechenbar sind, wird der Verschleiß minimiert, und Ausfallzeiten werden reduziert. Außerdem werden viele Verletzungen und Unfälle vermieden, da weniger Menschen an gefährlichen Orten arbeiten.
Unbemannte Luftfahrzeuge
Auf der ganzen Welt werden unbemannte Luftfahrzeuge (UAV, Unmanned Aerial Vehicle) oder Drohnen eingesetzt, um Informationen über Bergwerke zu sammeln. Für einige BHP Billiton-Minen in Queensland, Australien, wird beispielsweise zunächst eine Prüfung aus der Luft durchgeführt, um vor Sprengungen zu gewährleisten, dass das Gebiet vollständig geräumt wurde, um Verkehr, Straßenverhältnisse und Risiken zu überwachen sowie Echtzeit-Luftaufnahmen und 3D-Karten bereitzustellen.
Queen’s Mining Systems Laboratory (USA) und die Universität Örebro (Schweden) wollen die Drohnen sogar unter die Erde schicken. Ihr MapKey-Prototyp eines autorotierenden Höhlenscanners ist in der Lage, staubige, gesperrte Höhlen zu durchqueren und die Umgebung mithilfe von 3D-Laserscannertechnologie abzubilden.
„Dank der Drohnen sammeln wir jetzt mehr Informationen zu unseren Standorten als je zuvor. Wir können unsere Lagerbestände schnell und genau vermessen, Konstruktionsvorgaben mit Minenplänen abgleichen und ermitteln, was wir ändern müssen, um die Sicherheit oder die Produktivität zu erhöhen.“
– Frans Knox, Produktionsleiter Bergbau, BHP (via Mining Technology)
Wenn die unterirdischen Drohnen technisch ausgereift sind, können sie in bislang unerreichbare und gefährliche Orte vordringen und damit die Überwachung der Mine und die Sicherheit unter Tage verbessern.
Fahrerlose Lokomotiven
Copyright © 2018 Rio Tinto
In Minen wird seit Jahrzehnten die Kraft von Lokomotiven genutzt, um Material in die Bergwerke und aus den Bergwerken heraus zu transportieren. Ende 2018 wird jetzt als Ergebnis des 800-Millionen-Euro-AutoHaul-Projekts von Rio Tinto der erste vollständig autonome Schwerlastzug in Pilbara, Australien, in Betrieb genommen.
Halbautonome Züge sind bereits seit einigen Jahren im Einsatz. Die neuen fahrerlosen Lokomotiven hingegen sind mit komplexen Bordcomputersystemen ausgestattet, die mit 4G-Netzwerken verbunden sind. Auf diese Weise können sie selbstständig fahren und anhalten, Signale verfolgen, einen Zeitplan in Abstimmung mit anderen Zügen erstellen und automatisch be- und entladen.
„Das AutoHaul-Projekt erzielt bereits Verbesserungen, etwa weniger Schwankungen und eine erhöhte Geschwindigkeit im gesamten Netzwerk, wodurch wiederum die durchschnittlichen Durchlaufzeiten verringert werden.“
– Chris Salisbury, Vorstandsvorsitzender, Rio Tinto Iron Ore
Bei einer normalerweise 40 Stunden dauernden Fahrt können zwei Stunden verlorene Betriebszeit eingespart werden, die in der Regel während der Schichtwechsel und Neustarts anfallen.
Die fahrerlosen Lokomotiven verbessern auch die Sicherheit der Grubenbahn – dank verschiedener Detektionssysteme, die dafür sorgen, dass an Kreuzungen vorhersehbar agiert wird sowie Geschwindigkeitsbeschränkungen befolgt und Hinderniswarnungen ausgegeben werden.
Roboter-Gesteinsbohrmaschine
Neben der Transformation des Transports und der Logistik revolutioniert die Automatisierung jetzt auch den Förderungsprozess.
Ende 2017 gewann Atlas Copco einen Auftrag, 18 der Pit Viper 271-Bohrer von BHP Billiton für den autonomen Betrieb umzurüsten, nachdem das Unternehmen sie zwei Jahre lang in der Yandi-Mine in Australien getestet hatte.
Diese Bohrer können bei der Suche nach Eisenerz in einer Tiefe von bis zu 14 Metern bohren. Sie sind mit der wegweisenden automatisierten Bohrsystemtechnologie (Automated Drilling System, ADS) von Atlas Copco ausgestattet.
Mithilfe von GPS, Hinderniserkennung und erweitertem automatischen Bohren können sich die Bohrer selbstständig bewegen und bohren, wobei sie von einem entfernten Standort aus überwacht werden. Sie können auch den Zustand des Bodens überprüfen und dazu eine Rückmeldung geben.
Atlas Copco ist nicht das einzige Unternehmen, das automatisierte Bohrer herstellt und verwendet. Unternehmen wie Rio Tinto, Sandvik, Komatsu und Caterpillar verfügen ebenfalls über ähnliche Technologien. Welche Auswirkungen hat das auf die Branche? Verbesserte Genauigkeit, Effizienz und Sicherheit.
„Der Sprenglochbohrer stellt einen der ersten operativen Schritte in der Wertschöpfungskette dar. Durch Automatisierung dieses Prozesses und Ersetzen des menschlichen Faktors durch zuverlässige Vorhersehbarkeit, wird ein hoher Mehrwert geschaffen.“
– Tyler Berens, Product Line Manager – Automatisierung, Atlas Copco (via Mining Technology)
Der Pit Viper 271 kann nicht nur mit Höchstpräzision bohren, sondern auch 11,5 Stunden einer 12-Stunden-Schicht arbeiten, während für Menschen nur 8,5 Stunden möglich sind. Außerdem kann ein Bediener drei Bohrer gleichzeitig aus der Ferne steuern.
Roboterassistenten
Im Rahmen des Mining ROX-Projekts haben Ingenieure an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg unter Anleitung von Professor Bernhard Jung daran gearbeitet, einen teleoperierten Roboter-Bergbauassistenten zu entwickeln.
Wir stellen vor: Julius.
Als elektrische Plattform mit vier Rädern, ausgestattet mit Sensoren und einem Universal Robots UR5-Roboterarm und -Greifer, kann Julius bei Vermessungsaufgaben unter Tage assistieren. Er transportiert nicht nur die schwere Ausrüstung, sondern kann auch mit tragbaren Messgeräten bei der Erfassung von Sensordaten für die Analyse der Probenqualität helfen.
Für Bergarbeiter ist Julius eine gute Nachricht, da er die Ausrüstung transportieren und Scangeräte halten kann und damit die ergonomische Belastung verringert. Darüber hinaus verbessert er die Qualität der Messwerte, da er bei der Datenerfassung vollkommen unbeweglich bleiben kann. Als zusätzlicher Bonus ist es möglich, ihn in gefährliche Umgebungen vorzuschicken oder auch anstelle von Menschen auszusenden, wodurch die Sicherheit erheblich erhöht wird.
Prof. Jung ist davon überzeugt, dass diese Art von Robotern letztendlich dafür sorgen wird, dass überhaupt keine Menschen mehr unter Tage arbeiten müssen:
„Minen können lebensfeindliche Umgebungen für menschliche Arbeiter darstellen. Roboter hingegen können dort arbeiten, wo es für Menschen zu gefährlich wird. Sie sind eine vielversprechende Option, insbesondere für Minen in abgelegenen Gebieten, in denen keine qualifizierten Arbeitskräfte verfügbar sind. Die tiefen Minen der Zukunft werden sehr heiß sein, sodass die Belüftungs- und Kühlsysteme wirtschaftlich untragbar werden. Eine langfristige Vision unter Bergbauforschern ist tatsächlich die vollständig automatisierte, menschenfreie Mine‘.“
Dies sind nur einige der Möglichkeiten, wie Roboter den Bergbau zum Positiven hin verändern. Während Sie diesen Text lesen, werden weltweit viele neue Technologien entwickelt und getestet, um die Möglichkeiten der Branche hinsichtlich Effizienz, Genauigkeit, Sicherheit und Mitarbeiterzufriedenheit weiter zu steigern.
In den Minen der Zukunft werden Roboter nicht nur mit Menschen zusammenarbeiten, sondern die Arbeit in der Mine vollständig übernehmen und uns die Rohstoffen liefern, die wir brauchen – und das unter Bedingungen, die über menschliche Möglichkeiten weit hinausgehen.
