معدنکاری هوشمند، فرآیندی است که با استفاده از اطلاعات و فناوریهای نوین مانند سنسورها، نرمافزارها و سختافزارهای جدید و پیشرفته عملیات معدنکاری و در راستای نیل به سه هدف عمده انجام می‌شود.
دستیابی به ایمنی بیشتر در محیط کار که شامل ایمنی نیرو انسانی و کاهش درصد تلفات، جراحات، آمار فوتی‌ها و همچنین ایمنی ماشین‌آلات و ابزارآلات که به عنوان سرمایه معدندار به حساب می‌آید از آن جمله است؛ این ایمنی به نوبه خود برای بهداشت و محیط‌زیست در تخریب‌ها و به‌هم‌ریختگی‌های مورفولوژی ناشی از معدنکاری می‌تواند مفید واقع شود.
استفاده از معدنکاری هوشمند مسیر را به سمت روش‌هایی که کاهش هزینه‌های عملیاتی را به همراه دارد هدایت می‌کند. در واقع این نوع معدنکاری موجب می‌شود که با یک سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر نسبت به روش‌های سنتی در هزینه‌های تولید صرفه‌جویی‌های قابل‌توجهی را داشته باشیم. هدف سوم معدنکاری هوشمند نیز میزان تاثیر آن بر سیستم کار است به‌طوری‌که موجب افزایش بهره‌وری کار می‌شود و میزان بهره‌وری سیستم را در دو بعد افزایش می‌دهد. بعد اول در رابطه با ظرفیت ساعتی؛ تولید را با توجه به افزایش دقت و راندمان افزایش می‌دهد. به‌عنوان‌مثال اگر یک واحد تولیدی فرآیند را با ظرفیت ۸۰ تن در ساعت انجام دهد با استفاده از معدنکاری هوشمند ظرفیت آن به ۱۰۰ تن در ساعت ارتقا می‌یابد.
رشد ۳۰ درصدی معدنکاری نوین در ۲۰ سال
همین موضوع در خصوص بهره‌ورتر کردن و بهینه‌سازی عملیات انفجار و همچنین پیدا کردن محل‌های دقیق چال‌زنی، بهینه‌سازی بحث اکتشافات نیز صادق است. دومین موضوع بهره‌وری و بهینه‌سازی، کیفیت در اکتشاف، استخراج و واحدهای صنعتی و معدنی با استفاده از ابزارها و تکنولوژی‌های مدرن بوده که با کمک معدنکاری هوشمند، عیاری که مرحله موردنظر ارائه می‌دهد نسبت به روش‌های قدیمی از کیفیت بالایی برخوردار میشوند و عملیات را بهره‌ورتر می‌کند و با افزایش کیفیت کاهش هزینه‌ها را در پی خواهد داشت. در مجموع معدنکاری هوشمند به این شکل مورد ارزیابی قرار می‌گیرد که موجب می‌شود شرکت‌های معدنی با استفاده از نرمافزارها و راه‌حل‌های پیشرفته و فناورانه، بهره‌وری از سیستم‌های خود را نسبت به گذشته افزایش دهند. اگر بخواهیم مقایسه‌ای بین سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۰ داشته باشیم تاکنون بیش از ۳۰ درصد عملیات معدنکاری با کمک روش‌ها و فنّاوری‌های نوین افزایش بهره‌وری داشتند.
قطعاً در رشد معدنکاری فناوریهای دیجیتال و تجهیزات مدرن نقش اساسی خواهند داشت. به‌عنوان‌مثال سنسورهای هوشمند در موضوعات و بخش‌ها مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرند و برای رصد شرایط خاص برنامه‌ریزی شده‌اند و انحراف را بدون خطا و خستگی در طول دوره فرآیند مورد ارزیابی قرار می‌دهند و تغییرات شگرفی را در فرآیند تولید موجب میشوند. دقت بالای این تجهیزات، تشخیص دقیق و خستگی‌ناپذیری آنها و عدم وجود خطاهای احتمالی انسانی به کارآمدی این نوع سیستمها در فعالیت‌های فناورانه در حوزه فرآوری مواد معدنی و حتی در حوزه اکتشاف یا حتی استخراج برای تشخیص صحیح باطله از ماده معدنی، کاربرد دارد و این موارد را کارآمدتر می‌کند. با توجه به موارد نام‌برده که نقشی در سیستم معدنکاری دارند، می‌توان با روش‌های تحلیلی و محاسبات دقیق، ناکارآمدی‌های سیستم را شناسایی کنند و اطلاع دهند و معدنکار را از خطا و اشتباهی که سیستم دارد مطلع کند و معدنکار نیز با استفاده از روش‌های مناسب درصدد حل خطاها برمی‌آید. نقش دیگری که فناوریهای دیجیتال و تجهیزات مدرن دارند، کشف ظرفیت‌هایی بوده که می‌تواند در مصرف انرژی صرفه‌جویی داشته باشد. همچنین خطرات مربوط به بهره‌برداری و نگهداری در سیستمها را کاهش دهد و از خرابی‌های پیش‌بینی‌نشده و غیرمنتظره جلوگیری به عمل می‌آورد و هزینه‌های مربوط به نگهداری سیستم را به حداقل می‌رساند و در ادامه موجب افزایش عمر تجهیزاتی که در معدنکاری مورداستفاده قرار می‌گیرند، میشوند. تمام فاکتورها در جهت افزایش میزان بهره‌وری، سود و کاهش هزینه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.
معدنکاری هوشمند و استفاده از تجهیزات مدرن با افزایش روابط دانشگاهها با صنعت قطعاً قوت مضاعف خواهند گرفت در واقع رسالت دانشگاه رشد صنع و معدن هم‌راستا با فنّاوری‌های روز دنیا است. در تمام نقاط دنیا دانشگاهها نقش تولید علم و گسترش دانش را بر عهده دارند و با ایجاد قوانین جدید، فرآیندها و تئوری‌ها و با ابزاری کردن دانش تولیدشده و بعد از آزمون‌وخطاهای بسیاری می‌توان علم تایید‌شده را به صورت دائم وارد صنعت کرد و از آن بهره جست. بعدازآنکه دانش مراحل صنعتی شدن را طی کرد و به حد بلوغ خود رسید، از دستور کار دانشگاه خارج شده و به مبحث توسعه‌ای آن پرداخته می‌شود.
فناوریهای دیجیتال و تجهیزات مدرن در بخش معدن، موضوعاتی هستند که در حوزه ایجاد دانش و در دانشگاه مطالعات گسترده‌ای پیرامون آنها انجام شده و اکنون در حال تبدیل شدن به ابزارهای صنعتی برای بهبود شرایط هستند. تا زمانی که مرحله صنعتی شدن تجهیزات اتفاق نیفتاده است، همواره دانشگاه نقش همراه و هدایتگر را دارد که به بهترین شکل جاگیری تجهیزات مدرن و فنّاوری‌ها در صنعت رخ دهد و تا زمانی که در آینده به ابزارهای صنعتی تبدیل شوند همواره دانشگاه به رسالت خود پایبند است.
معدنکاری هوشمند لازمه رسیدن به بهره‌وری
برای افزایش بهره‌وری از معادن باید به سمت تکنولوژی‌های جدید و فناوریهای دیجیتال حرکت کرد. سنسورها، تجهیزات اتوماتیک و حسگرها ازجمله تجهیزات نوینی هستند که افزایش بهره‌وری از معادن را به دنبال دارند. یکی از پیامدهای استفاده از تجهیزات مدرن این است که با توجه به رشد معدنکاری در سراسر دنیا و شتابی که در این حوزه در حال شکل‌گیری است و همچنین نیاز دنیا به فلزات، قاعدتاً ذخایر سطحی رو به اتمام هستند. دنیا به ذخایر عمقی نیاز دارد و اکنون ذخایر از پرعیار به کم‌عیار در حال تبدیل شدن هستند و باید جهت جبران، محدوده وسیع‌تری را تحت پوشش قرار داد. تمام این موضوعات به دقت بالاتر و به یک سیستم خستگی‌ناپذیر که به‌دوراز خطای انسانی باشد نیاز دارد. افزایش بهره‌وری در معادن، درگرو وجود تجهیزات مدرن و فناوریهای دیجیتال است تا به وسیله آنها بتوان شرایطی را مهیا کرد که معادن با ذخایر بزرگ‌تر، کم‌عیارتر، در اعماق بیشتر که امکان عملیات انسانی وجود ندارد را با کمک فناوری دیجیتال و ربات‌ها مورد شناسایی، اکتشاف و استخراج قرار داد. در مجموع به کمک معدنکاری هوشمند و تجهیزات مدرن می‌توان بهره‌وری از معادن را ارتقا داد، چراکه ضریب انتقال فلز و یا غیرفلز روبه کاهش باشد و در مقابل روند تبدیل باطله به کنسانتره‌های تولیدی افزایش خواهد یافت. اما در ایران علاوه بر آنچه ذکر شد، نزدیک شدن به دانش روز معدنکاری، روش‌های نوین معدنکاری و همچنین استفاده از تجهیزات نو در تمام حوزه‌ها باعث افزایش بهره‌وری در معادن می‌شود. برای ایجاد معادن هوشمند می‌توان نظارت از راه‌دور یا بی‌سیم را با هزینه‌های عملیاتی بسیار کمتر به کار برد. در معادن هوشمند، حسگرهایی تعبیه شده که داده‌ها را از طریق شبکه بی‌سیم به سیستم مرکزی منتقل می‌کنند؛ به این ترتیب، اپراتورهای معدن نیروی انسانی کمتری نیاز دارند.
همچنین اپراتورهایی که از راه‌حل «هوش عملیاتی» به‌عنوان بخشی از شبکه بی‌سیم خود استفاده می‌کنند، می‌توانند به خوبی حوادث را پیش‌بینی کنند و با پیشگیری از آنها، سایت‌های خود را حفظ و در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند؛ حوادثی که می‌توانند به‌طور کامل عملیات را برای هفته‌ها یا ماه‌ها متوقف کنند. با استفاده از فناوری‌هایی که قبلا ادغام شده‌اند، معادن هوشمند می‌توانند به راحتی عملیات خود را نسبت به معادن سنتی، خودکار کنند.
ارتباط هوشمندسازی با ایمنی
این موضوع، یک مسئله مهم برای معادن است که اغلب مکان‌های بسیار خطرناکی برای کار برای انسان‌ها هستند. به عنوان مثال، هنگام شکستن سدها، هم کارگران و هم کسانی که در اطراف معادن زندگی می‌کنند ممکن است آسیب ببینند یا حتی جان خود را از دست بدهند. خودکارسازی تجهیزات سیار مانند کامیون‌ها در معادن و امکان قرائت بی‌سیم، نیاز افراد به حضور در محل را برطرف می‌کند و ایمنی نیروی کار را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. تجزیه و تحلیل پیش‌بینی که از طریق راه‌حل‌های هوش عملیاتی (OI) فعال می‌شود، به اپراتورهای معدن اجازه می‌دهد تا از وقوع هرگونه حادثه خطرناک، مانند شکستن سد جلوگیری کنند. ردیابی نیروی کار از طریق دستگاه‌های متصل به بی‌سیم، به اپراتورها کمک می‌کند تا تسلط بهتری بر کارکنان خود داشته و یا در صورت بروز حوادث به آنها هشدار دهند. بنابراین معادن هوشمند احتمال آسیب‌های انسانی در فرآیندهای معدنی را در دراز مدت بسیار کاهش می‌دهد. از دیگر مزیت‌های دیجیتالی شدن صنعت معدن می‌توان به افزایش کارایی، کاهش ریسک، فراهم کردن محیط کار امن، افزایش تولید، کاهش هزینه‌های جاری و… اشاره کرد.
چالش‌های حوزه معدنکاری دیجیتال را می‌توان در چهار مورد امنیت اطلاعات و حریم خصوصی، محیط‌های خشن و آلوده، تعامل‌پذیری شبکه و تجزیه و تحلیل مناسب با برنامه‌های معدنی خلاصه کرد. مطالعه تجربیات کشورهایی نظیر چین، استرالیا، ایالات‌متحده امریکا و کانادا در مسیر هوشمندسازی معادن و معدنکاری هوشمند نشان می‌دهد که‌گذار از مدل قدیمی مدیریت معدن به شیوه هوشمند، محتاج تحول در بخش استخراج و توسعه زیرساخت‌‌‌های آی‌‌‌تی و آی‌‌‌سی‌‌‌تی است. در واقع کانون هوشمندسازی بخش معدن، حوزه استخراج است. در فرآیندهای جدید استخراج نسبت به فرآیندهای قدیمی، نخستین مسئله‌ای که تغییر می‌کند، نگاه به اطلاعات و داده است. مسئله دوم مفهوم خودران و هدایت «مستقل از انسان» است که طی سال‌های اخیر خود را در ادوات و تجهیزات و فرآیندهای جدید نشان داده است. سومین مسئله نیز فناوری است که در همه زمینه‌ها، شیوه و ابعاد استخراج را تغییر داده است. با وجود این، خرید فناوری جدید به معنی موفقیت قطعی در هوشمندسازی استخراج نیست. در موارد بسیاری در چهار گوشه جهان، شرکت‌های بزرگ با خرید قطعات، ادوات و دستگاه‌‌‌هایی که انعطاف‌‌‌پذیری پایینی دارند، زیان بالایی را از محل هوشمندسازی معدنکاری متحمل میشوند. یادآوری این نکته ضروری است که هوشمندسازی معادن و معدنکاری هوشمند باید در نهایت خطرات استخراج را کاهش داده و تسلط معدن‌‌‌کاران بر محیط معدن را با حداقل هزینه افزایش دهد. بررسی‌‌‌های بیشتر نشان می‌دهد که‌گذار ایران از حالت کنونی معدنکاری به فرآیندهای هوشمند نیازمند تحول روش‌های مکانیزه به چارچوب اتوماسیون است که این مسئله نیازمند بسط فناوریهای نسل چهار در همه انواع دوربین، سنسور، نرمافزارها و سختافزارهای آن است. در این چارچوب جدید اساسا ایمنی بالاتر، دقت بیشتر و حضور انسان کمرنگ‌‌‌تر است و در عوض ایده‌‌‌های افراد خلاق و ادوات طراحی‌شده برای اقدامات مختلف درون معدن، محور کار قرار می‌گیرد. این رویه که فرصت‌‌‌های بزرگی برای توسعه پیش‌روی صنعت قرار می‌دهد، سال‌هاست معادن زغال‌سنگ چین و نیز برخی از معادن آهن، طلا، مس و آلومینیوم را در استرالیا، ایالات‌متحده امریکا، کانادا و بخش‌‌‌هایی از افریقا دگرگون کرده است. استخراج بدون سرنشین از مهم‌ترین رویه‌‌‌هایی است که در معادن این کشورها محور کار بوده است. در عین حال، ابرداده‌‌‌های زمین‌‌‌شناسی با بالا بردن دقت در استخراج و اکتشاف، توانسته زمینه را برای استفاده از فناوری حفاری سریع هوشمند، ربات‌‌‌های گشت‌‌‌زن، ربات‌‌‌های معدنکار، سیستم‌های مدیریت معدن مبتنی بر ناوبری و توسعه بازوهای استخراج ایجاد کند.
قلب تپنده این تغییرات، اینترنت نسل چهار و پنج است که استفاده از فناوریهای مبتنی بر ابرداده، هوش مصنوعی، فضای ابری، اینترنت اشیا، یادگیری ماشینی و واقعیت افزوده را ممکن می‌سازد. مهم‌ترین دستاورد این روش مدلی عنوان «برآورد، پیش‌بینی و کنترل» است که برخی از معادن به آن رسیده‌‌‌اند؛ روشی که در آن با به‌‌‌روزرسانی پیوسته داده‌‌‌های واقعی و ارزیابی هوشمند محیط، شرایط برای پایش و توسعه هوشمند محیط فراهم می‌شود. دقت این سیستمها هنگام کاوش و استخراج در حدی است که به‌دقت لایه‌‌‌های مختلف مواد معدنی را شناسایی و استخراج می‌کنند.
در کنار دقت بالا، بهبود کیفیت حفاظت از محیط‌زیست در معادن نیز حاصل می‌شود. در یکی از بزرگ‌ترین معادن این استان که معدن‌‌‌کاران در نتیجه برخورد مستقیم با مقوله استخراج در معرض انواع اثرات استخراج قرار گرفته و مشکلات بسیاری برای کارگران پیش آمده بود، استفاده از مدل پنج‌عمقی معدنکاری هوشمند کمک کرد تا بخش زیادی از مشکلات رفع شود. این پنج‌مرحله شامل اثر دیجیتالی‌شدن و هوشمندسازی معادن در بخش‌‌‌های تونل‌زنی، استخراج، حمل‌ونقل، امنیت و نجات است که محیط معدن را به‌شدت راحت‌‌‌تر و ایمن‌‌‌تر از قبل ساخته و کارآیی را نیز به‌شدت افزایش داده است.