Không chỉ giúp tăng năng suất và giảm chi phí vận hành, tự động hóa trong ngành khai thác mỏ còn mang đến những giải pháp hiệu quả cho các thách thức về an toàn lao động và bảo vệ môi trường - những vấn đề cấp bách mà ngành công nghiệp khai khoáng truyền thống đang phải đối mặt.
 

Tự động hóa trong ngành khai thác mỏ là gì?

Tự động hóa trong ngành khai thác mỏ là quá trình ứng dụng các công nghệ tiên tiến như máy móc tự hành, cảm biến, hệ thống điều khiển từ xa, trí tuệ nhân tạo (AI), robot và Internet vạn vật (IoT) nhằm thay thế hoặc hỗ trợ con người trong các công đoạn của hoạt động khai thác mỏ.

Mục tiêu của tự động hóa là:

• Tăng năng suất và hiệu quả vận hành,
• Giảm thiểu rủi ro và tai nạn lao động trong môi trường làm việc khắc nghiệt,
• Tiết kiệm chi phí dài hạn,
• Và nâng cao mức độ chính xác, an toàn trong quá trình khai thác và xử lý khoáng sản.

Tự động hóa có thể được áp dụng ở nhiều khâu như: thăm dò mỏ, khoan nổ, xúc đào, vận chuyển, giám sát thiết bị, xử lý dữ liệu và bảo trì hệ thống. Đây được xem là bước tiến quan trọng hướng đến "mỏ thông minh" trong thời đại công nghiệp 4.0.

 

Tự động hóa trong ngành khai thác mỏ mang lại lợi ích gì?

Tự động hóa trong khai thác mỏ mang lại nhiều lợi ích thiết thực, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo an toàn lao động. 

• Tăng năng suất và hiệu quả làm việc nhờ khả năng vận hành liên tục 24/7, đồng thời giảm thiểu thời gian chết do sự cố hoặc thay ca. 
• Giảm rủi ro cho người lao động bằng cách hạn chế sự tiếp xúc trực tiếp với môi trường làm việc khắc nghiệt, độc hại và tiềm ẩn nguy hiểm. 
• Về mặt kinh tế, việc sử dụng máy móc và hệ thống giám sát thông minh giúp tiết kiệm chi phí dài hạn, giảm phụ thuộc vào nhân công và kéo dài tuổi thọ thiết bị. 
• Giúp tăng độ chính xác trong khai thác và xử lý dữ liệu, từ đó tối ưu hóa quy trình vận hành toàn diện cho doanh nghiệp.

Ứng dụng công nghệ tự động hóa trong ngành khai thác mỏ

Dưới đây là những ứng dụng nổi bật của công nghệ tự động hóa trong ngành khai thác mỏ:
 

1. Robot khai thác và máy khoan tự động

Trong những năm gần đây, robot khai thác và máy khoan tự động đã trở thành công cụ không thể thiếu trong các hoạt động khai thác mỏ. Các robot khai thác được trang bị hệ thống cảm biến và phần mềm điều khiển tiên tiến có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong môi trường nguy hiểm mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người.

Máy khoan tự động như các hệ thống AutoDrill và RoboMiner có khả năng xác định chính xác vị trí khoan, điều chỉnh góc và độ sâu khoan theo thời gian thực dựa trên dữ liệu địa chất thu thập được. Những thiết bị này không chỉ làm việc liên tục 24/7 mà còn đạt được độ chính xác cao hơn so với phương pháp khoan thủ công truyền thống.
 

Tại mỏ Syama ở Mali, công ty Resolute Mining đã triển khai hệ thống khai thác tự động hoàn toàn dưới lòng đất, sử dụng robot khai thác có thể di chuyển tự do qua các đường hầm và thực hiện các nhiệm vụ khai thác mà không cần sự hiện diện của con người. Kết quả là năng suất tăng 30% và chi phí vận hành giảm 15%.
 

2. Xe tải và xe xúc tự hành (Autonomous Haulage Systems - AHS)

Hệ thống vận chuyển tự hành (AHS) đang mang lại cuộc cách mạng trong vận chuyển vật liệu tại các mỏ lộ thiên. Xe tải và xe xúc tự hành được trang bị công nghệ định vị GPS tiên tiến, radar, lidar và hệ thống cảm biến phức tạp, cho phép chúng hoạt động độc lập và an toàn trong môi trường khai thác.

Tập đoàn Rio Tinto đã triển khai đội xe tải tự hành lớn nhất thế giới tại khu vực Pilbara của Úc, với hơn 130 xe tải tự hành. Những xe này hoạt động 24 giờ mỗi ngày, tăng năng suất lên 15-20% và giảm đáng kể số lượng tai nạn liên quan đến con người. Hệ thống AHS cho phép điều phối tối ưu lộ trình, tránh tắc nghẽn và giảm thiểu thời gian chờ đợi, đồng thời giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải khí CO2.
 

Công nghệ này không chỉ giúp tăng hiệu quả vận hành mà còn giảm chi phí nhân công và cải thiện tuổi thọ của thiết bị. Theo báo cáo của McKinsey, các công ty khai thác mỏ áp dụng AHS có thể tiết kiệm 15-20% chi phí vận hành tổng thể.
 

3. Hệ thống giám sát từ xa và cảm biến IoT

 

Công nghệ Internet vạn vật (IoT) và hệ thống giám sát từ xa đang định hình lại cách thức quản lý và vận hành các hoạt động khai thác mỏ. Mạng lưới cảm biến được triển khai rộng rãi trong các mỏ có thể thu thập dữ liệu theo thời gian thực về chất lượng không khí, ổn định địa chất, mực nước ngầm và các thông số môi trường khác.

Các trung tâm điều khiển tích hợp cho phép các kỹ sư và nhà quản lý giám sát toàn bộ hoạt động khai thác từ xa, thậm chí từ cách xa hàng nghìn kilômét. Tại mỏ Resolute Mining's Syama ở Mali, toàn bộ quy trình khai thác được giám sát và điều khiển từ trung tâm vận hành tích hợp, giúp giảm số lượng công nhân phải làm việc trong môi trường nguy hiểm dưới lòng đất.

Cảm biến IoT còn được ứng dụng để theo dõi tình trạng thiết bị, dự đoán các vấn đề tiềm ẩn và lên lịch bảo trì chủ động, giúp giảm thời gian ngừng hoạt động và tăng tuổi thọ của máy móc. Theo nghiên cứu của PwC, việc áp dụng IoT trong ngành khai thác mỏ có thể giúp tăng năng suất lên tới 25% và giảm chi phí bảo trì tới 30%.
 

4. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và phân tích dữ liệu lớn

Trí tuệ nhân tạo (AI) và phân tích dữ liệu lớn đang thay đổi cách thức ra quyết định trong ngành khai thác mỏ. Các thuật toán máy học có thể phân tích khối lượng dữ liệu khổng lồ từ các cảm biến, drones và hệ thống giám sát để tối ưu hóa quy trình khai thác, dự đoán sự cố và đề xuất giải pháp.

Công ty BHP đã áp dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu từ hàng nghìn thiết bị, giúp dự đoán các sự cố kỹ thuật trước khi chúng xảy ra, tiết kiệm hàng triệu đô la từ việc tránh được các sự cố gián đoạn sản xuất. Các mô hình AI cũng được sử dụng để tối ưu hóa quy trình khai thác, lựa chọn vị trí khoan và điều chỉnh chiến lược khai thác dựa trên điều kiện địa chất thay đổi.

Công nghệ "digital twin" (song sinh số) cho phép tạo ra bản sao kỹ thuật số của toàn bộ mỏ, giúp mô phỏng các kịch bản khác nhau và đánh giá tác động của các quyết định trước khi triển khai trong thực tế. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt động mà còn giảm thiểu rủi ro và tác động môi trường.
 

5. Drone và thiết bị bay không người lái để khảo sát mỏ

Drone và các thiết bị bay không người lái (UAV) đang cách mạng hóa việc khảo sát và lập bản đồ trong ngành khai thác mỏ. Công nghệ này cho phép thu thập dữ liệu chính xác về địa hình, thể tích vật liệu và điều kiện môi trường một cách nhanh chóng và an toàn, thay thế các phương pháp khảo sát truyền thống tốn nhiều thời gian và công sức.

Drone được trang bị camera độ phân giải cao, cảm biến LiDAR và thiết bị quét nhiệt có thể tạo ra bản đồ 3D chi tiết của khu vực khai thác, giúp lập kế hoạch chính xác và giám sát tiến độ khai thác. Tại mỏ đá Cemex ở Anh, việc sử dụng drone đã giúp giảm thời gian khảo sát từ vài ngày xuống còn vài giờ, đồng thời cung cấp dữ liệu chính xác hơn so với phương pháp truyền thống.
 

Ngoài ra, drone còn được sử dụng để kiểm tra các khu vực nguy hiểm hoặc khó tiếp cận, giám sát tác động môi trường và đánh giá an toàn khai thác. Tại các mỏ lộ thiên lớn, drone được sử dụng để kiểm tra ổn định của vách mỏ và phát hiện sớm các dấu hiệu không ổn định, giúp ngăn ngừa sạt lở và bảo vệ công nhân.
 

Thách thức của tự động hóa trong ngành khai thác mỏ

 

Áp dụng tự động hóa trong ngành khai thác mỏ mang lại nhiều lợi ích rõ rệt, song cũng đối mặt với không ít thách thức và hạn chế trong quá trình triển khai thực tế. 

• Chi phí đầu tư ban đầu cao là rào cản lớn đối với nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là những đơn vị vừa và nhỏ. Việc trang bị các hệ thống máy móc hiện đại, phần mềm điều khiển, cảm biến, và công nghệ giám sát thông minh đòi hỏi nguồn vốn lớn, trong khi hiệu quả thường chỉ thấy rõ sau một thời gian dài vận hành.
• Hạ tầng công nghệ thông tin đóng vai trò cốt lõi trong tự động hóa, nhưng không phải mỏ nào cũng đáp ứng được điều kiện này. Hệ thống mạng, lưu trữ dữ liệu, truyền thông nội bộ và các nền tảng số cần được xây dựng bài bản và đồng bộ mới đảm bảo hoạt động hiệu quả, điều mà nhiều khu mỏ hiện nay còn thiếu hụt. 
• Thiếu hụt nguồn nhân lực kỹ thuật cao. Để vận hành, bảo trì và xử lý sự cố trong các hệ thống tự động, cần đội ngũ kỹ sư có kiến thức sâu về công nghệ, điều khiển, phần mềm và cơ điện tử – nguồn lực hiện đang rất khan hiếm, đặc biệt ở các khu vực vùng sâu, vùng xa nơi các mỏ thường tọa lạc.
• Đặt ra những vấn đề xã hội đáng quan tâm. Việc thay thế sức lao động truyền thống bằng máy móc có thể dẫn đến tình trạng mất việc đối với một bộ phận công nhân. Điều này đòi hỏi doanh nghiệp và các cơ quan quản lý cần có kế hoạch đào tạo lại lực lượng lao động, chuyển đổi vai trò sang những vị trí phù hợp hơn trong hệ thống mới. Nếu không được chuẩn bị kỹ, quá trình chuyển đổi số trong ngành mỏ có thể tạo ra những tác động tiêu cực đến cộng đồng và thị trường lao động.

Công nghệ tự động hóa đang thay đổi mạnh mẽ cách thức hoạt động của ngành khai thác mỏ trên toàn cầu. Kết hợp giữa các hệ thống tự động hóa không chỉ giúp tăng năng suất và giảm chi phí mà còn đóng góp đáng kể vào việc cải thiện an toàn lao động và giảm thiểu tác động môi trường.

Mặc dù việc triển khai các công nghệ này đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn và đào tạo nhân lực mới, nhưng lợi ích lâu dài là không thể phủ nhận. Theo nghiên cứu của McKinsey, các công ty khai thác mỏ áp dụng đầy đủ công nghệ tự động hóa có thể tăng năng suất lên tới 30% và giảm chi phí vận hành 15-20%.

Trong tương lai, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ 5G, điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo, ngành khai thác mỏ sẽ tiếp tục chứng kiến những bước tiến đáng kể trong việc ứng dụng công nghệ tự động hóa, hướng tới mục tiêu "mỏ thông minh" - nơi mọi thiết bị và hệ thống đều được kết nối và tối ưu hóa.

Tự động hóa trong ngành khai thác mỏ không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu tất yếu để duy trì khả năng cạnh tranh trong bối cảnh kinh tế toàn cầu đầy biến động. Các doanh nghiệp tiên phong trong việc áp dụng công nghệ tự động hóa không chỉ được hưởng lợi từ việc cắt giảm chi phí và tăng năng suất mà còn góp phần xây dựng một ngành công nghiệp khai khoáng bền vững và thân thiện với môi trường hơn.

Bài viết liên quan:

• Tự động hóa trong sản xuất nông nghiệp: Ứng dụng, Thách thức thực hiện
• Làm thế nào để chọn một băng tải khai thác
• Quảng Ninh thực hiện ”băng tải hóa” vận chuyển than