استخدام الأجهزة الآلية في مهام التعدين الخطرة لتعزيز السلامة والكفاءة

وقد صنف التعدين في المرتبة الطويلة بين أكثر الصناعات خطورة، إذ يواجه العمال سلسلة يومية من الوجوه الصخرية المتداعية، وجيوب غاز الميثان المتفجرة، والغبار الحريري المحمول جوا، والضوضاء الصمّية من الآلات الثقيلة، والتهديد المستمر باصطدامات شاحنة الحواف، ووفقاً لما ذكرته الولايات المتحدة الأمريكية، فإن الآلاف من مشغلي الألغام يعانون من إصابات أكثر من غيرهم.

فالروبوتات لا تحل ببساطة محل عامل بشري؛ بل تغير أساسا معادلة المخاطر، إذ أن إرسال إنسان آلي إلى منحدر غير مستقر، أو منطقة غاز سام، أو فراغ تحت الأرض بعد الانفجار، يمكن لمديري المناجم جمع البيانات أو أداء الصيانة أو استخراج المواد دون تعريض شخص واحد للخطر، وهذا التحول من العمليات التي تركز على الإنسان إلى نظم نائية ومستقلة يتسارع كتقنية استشعارية، وحياة بطارية، وصناعات استخباراتية مصطنعة.

تطور الأجهزة الآلية للتعدين

وقد عادت المحاولات المبكرة في مجال التشغيل الآلي للتعدين إلى السبعينات، عندما كانت المحركات التي تتحكم فيها عن بعد تُحاكم لأول مرة في المناجم تحت الأرض في سكيندينافيان، وكانت هذه الآلات في الأساس محمولة تقليدية معدّلة بأجهزة التحكم بالراديو؛ وجلس مشغل في مخبأ آمن يبعد مئات المترات ويُناورة الآلة عن طريق عصي البهجة الصدرية وأطعمة المرئية، بينما أظهرت هذه النظم أن المكتار الكبيرة كانت لا تنطوي على التعرض للغازلة.

وخلال التسعينات والسنوات العشر الماضية، تحسنت قدرة تجهيز الحواسيب والاتصالات اللاسلكية بشكل كبير، حيث قام متعهدو معدات التعدين مثل ساندفيك وايبيروك (وعندها نظام أطلس كوبكو) بإدخال أول حفريات وأجهزة تحميل شبه مستقلة، وسيوجهون الجهاز إلى الأميال العائمة، ثم يتحولون إلى نمط حفر آلي تماما، وبحلول عام 2010، كان مشرفا على غرفة العمليات المفتوحة ([1])

اليوم، يمتدّ عدد الروبوتات في التعدين إلى طيف من الطائرات بدون طيار المشغلة عن بعد إلى روبوتات مستقلة تماماً، وقد تعلمت الصناعة أن التحدي الرئيسي لا يتمثل في بناء آلي يمكنه الزحف أو القيادة، بل إنشاء نظام موثوق يمكن أن يتعامل مع الغبار المتطرف، والهزاء، والتأرجح الحراري، والتدخل المغنطيسي في أعماق الأرض، وكل جيل جديد من روبوتات التعدين تجلب الإلكترونيات المكبوتات المكبوتة، والمجسّنة، ونظماشفّة الأكثر قوة.

أنواع الأدوات الرئيسية للتعدين

البحث والاستقصاء

وقبل أن يبدأ التعدين، يجب على الجيولوجيين أن يرسموا خريطة للودائع المعدنية وأن يقيّموا استقرار الصخرة المحيطة، وهذا يعني عادة إرسال مساحين بشريين إلى أنفاق مفجرة حديثا - نشاط عالي الخطورة، ويأخذ رجال التنقيب الآن هذه الوظيفة، وكثيرا ما تتعقب هذه الآلات أو تُصنع روبوتات (أو حتى الطائرات المسيرة في حفر مفتوحة) مجهزة بمدارس ليدار، وكاميرات ثلاثية، وأجهزة لكشف الغازات، وأجهزة قياسية، وأجهزة قياسية، وأجهزة لقياس الأنفاق الإشعاع.

فعلى سبيل المثال، يستخدم نظام ”FLT:0[Sandvik AutoMine] طائرة استطلاعية تطير بشكل مستقل من خلال فراغات تحت الأرض التي خلفها التعدين السابق، وتعود ببيانات سحابية عالية الجودة، مما يتيح للمهندسين أن يصمموا المكافآت ويخططوا للانفجار التالي دون تعرض البشر لأي أرض غير مدعومة.

مركبات الهضبة المقاتلة عن بعد والمركبات ذاتية الارتداد

وشاحنات الهال المستخدمة في التعدين ضخمة تحمل أكثر من 400 طن من الركاز لكل حمولة، وكثيرا ما تكون الحوادث التي تنطوي عليها هذه الشاحنات قاتلة بسبب الكتلة الضيقة التي تنطوي عليها، وتزيل نظم الهجرات المستقلة السائقة من الكابينة بالكامل، وبدلا من معدات توجيه وتحويل بشرية، تتلقى الشاحنة تعليمات من نظام إرسال مركزي يوصل إلى الحد الأمثل لتجنب الازدحام ويخفف من حروق الوقود.

وقد نشر معجم ريو تينتو المستقبلي أسطولا من الشاحنات المستقلة في عملياته الخاصة بركاز الحديد في بلبارا في أستراليا، وتعمل هذه الشاحنات على مدار الساعة، ويقوم مشغِّل واحد برصد عشرات الوحدات من مركز مراقبة على بعد 000 1 كيلومتر، وتُفيد الشركة بأن شاحناتها المستقلة ذاتيا أصيبت بإصابات زراعية تشمل تلك المركبات في السنوات التي انقضت منذ النشر، مع تحسين أنماط الحياة السلسة.

Drilling and Rock Breaking Robots

فالحفر هو نشاط أساسي للتعدين: يجب وضع ثقوب مُحكمة تماماً للإنفجار، ويجب أن يُصمم كل انفجار على نحو يُكسر الصخرة بكفاءة دون إلحاق الضرر بهيكل المناجم. ] خُفِض أجهزة الحفر الآن وضع نفسها في خط الانجراف، وتوسيع نطاق ازدهارها، وحفر نمط من الحفر إلى الأعماق السابقة للبرامج دون تدخل بشري.

وبالإضافة إلى الحفر، يستخدم الآليون أيضاً في القفزات الثانوية التي تقطع بحجم زائد والتي تسحق الأغلفة، ويمكن أن يُنقَن مفرقعات الصخور التي تُضبط عن بعد والتي تُعد مجهزة بالهادروليك في أكوام متحركة خطرة لتفريق الفولدر، مما يزيل الحاجة إلى أن يقترب العامل من الأنقاض التي قد تكون قد تركت المنطقة غير مستقرة.

أجهزة التفتيش والصيانة

وتحتاج معدات التعدين إلى تفتيش مستمر، إذ يتعين فحص أحزمة الموصل التي تمتد إلى كيلومترات الكيلومترات من أجل التمزقات، والتشويشات، واللفائف الدودية، ويجب فحص الشوافت والارتفاعات العمودية من أجل الصخور غير المستقرة، ويمكن للآليات الرطبة ذات المسارات المغناطيسية أن تتسلق هياكل الصلبة وتفحص نوعية اللحام في أجهزة نقل عالية، وبالمثل، فإن طائرات التفتيش الآلية الصغيرة يمكنها أن تطير عبر أشرطة الفيديو.

التحسينات في السلامة القابلة للقياس

وتحظى حالة السلامة المتعلقة بآليات التعدين بدعم من البيانات المتزايدة، وقد وثق المجلس الدولي للتعدين والفلزات أن العمليات التي تستخدم الحواف المستقلة قد حققت معدلاً للوفاة من الحوادث المتصلة بالهضبة، مقارنة بمتوسط للصناعة يبلغ نحو وفاة كل 000 10 ساعة من ساعات تشغيل الشاحنات في العمليات اليدوية.

وفي مجال تعدين الفحم تحت الأرض، حيث تسببت انفجارات الميثان في بعض أسوأ الكوارث الصناعية في التاريخ، تستخدم الآن روبوتات مضادة للانفجارات لرصد الغاز وعمليات التعبئة، وعندما يدخل روبوت مجهز بجهاز كشف ميثان قسماً كان معطلاً، فإنه يمكن قياس مستويات الغاز ومراوح التهوية التي تعمل عن بعد قبل أن يُدرج أي عامل بشري في المنطقة.

كما أن الأجهزة التي تعمل على الحد من المخاطر الصحية الطويلة الأجل، فالتعرُّض المستمر للسيليكا الكريستالية القابلة للتنفس، التي تُشَعَد في المناجم الصخرية الصلبة، يسبب مرضاً بالسيلكسي - وهو مرض رئوي مسبب للاضطرابات، وبإزالة العمال من المناطق الغبارية والسماح بالعملية من بعد من غرفة التحكم في المناخ، يقطع الجهاز الآلي إلى حد كبير الجرعة التراكمية من عمال المناجم، ويطبق المنطق نفسه على الإصابات الديزلية، وفقدان السمعي.

الكفاءة والناتجية

فبعد إبقاء الأشخاص بأمان، يؤدي آليو التعدين إلى تحسين الكفاءة التشغيلية بشكل كبير، إذ لا يمكن للمشغل البشري إلا أن يعمل لعدد محدود من الساعات يومياً، ويتطلب عطلات، وتغييرات في المناوبة، وأيام الراحة، ويمكن للآلات المستقلة أن تدار 24 ساعة في اليوم، و 365 يوماً في السنة ]، مع انخفاض وقت الصيانة المقرر فقط، وهذا العمل المستمر يعني أن الألغام يمكن أن تستخرج نفس الكمية أو أقل من الآلات.

كما أن التلقائية تقلل من أوقات الدورة، وقد يقضي سائق شاحنة ذات فتحات بشرية، على سبيل المثال، وقتا إضافيا في انتظار التعليمات، أو يتردد في التقاطعات، أو يبطئ من أجل الاهتمامات المتعلقة بالرؤية، وتنظر شاحنة مستقلة إلى بيئتها بالرادار وشركة LiDAR، وتأخذ دائما أكثر الطرق كفاءة، وتتواصل مع نظم إدارة حركة المرور لتجنب الاختناقات، وتظهر الدراسات التي تجريها مدرسة كولورادو لنظم العالمية للمعادل من الألغام أن نظم النقل الذاتي تحسن في المائة.

ويجلب الروبوتات المتنقية الدقة نفسها: فهي تحفر حفرا على الموقع وعلى الزاوية المطلوبة، مما يقلل من الحاجة إلى الحفر وإعادة العمل الثانويين، مما يؤدي إلى تجزؤ أفضل في الانفجار، مما يقلل بدوره من استهلاك الطاقة في سحق وطحن المجرى السفلي، ويمكن أن يؤدي تحسين التجزؤ بنسبة ١ في المائة إلى تحقيق وفورات في مشروع قانون التجهيز السنوي لعملية كبيرة.

تكامل البيانات وصنع القرار

ومن مزايا روبوتات التعدين التي كثيرا ما تُعتبر البيانات التي تولدها، وكل حركة وكل قراءة استشعارية، كل مظلة صحية آلية يتم تسجيلها ويمكن إطعامها إلى توأم رقمي من المنجم، ويمكن للمشغلين تحفيز استراتيجيات استخراج مختلفة، والتنبؤ باحتياجات الصيانة قبل أسابيع، وتحديد الشذوذ الجيولوجي قبل أن تصبح مخاطر، مما يؤدي إلى تحول التعدين من نشاط تفاعلي إلى نشاط تنبؤي، مما يزيد من تحسين السلامة والكفاءة.

الاعتبارات الاقتصادية

ويتطلب اعتماد روبوتات التعدين نفقات رأسمالية كبيرة، إذ يمكن أن تكلف شاحنة واحدة مستقلة ذاتيا ٣-٥ ملايين دولار، كما أن الهياكل الأساسية للمراقبة، وشبكة الاتصالات، وبرامج التدريب تضيف طبقة أخرى من النفقات، وبالنسبة للعديد من شركات التعدين الصغيرة أو المتوسطة الحجم، يمكن أن تكون هذه التكلفة الأولية باهظة، غير أن عائد الاستثمار يكون مُلحا عند حسابه على أفق يتراوح بين خمس سنوات وعشر سنوات.

وتأتي المدخرات الأولية من تخفيض السلامة - وتدل الحوادث على انخفاض أقساط التأمين، وانخفاض وقت الانقطاع عن التحقيقات في الحوادث، وتفادي التكاليف القانونية والتعويضية، وفي بعض الولايات القضائية، تؤثر مقاييس أداء السلامة على رخصة تشغيل الألغام، ويمكن أن يضمن لغم يزيل الوفيات في أماكن العمل رخصة اجتماعية لمواصلة العمل، في حين أن منجماً يُرتكب فيه حوادث متكررة قد يواجه معارضة عامة أو حتى إغلاقه.

كما تتغير تكاليف العمل: في حين أن المعدات المستقلة تقلل من عدد المشغلين ذوي المهارات المنخفضة، فإنها تولد طلبا على أدوار أعلى من المهارات: المشرفون على غرف المراقبة، ومحللو البيانات، وتقنيون الروبوتات، ومهندسون التشغيل الآلي، ويتفاوت الأثر الصافي على العمالة حسب المنطقة، ولكن العديد من شركات التعدين وجدت أن إعادة تدريب العمال الحاليين على هذه الأدوار الجديدة يبني قوة عاملة أكثر ولاءا وقابلية للتكيف.

وتبرز نماذج التمويل من طرف ثالث للمساعدة على التغلب على حاجز رأس المال، إذ يقدم بعض شركات تصنيع المعدات الآن عقودا " للتدبير التلقائي " ، حيث يدفع المنجم رسماً لكل طن للخدمة الآلية بدلاً من شراء حق الإنسان الآلي، مما يقلل من عتبة الدخول ويتيح للألغام اعتماد الروبوتات تدريجياً، بدءاً بوحدة تجريبية واحدة قبل التوسع.

التحديات التي تواجه التبني

الموثوقية التقنية في ظروف هش

فبيئة التعدين معادية بشكل فريد للالكترونيات، ويمكن للدب أن يثري مراوح التبريد، ويمكن لاقتحام المياه أن يحلق على لوحات قصيرة، ويمكن أن يخفف الإهتزازات إلى أجهزة الاتصال، ويواجه الآليون الذين يعملون بالبطارية تحدياً في العمل من أجل التحول الكامل دون العودة إلى الشحنة، وكثيراً ما يؤدي الاتصال اللاسلكي في مصانع المعادن الجوفية إلى زيادة في الحد الأقصى؛ ويدير العديد من الألغام التي تعمل بالشبكة اللاسلكية المتحركة أو يوزعها.

مقاومة القوة العاملة والتدريب

وفي بعض الأحيان ينظر المستأجرون ونقاباتهم إلى التشغيل الآلي باعتباره تهديداً للعمل، فالانتقال المنظم بعناية أمر أساسي: الاتصال الواضح بشأن أمن الوظائف وفرص الارتقاء بالمهارة والتنفيذ التدريجي ومشاركة العمال في تصميم تدفقات العمل الجديدة يمكن أن يخفف من المقاومة، وكثيراً ما تواجه العمليات التي تسرع التشغيل الآلي دون إشراك القوة العاملة أخلاقاً منخفضة أو عدم تعاون سلبي أو حتى تخريب المعدات.

ولا ينبغي التقليل من أهمية الوقت المخصص للتدريب على الأدوار الجديدة، إذ يجب على مشغل غرفة المراقبة أن يتعلم تفسير القياس عن بعد للآليات، وأن يفهم أساليب الفشل التي يتبعها، وأن يتصرف على نحو ملائم مع حالات الشذوذ، إذ أن شركات التعدين كثيرة تشارك في كليات تقنية محلية لوضع برامج تدريبية تمنح شهادات في عمليات مستقلة.

التصديق على التنظيم والسلامة

فالتعدين محكم التنظيم، ويجب أن تستوفي نظم الحكم الذاتي معايير السلامة الصارمة قبل السماح لها بالعمل، فعلى سبيل المثال، يجب أن يكون للآلي الذي يفقد الاتصالات صدى لا يسمح له بالالتواط مع الناس أو المركبات، وتختلف الأنظمة حسب البلد وأحيانا حسب المقاطعة؛ ويمكن أن يستغرق الحصول على الموافقة على نوع آلي جديد شهوراً من الوثائق والاختبارات، ومع ذلك فإن مجموعات الصناعة مثل المنظمة الدولية للتوحيد القياسي تضع معايير محددة لتصنيف الروبوتات.

الاتجاهات المستقبلية

الحكم الذاتي الهرمي والإناث

فالآليات الحالية للتعدين تعمل إلى حد كبير على مسارات وتسلسلات محددة سلفاً، فمع تحسن الذكاء الاصطناعي، سيصبح الآليون قادرين على ] اتخاذ القرارات الدينامية ، وعلى سبيل المثال، قد يكتشف جهاز حفر مستقل تغيراً غير متوقع في صخور الصخور ويضبط سرعة التناوب فيها ويغذيها على الذبابة، دون أن يشترط الإنسان الموافقة على التغيير.

وهذه القفزة من الآلية إلى الاستقلال الذاتي تتطلب نظما قوية للرؤية الحاسوبية يمكن أن تعترف بأنواع الصخور، والشققات، والمخاطر، فضلا عن برامج تخطيط البعثات التي يمكن أن تسبّب من خلال عمليات تبادل مثل " هل أعود إلى القاعدة ذات البطارية المنخفضة أو محاولة إكمال نقطة المسح الأخيرة؟ " وتُعد شركات مثل ] شركة روبوتية تُخبط " التلاعب بالبوطية .

التعاون بين البشر والروبوت

وبدلا من الاستعاضة عن عمال المناجم البشرية بصورة كاملة، يتوخى العديد من الخبراء مستقبلا يعمل فيه الإنسان والروبوت جنبا إلى جنب، ويحملون حمولات ثقيلة، ويديرون المواد الخطرة، بينما يقوم البشر بالإشراف على مشاكلهم، ويصدرون أحكاما معقدة، ويمارسون التلاعب الدقيق. ]و] FLT:0[ النظم الكيميائية ][ ]الآليات التعاونية[ التي تعني وجود قوة بشرية وتبطئ الصيانة أو تتوقف تلقائيا.

أجهزة التجميل ذات العجلات الكبيرة

وهناك مفهوم ناشئ في التعدين هو استخدام الأسوار: العديد من الروبوتات الصغيرة غير المكلفة التي تنسق مثل مستعمرة النملة، وبدلا من شاحنة ضخمة من الهاول، يمكن لسفن من عشرات المركبات الصغيرة المستقلة أن تحمل الخامات من نقطة إلى المنحدر، وتتحول ديناميا مع تغير الظروف، وتبشر تكنولوجيا السواحل بقوة - إذا انكسرت إحدى الشاحنات الآلية، ويعوض الآخرون عن ذلك بصورة كبيرة عن تكلفة البحث في رأس المال.

أجهزة التعدين الخارجي والأعماق في البحار

وفي حين أن التكنولوجيا الآلية التي يجري تطويرها للتعدين البري هي نفس التكنولوجيا التي تُستعان بها للتنقيب عن القمر والمريخ وحزام الكويكبات، فإن ظروف الفضاء القاسية مماثلة لأشد بيئات التعدين في الأرض، كما أن المبادرة النرويجية للتعدين في قاع البحار تقوم بالفعل باختبار المركبات التي تعمل عن بعد لتعين العقيدات المتعددة الفلزات من قاع المحيط، والآلات المستخدمة في استكشاف المعادن في أعماق البحار، هي نفسها تقريبا.

خاتمة

فالروبوتات ليست آفاقا بعيدة للتعدين - فهي تعمل بالفعل في حفر مفتوحة وأنفاق تحت الأرض في جميع أنحاء العالم، مما يوفر الأرواح ويزيد من الناتج، ومن الطائرات التي لا تعرف الكلل والتي ترسم خرائط لمركبات الهال المستقلة ذاتيا والتي تقطع ملايين الساعات دون وقوع حادث، فإن النظم الآلية قد أثبتت قيمتها، ولا يوجد أمامها تحديات: ارتفاع التكاليف، والموثوقية التقنية في البيئات القاسية، والحاجة إلى قوة عاملة ماهرة تتطلب استثمارات وإدارة مدروسة.

وبالنسبة لصناعة دفعت تاريخيا ثمنا باهظا في الحياة البشرية والصحة، فإن اعتماد الروبوتات ليس مجرد قرار تجاري، بل هو أمر أخلاقي، وكل آلي يزحف إلى نفق مظلم وغبار هو شخص لا يحتاج إليه، فمستقبل التعدين لا يتعلق بعدد أقل من الناس، وإنما يتعلق بحماية الناس الذين لا يزالون ويوجهون مهاراتهم نحو مهام أكثر أمانا، وبإبراز الروبوتات، يمكن أن تنتج صناعة التعدين في العالم أشياءا مقدسة.