AP23489685 – Разработка цифрового метода мониторинга дефектов и характеристик внутрикарьерных технологических дорог при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

Цель – Повышение эффективности эксплуатации карьерных автосамосвалов путем, разработки, внедрения цифрового метода мониторинга дефектов, характеристик внутрикарьерных технологических дорог, обеспечивающего учет влияния дефектов карьерных дорог на долговечность металлоконструкций карьерных автосамосвалов, расход дизельного топлива и износ шин, позволяющего принимать управленческие решения, прогнозные мероприятия для получения наилучших показателей эффективности горных работ.

Актуальность: На современном этапе открытой разработки месторождений наиболее трудоемким и затратным процессом является перемещение горной массы, при этом до 65% перевозок осуществляется автомобильным транспортом. Рост грузоподъемности карьерных самосвалов расширяет область их применения, однако сопровождается высоким расходом топлива, износом шин и увеличением транспортных затрат. Исследования показывают, что улучшение конструкции и содержания карьерных дорог позволяет снизить транспортные затраты на 20–60%, при этом дорожные условия формируют до 23–27% себестоимости перевозок. Ключевыми факторами эффективности являются ровность покрытия, прочность дорожной одежды и технологии строительства и содержания дорог. Неровности дорожного покрытия вызывают значительные динамические нагрузки на автосамосвалы, ускоряя износ техники и повреждение шин, на долю которых приходится до 50–70% списаний. Одновременно сами самосвалы усиливают разрушение дорожного покрытия, увеличивая количество дефектов. Существующие методы мониторинга дорог являются дорогостоящими, сложными и зависят от внешних условий, что ограничивает их применение. Отсутствие эффективных методов выявления дефектов и их связи с нагрузками на технику не позволяет точно оценивать состояние дорог и прогнозировать сроки эксплуатации. В связи с этим актуальной задачей является разработка и внедрение цифровых методов мониторинга карьерных дорог, учитывающих характеристики дорожного покрытия и условия эксплуатации, для повышения эффективности и безопасности горных работ.

Научный руководитель: Доктор Ph.D., Ассоциированный профессор, Утегенова Әсем Ержанқызы

Ожидаемые и достигнутые результаты: на основе расчетов и компьютерного моделирования обосновано и выбрано программно-аппаратное оснащение комплекса цифрового мониторинга внутрикарьерных дорог, выполнена отладка его работоспособности. Проведен анализ существующих методов обработки данных о состоянии дорог и выбраны оптимальные структуры нейросетей для анализа дефектов. Реализована интеграция данных с датчиков давления, ускорений, нагрузок на металлоконструкции автосамосвалов и GPS. Разработаны алгоритмы нормализации, очистки и восстановления пропущенных данных, а также модели интеллектуальной аналитики на основе нейросетей. Создан алгоритм самообучающихся программных комплексов с адаптацией к различным типам автосамосвалов и дефектам дорог, выполнено первичное наполнение базы данных. Проведено тестирование программных комплексов, выявлены и устранены ошибки, обеспечена стабильная работа системы при переменных нагрузках. Обосновано и выбрано оборудование бортовых устройств сбора данных и средств позиционирования. Разработана методика выявления скрытых зависимостей между нагрузками на автосамосвалы и дефектами дорог, а также методика интеллектуального анализа данных с требованиями к измерительной аппаратуре. Выполнены калибровка и тарировка измерительных систем, подтверждена их метрологическая надежность. Разработана принципиальная схема аппаратно-программного комплекса цифрового мониторинга. Создан прототип программного обеспечения для автоматизированного сбора, обработки и геопространственной визуализации данных. Получены предварительные результаты, включая классификацию дефектов дорожного покрытия и определение факторов деградации дорог. Подготовлены методические и технические документы, формирующие основу для внедрения системы. Обоснована эффективность цифрового мониторинга на основе анализа и патентных исследований, предложено использование дронов, лазерного сканирования и ИИ. Проведены экспериментальные исследования и получен патент на изобретение. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния автосамосвалов с применением численного моделирования и методов конечных элементов. Разработан метод мониторинга дефектов с использованием бортовых сенсоров и моделей машинного обучения, позволяющий прогнозировать износ и повышать безопасность эксплуатации.

Список публикаций с ссылками на них

1. Кадыров Ж.Н., Шакенов А.Т. Переналаживаемый измерительный комплекс автоматической системы оперативного выявления и идентификации размеров и конфигурации дефектов полотна карьерных технологических дорог: патент на изобретение № 36969 от 04.10.2024. – Республика Казахстан, 2024.
2. Акт о внедрении методики цифрового мониторинга состояния внутрикарьерных технологических дорог в филиале АО «ЕЭК» разрез «Восточный» от 29.05.2025. – Республика Казахстан, 2025.