Trước thực trạng nguồn tài nguyên khoáng sản trên bề mặt đang ngày càng cạn kiệt, các công ty khai thác mỏ phải đối mặt với thách thức hoặc là mạo hiểm tiến vào các khu vực ngày càng xa xôi và có đặc điểm địa chất phức tạp hoặc là đẩy mạnh thăm dò sâu hơn nữa dưới mặt đất. Bài viết này khám phá vai trò của công nghệ và kỹ thuật mới trong việc cải thiện công tác lựa chọn mặt bằng (vị trí thăm dò) và khai thác dưới sâu.

Đổi mới trong công tác thăm dò khoáng sản. Nguồn: State of Play

Các kỹ thuật truyền thống như lập bản đồ địa chất, phân tích địa hóa và khảo sát địa vật lý đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc phát hiện tài nguyên khoáng sản tiềm năng gần bề mặt trái đất. Tuy nhiên, mục tiêu càng sâu thì việc phân tích thành phần và cấu trúc của đá càng phức tạp. Để thành công trong việc thăm dò và khai thác ở các độ sâu hơn nữa, các công ty mỏ cần thay đổi các phương pháp hiện có hoặc thậm chí phát triển công nghệ mới.

Đến nay, ngành khai thác mỏ đã tập trung phát triển và tích hợp các công nghệ tiên tiến, bao gồm trí tuệ nhân tạo (AI), để cải thiện việc lựa chọn vị trí thăm dò, cũng như các giải pháp địa vật lý để khai thác dưới sâu hiệu quả hơn. Khảo sát ngành khai thác mỏ năm 2021 của nhóm nghiên cứu State of Play chứng tỏ điều này, trong đó nhấn mạnh cảm biến và dữ liệu, trí tuệ nhân tạo và phân tích là hai nguồn có khả năng gây ra sự gián đoạn trong tương lai của ngành, đồng thời là trọng tâm đổi mới hiện nay của các công ty khai thác mỏ. Xét trên thực tế ngành công nghiệp khai thác mỏ hiện chi nhiều tiền hơn gấp 3 lần để thực hiện các khám phá ít hơn 60% so với 30 năm trước, có thể thấy nhu cầu về các ứng dụng công nghệ mới là hoàn toàn hợp lý.

Vai trò của AI trong lựa chọn địa điểm thăm dò

Do phần lớn các thân quặng trên bề mặt "dễ tìm" đã được phát hiện, ngành khai thác mỏ đang phải quay sang tìm kiếm ở những khu vực có dấu hiệu đá quặng ít rõ ràng hơn và việc minh giải địa vật lý gặp nhiều khó khăn hơn. Giải pháp hiện nay là khoan thêm nhiều lỗ khoan cho phép xác định thân quặng hiệu quả hơn. Vấn đề cần quan tâm duy nhất (bên cạnh chi phí khoan) là phải biết chính xác vị trí lỗ khoan ngay từ đầu, đồng nghĩa với việc lựa chọn địa điểm thăm dò và kỹ thuật địa vật lý có vai trò vô cùng quan trọng.

Nhằm cải thiện lựa chọn địa điểm thăm dò, ngành khai thác mỏ đang tận dụng sức mạnh của AI để phân tích và minh giải dữ liệu địa chất. Một khi được xây dựng và đào tạo một cách thích đáng, các thuật toán học máy có thể xử lý các tập dữ liệu lớn, phức tạp và xác định các mẫu cũng như sự bất thường, từ đó chỉ ra sự hiện diện của tài nguyên khoáng sản.

Để phát triển các giải pháp AI thành công, các công ty sẽ phải vượt qua một số rào cản. Mặc dù đã nắm trong tay một số thông tin sẵn có, công khai, bản chất cạnh tranh của công tác thăm dò khoáng sản kết hợp với thực trạng thu thập và lưu trữ dữ liệu được xử lý kém diễn ra trong nhiều năm đã dẫn đến việc thiếu dữ liệu lịch sử chất lượng cao cần cho việc đào tạo các thuật toán học máy. Nếu không có khả năng cho các mô hình liên tục học hỏi và tinh chỉnh các thuật toán của riêng chúng thì sẽ phải phụ thuộc vào trình độ chuyên môn của con người. Điều này có thể dẫn đến thành kiến của con người, đồng nghĩa với việc các mô hình có thể bị giới hạn bởi sự hiểu biết khái niệm của con người.

Bất chấp những thách thức này, một số công ty đã bắt tay vào phát triển các giải pháp AI để tăng cường lựa chọn địa điểm thăm dò. GoldSpot, KoBold Metals, Koan Analytics và SenseOre nằm trong số các công ty mới nổi trong lĩnh vực tổng hợp dữ liệu địa vật lý và áp dụng AI để xác định các mục tiêu thăm dò. Mỗi công ty này có cách tiếp cận công nghệ khác nhau, nhưng đều có quy trình chung là tổng hợp tất cả dữ liệu tài nguyên khoáng sản sẵn có, công khai, tích hợp chúng với dữ liệu thăm dò của các công ty khai thác mỏ để tạo ra kho kiến thức, sau đó áp dụng các thuật toán độc quyền để phân tích và xác định các mục tiêu thăm dò tiềm năng.

Mỗi công ty sử dụng một mô hình kinh doanh khác nhau. Do phần lớn đất tiềm năng đã được phân chia, sự tương tác giữa chủ đất và nhà cung cấp công nghệ là một yếu tố quan trọng. Một cách tiếp cận phổ biến là thông qua hình thức liên doanh, tuy nhiên khi các công nghệ này chín muồi và các giải pháp AI trở nên đáng tin cậy hơn trong việc lựa chọn địa điểm thăm dò, chúng ta có thể thấy sự thay đổi này sẽ tiến xa hơn nữa theo hướng sản xuất hóa.

Tăng độ sâu thăm dò bằng phương pháp địa vật lý

Sau khi lựa chọn được địa điểm thăm dò nhờ AI, giai đoạn tiếp theo trong công tác thăm dò cần thúc đẩy đổi mới là xác định đặc điểm địa chất của khu vực thăm dò. Hiện có nhiều công nghệ thâm nhập mặt đất và kỹ thuật địa vật lý mới có tiềm năng cải thiện đáng kể tính kinh tế và độ chính xác của thăm dò dưới sâu thông qua việc cải thiện xác định đặc điểm địa chất.

Mục tiêu của các công nghệ này là giúp nắm bắt được những gì dưới bên bề mặt mà không cần phải khoan lỗ. Các phương pháp địa hóa học, điện từ và cảm biến trọng lực hiện nay có hiệu quả trong phạm vi độ sâu 200-300 mét so với mặt đất, tuy nhiên, ngoài phạm vi này thì tín hiệu mà các công nghệ này cung cấp trở nên khó hiểu và diễn dịch hơn. Giả thuyết hiện tại là ở độ sâu hơn 300 mét, các phương pháp địa vật lý có nhiều triển vọng nhất.

Một số ví dụ bao gồm gắn công nghệ hiện có vào máy bay không người lái hoặc cải thiện các cảm biến và đầu dò sẵn có nhằm cho phép chụp ảnh độ phân giải cao và cải thiện thu thập dữ liệu để cung cấp cho các mô hình địa vật lý. Một cách tiếp cận địa vật lý đầy hứa hẹn khác sử dụng các kỹ thuật địa chấn để hỗ trợ xác định vị trí chính xác của các lỗ khoan. Mặc dù công nghệ địa chấn đã được ngành công nghiệp dầu khí sử dụng từ đầu những năm 1900 nhưng đến nay, nó mới đang trong giai đoạn đầu áp dụng trong ngành khai thác mỏ. Do chi phí đắt đỏ và hiệu suất bấp bênh nên công nghệ này chủ yếu được áp dụng cho các dự án mở rộng “đất nâu” (các dự án sẵn có) với rủi ro lựa chọn mặt bằng là tối thiểu hoặc áp dụng bởi các công ty khai thác quy mô lớn hơn với khả năng tiếp cận vốn lớn hơn.

Phân khúc thị trường – Rào cản đối với việc thực hiện

Phần thượng nguồn của chuỗi giá trị khai thác mỏ được phân khúc cao, trong đó, các công ty khác nhau xử lý các quy trình tìm kiếm, thăm dò, phát triển và vận hành. Hầu hết các công ty khai thác mỏ lớn giờ đây không trực tiếp thực hiện mà thuê ngoài quá trình thăm dò cung ứng bởi các công ty cơ sở. Những công ty cơ sở này, bị hạn chế bởi ngân sách eo hẹp và các quy định khắt khe (JORC), có rất ít hoặc không có dự trữ vốn để chi tiêu cho các phương pháp thăm dò TRL thấp. Kết quả là, sự đổi mới trong phân khúc tìm kiếm thăm dò của ngành khai thác mỏ đã chịu ảnh hưởng trong 60 năm qua.

Hiện có rất ít chính sách ưu đãi cho việc áp dụng hoặc chứng minh công nghệ mới. Nếu ngành khai thác mỏ muốn cải thiện quá trình thăm dò “đất xanh” (các dự án mới), cần tăng cường hợp tác giữa các công ty trong ngành.

Đối mặt với sự cạn kiệt tài nguyên trên bề mặt, ngành khai thác mỏ đang đẩy mạnh các nỗ lực theo hướng phát triển các công nghệ tiên tiến nhằm cải thiện lựa chọn vị trí thăm dò và khai thác dưới sâu. Việc tích hợp AI và sự tiến bộ liên tục của các công nghệ địa vật lý có tiềm năng lớn để cách mạng hóa các hoạt động thăm dò, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả tổng thể của các hoạt động khai thác. Với những nỗ lực nghiên cứu và phát triển không ngừng, song song với việc áp dụng các mô hình hợp tác mới giữa các nhà thăm dò và nhà điều hành, ngành khai thác mỏ đang trên đường hướng tới mục tiêu mở khóa toàn bộ tiềm năng của các công nghệ này, đảm bảo một tương lai bền vững và có lợi nhuận cho các hoạt động khai thác mỏ trên toàn thế giới./.