Là một trong những ngành công nghiệp có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời nhất thế giới, ngành khai thác mỏ đã chứng kiến những thay đổi lớn nhất trong lịch sử trong vòng 100 năm qua, đặc biệt là về lĩnh vực hiệu quả và an toàn. Sự chuyển đổi này đạt bước phát triển tột bậc trong những năm gần đây khi các công nghệ liên quan đến Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 bắt đầu được triển khai trong ngành. Nổi bật trong đó là công nghệ Tự động hóa, Trí tuệ nhân tạo và sử dụng máy bay không người lái, hướng tới mục tiêu xây dựng một Ngành Khai thác mỏ 4.0 với các hoạt động bền vững, an toàn và hiệu quả.

Khai thác mỏ 4.0 - ngành công nghiệp đang trên đà phát triển. Nguồn: Mapfre Global Risks

Trong một thời gian dài, khai thác mỏ được coi là một lĩnh vực truyền thống, tuy nhiên, đặc tính thô sơ của ngành công nghiệp này không cản trở sự phát triển của ngành về phương diện công nghệ, đặc biệt là trong những năm gần đây khi đầu tư vào lĩnh vực R &D, công nghệ và vốn nhân lực đã định hình đáng kể tiến trình của nó. Những tiến bộ về khai thác quan trọng nhất trong những thập kỷ gần đây có thể được tóm gọn trong bốn lĩnh vực: cải thiện an toàn, gia tăng năng suất, quan tâm đến môi trường và sử dụng tài nguyên hiệu quả hơn. Những yếu tố này cùng nhau phối hợp hướng tới mục tiêu xây dựng một thế giới khai khoáng ngày càng bền vững, tăng cường trình độ nhận thức và hội nhập xã hội, đồng thời không ngừng tìm kiếm những cải tiến mới.

Theo phân tích của Ángel Cámara Rascón, Giáo sư, Tiến sĩ Kỹ thuật mỏ đang công tác tại Ban Năng lượng và Nhiên liệu, Khoa Kỹ thuật Khai thác mỏ, Trường Đại học Bách khoa Madrid (Tây Ban Nha), thế giới khai khoáng mới tập trung vào việc liên tục tìm kiếm các giải pháp để phát triển các khoáng sàng có tính chất ngày càng phức tạp, phải xuống sâu, trong khi các loại khoáng sản có xu hướng chất lượng giảm sút. Hầu hết các quy trình sẽ được thực hiện tự động hóa hoặc từ xa với mức tiêu thụ nước và năng lượng giảm, tác động tới môi trường ít hơn, sử dụng năng lượng sạch gia tăng nhờ sử dụng thiết bị chạy bằng pin điện, với tất cả các quy trình được tối ưu hóa hoặc phân tích dữ liệu thu được và truyền trong thời gian thực sử dụng các thuật ngữ đồng nghĩa cho hầu hết các cơ sở công nghiệp như nhà máy thông minh,  nhà máy số, nhà máy kết nối, v.v.

Rõ ràng là lĩnh vực này đang đạt được nhiều tiến bộ, nhưng không phải không có những trở ngại. Rào cản lớn nhất đối với sự phát triển công nghệ căn cứ vào thực tế nhu cầu về vốn nhân lực trong loại hình khai thác mới này khác với nhu cầu khai thác mỏ truyền thống. Một nhà khai thác mỏ kiểu mới phải hướng tới việc xây dựng một hồ sơ năng lực bao gồm kiến thức về tự động hóa, số hóa và khả năng tương tác.

Bối cảnh phức tạp

Trong những thập kỷ gần đây, hoạt động của ngành khai thác mỏ diễn ra trong bối cảnh ngày càng bất lợi: sự cạn kiệt trữ lượng khoáng sàng bề mặt, chất lượng khoáng sản suy giảm, năng suất của các mỏ đã hoạt động một thời gian dài sụt giảm, chi phí lao động gia tăng và khó tiếp cận các khoáng sàng mới do các vấn đề môi trường.

Đồng thời, ngành công nghiệp khai khoáng cũng vấp phải sự phản đối gay gắt của xã hội và các yêu cầu môi trường ngày càng khắt khe. Điều này buộc các công ty khai thác mỏ phải nhanh chóng tìm ra các giải pháp phù hợp, trong đó có việc chuyển sang sử dụng các mô hình mới, chẳng hạn như mô hình “hoạt động tác động đến môi trường thấp”, "khai thác xanh" hoặc "khai thác bền vững".

“Người chơi chính” và công nghệ tiên tiến

Để đạt được sự phát triển công nghệ thực sự trong lĩnh vực này và thúc đẩy "Khai thác mỏ 4.0", ba “người chơi” phải phối hợp các nỗ lực của họ bao gồm các công ty khai thác mỏ, các trường đại học và các chuyên gia làm việc trong lĩnh vực nghiên cứu. Theo Giáo sư, Tiến sĩ Kỹ thuật mỏ Cámara Rascón, có những dòng nghiên cứu dọc theo toàn bộ chuỗi giá trị của hoạt động khai thác, từ giai đoạn thăm dò đến thương mại hóa sản phẩm, bao gồm khai thác, tuyển và tinh chế kim loại. Mọi giai đoạn phụ trong chuỗi này đều có thể phải trải qua một quá trình cải tiến liên tục, trong đó, công nghệ tiên tiến được áp dụng nhằm làm cho giai đoạn đó an toàn, hiệu quả và bền vững hơn. Có thể thấy, trong tương lai, các mỏ khai thác sẽ sử dụng một loạt các công nghệ nhằm đồng thời đạt được các mục tiêu - năng suất, an toàn và kinh tế.

Một khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực khai thác mỏ là phương pháp định vị vật lý các khoáng sàng tại những vị trí mà tự nhiên, một cách tùy ý hoặc ngẫu nhiên, đã tìm thấy các điều kiện thích hợp để tạo ra chúng.

Trong bối cảnh này, các công nghệ tự động hóa, số hóa, kết nối và phân tích dữ liệu sẽ đóng vai trò cơ bản trong mô hình mới. Tất cả các công nghệ liên quan đến các quy trình số hóa mới, bao gồm thăm dò và nghiên cứu, phân phối máy móc động lực, địa hình khai thác, sử dụng điều khiển từ xa, tự động hóa quy trình, nghiên cứu Dữ liệu lớn, v.v., đang được sử dụng cho cùng một hoạt động, điều này hoàn toàn nằm ngoài sức tưởng tượng cách đây vài năm. Lấy ví dụ trong tình hình đại dịch COVID-19 hiện nay, một số mỏ có thiết bị khai thác điều khiển từ xa hoặc tự vận hành cho phép tiến hành công việc với công suất thực tế 100%, trong khi người giám sát có thể dễ dàng kiểm soát các hoạt động từ nhà hoặc phòng điều khiển, từ đó giảm thiểu khả năng phơi nhiễm, góp phần tạo môi trường làm việc an toàn cho người lao động.

Trên thị trường hiện có một số gói phần mềm được sử dụng để tạo ra các mô hình số. Trong suốt vòng đời của mỏ, dữ liệu địa chất và kinh tế của các mô hình này phải luôn được cập nhật và sửa đổi, chẳng hạn như các thay đổi trong doanh số hoặc báo giá của một sản phẩm khoáng sản nhất định. Các mỏ khai thác được thiết kế theo các mô hình ban đầu này giúp nhanh chóng nắm bắt tất cả các tài nguyên địa chất hiện có trước khi chuyển sang giai đoạn đánh giá trữ lượng có thể khai thác kinh tế.

Các công nghệ hữu ích nhất để đạt được một thế giới "Khai thác mỏ 4.0" có thể kể đến: tự động hóa và robot, trí tuệ nhân tạo, Internet vạn vật, các cảm biến được thiết kế riêng, máy bay không người lái, bản sao kỹ thuật số, thực tế ảo, và tận dụng các mỏ khai thác để truyền tải và lưu trữ năng lượng.

Mặc dù tiến bộ công nghệ có thể được nhìn thấy trong mọi tầng lớp của ngành kinh doanh khai thác mỏ nhưng lĩnh vực khai thác khoáng sản - được hiểu là khoan, nổ, tải và vận tải - có tiềm năng lớn nhất để cải thiện thông qua sự đổi mới về hiệu quả và năng suất. Các ứng dụng và cải tiến mới đang xuất hiện mỗi ngày. Trên cơ sở xem xét một số giai đoạn phát triển chính của một dự án khai thác, các chuyên gia nhận định, số hóa phải được áp dụng từ giai đoạn thăm dò và tìm kiếm đến giai đoạn thương mại hóa khoáng sản và các sản phẩm có nguồn gốc từ chúng. Nói cách khác là trong toàn bộ chuỗi giá trị.

Những thách thức của ngành khai khoáng

Có rất nhiều thách thức, tuy nhiên, ngành công nghiệp khai thác mỏ phải tập trung nỗ lực vào hai vấn đề. Thứ nhất, thực hiện công tác truyền thông xã hội đúng đắn rằng khai thác mỏ là nền tảng của sự phát triển bền vững trong hầu hết các lĩnh vực công nghệ bởi vì nó cung cấp các nguyên liệu thô cần thiết cho sự phát triển này. Thứ hai, đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên được sản xuất bởi hoạt động khai thác mỏ bền vững và hiệu quả được phân phối, đầu tư và tạo ra lợi nhuận cho tất cả các bên tham gia vào hoạt động khai thác mỏ - người lao động, nhà cung cấp, công ty khai thác mỏ, cộng đồng và các tổ chức công cộng – hay nói một cách khác, ngành khai thác mỏ góp phần cải thiện chất lượng cuộc sống cho người dân.

Từ quan điểm kỹ thuật, các công ty khai thác mỏ đã chuẩn bị đầy đủ lực lượng lao động để phát triển các công nghệ này. Một số tập đoàn khai thác mỏ cũng đang đẩy mạnh thực hiện nhiều sáng kiến nhằm giải quyết các điều kiện bất lợi, chẳng hạn như việc giảm dần chất lượng hoặc hàm lượng của kim loại đồng trong các khoáng sàng. Có thể nói, các công nghệ mới đem lại rất nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp khai khoáng, cùng với việc nâng cao hiệu quả và năng suất, đóng góp lớn nhất là lĩnh vực an toàn./.