Tự động hóa đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành khai thác mỏ trong thế kỷ 21. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa giúp tối ưu hóa các quy trình khai thác, giảm thiểu sự can thiệp của con người, mang lại lợi ích an toàn, hiệu quả, năng suất và sức khỏe tài chính cho các mỏ.

Thị trường thiết bị khai thác mỏ tự hành

Thị trường thiết bị khai thác mỏ tự hành đang chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ cũng như nhu cầu ngày càng tăng về hiệu quả và an toàn trong khai thác mỏ.

Giống như các ngành công nghiệp khác, ngành khai thác mỏ đang trải qua cuộc cách mạng công nghệ, đòi hỏi phải nhanh chóng nắm bắt các công nghệ Công nghiệp 4.0. Mục tiêu của ngành là chuyển từ mỏ khai thác truyền thống, thâm dụng lao động vốn là tiêu chuẩn trong nhiều thiên niên kỷ sang một hệ sinh thái mỏ tích hợp và tự động hóa.

Có hai hình thức tự động hóa đang được áp dụng phổ biến trong ngành khai thác mỏ: tự động hóa quy trình/phần mềm (tự động hóa IT) và sử dụng thiết bị tự động, chẳng hạn như xe tải, máy xúc và máy khai thác (tự động hóa OT).

Nhiều công nghệ tự động đã xuất hiện trong ngành khai thác mỏ từ lâu, nhưng những tiến bộ gần đây đã khiến các công nghệ này trở nên phổ biến hơn. Chính vì vậy, khai thác mỏ tự hành đã chiếm vị trí hàng đầu trong nhiều nghiên cứu trực tuyến trong vài thập kỷ qua.

Tổng quan về các công ty chủ chốt và sản phẩm quan trọng trên thị trường

Các công ty chủ chốt trên thị trường thiết bị khai thác tự động hóa là những tên tuổi lớn trong lĩnh vực thiết bị khai thác mỏ và các công nghệ liên quan, chẳng hạn như Hitachi, Caterpillar, Komatsu, Scania, Sandvik, Rockwell và Volvo.

Caterpillar, nhà sản xuất hàng đầu thế giới về thiết bị xây dựng và khai thác mỏ, đã phát triển hệ thống Cat® MineStarTM Command AHS - một hệ thống vận chuyển tự động tiên tiến, được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và an toàn trong khai thác mỏ. Được trang bị các cảm biến và công nghệ phát hiện chướng ngại vật để đảm bảo an toàn tối đa, cùng với các công nghệ tiên tiến như GPS, radar, và hệ điều khiển thông minh, hệ thống này cho phép các xe tải hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần sự can thiệp của con người. Các xe tải tự động di chuyển đến vị trí xúc, vận chuyển đến điểm đổ và thậm chí báo cáo bảo trì mà không cần người điều khiển. Có thể hoạt động 24/7, cho phép các công ty vận hành với ít công nhân hơn, hệ thống này có thể cải thiện năng suất lên 30%, giảm một nửa các sự cố liên quan đến an toàn và giảm 20% chi phí vận hành. Kể từ năm 2013, giải pháp của Caterpillar đã vận chuyển hơn 2,5 tỷ tấn khoáng sản.

FrontRunner AHS, hệ thống vận chuyển tự động tiên tiến của Komatsu cho phép máy ủi, máy san và máy xúc lật tương tác với nhau và được điều khiển từ xa. Một người điều khiển duy nhất có thể giám sát toàn bộ đội xe từ khoảng cách hàng ngàn km. Hệ thống được trang bị GPS và các cảm biến tiên tiến. Tập đoàn công nghệ hàng đầu của Nhật Bản - Hitachi và công ty hàng đầu thế giới về mạng lưới không dây cho ngành khai thác mỏ - Rajant đã hợp tác triển khai thành công giải pháp AHS tại một mỏ than của Australia từ năm 2020.

Scania AXL là một bước tiến quan trọng khác trong việc phát triển các hệ thống vận chuyển tự động, giúp tối ưu hóa hiệu suất và an toàn trong các ngành công nghiệp nặng. Đây là giải pháp xe tải tự hành không có cabin, được thiết kế để hoạt động hoàn toàn tự động trong các môi trường khắc nghiệt như mỏ khai thác và công trường xây dựng lớn, do Scania - nhà cung cấp giải pháp vận tải hàng đầu thế giới, phát triển và cho ra mắt vào năm 2019. Động cơ của Scania AXL có thể chạy nhiên liệu sinh học tái tạo, giúp giảm thiểu tác động môi trường và tăng tính bền vững.

Ngoài các tên tuổi lớn trên, còn có tập đoàn kỹ thuật toàn cầu của Thụy Sỹ, Sandvik cung cấp giải pháp AutoMine - một nền tảng tự động hóa toàn diện cho các hoạt động khai thác mỏ, cho phép giám sát và điều khiển nhiều máy móc bên dưới và trên mặt đất từ một phòng điều khiển an toàn. Trong khi đó, tập đoàn Volvo phát triển giải pháp vận chuyển TARA với hệ thống xe tải điện tự động TA15 được trang bị tài xế ảo, có khả năng nhận diện môi trường xung quanh để thực hiện nhiệm vụ một cách an toàn nhất trong các khu vực hạn chế như mỏ đá và mỏ quặng.

 Quy mô thị trường và xu hướng tăng trưởng

Thị trường thiết bị khai thác mỏ tự hành toàn cầu dự kiến sẽ phát triển trong vài năm tới khi có thêm nhiều công ty áp dụng tự động hóa, robot và các công nghệ Công nghiệp 4.0 khác nhằm đáp ứng những thách thức kinh tế và môi trường quan trọng.

Theo báo cáo năm 2024 của Research and Markets, một trong những nhà cung cấp báo cáo nghiên cứu thị trường lớn nhất thế giới, giá trị thị trường này dự báo sẽ đạt 3,68 tỷ USD vào năm 2028, tương ứng với tốc độ CAGR (tốc độ tăng trưởng kép hàng năm) 5,6% so với giá trị thị trường ước tính hiện tại là 2,96 tỷ USD.

Các yếu tố thúc đẩy việc áp dụng thiết bị khai thác mỏ tự hành

Môi trường khai thác mỏ vốn dĩ rất nguy hiểm, với nhiều sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra, dẫn đến thiệt hại về người và làm gián đoạn hoạt động khai thác. Hơn nữa, về mặt tài chính, khai thác mỏ là một hoạt động có biên lợi nhuận cao, nhưng do chi phí vận hành và đầu tư rất lớn nên lợi nhuận cho các công ty khai thác thường rất mỏng.

Áp dụng công nghệ tự động hóa trong khai thác mỏ. Nguồn: mineronbaystreet / Shutterstock.com

Cải thiện an toàn, hiệu quả, năng suất và hiệu quả chi phí của mỏ là động lực chủ yếu của tự động hóa và các công nghệ Công nghiệp 4.0 khác trong lĩnh vực khai thác mỏ. Lấy ví dụ, xe tải hạng nặng được trang bị công nghệ tự động hóa và cảm biến tiệm cận tiên tiến giúp cải thiện khả năng phát hiện và tránh các vật cản trong quá trình di chuyển, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động và bảo vệ các thiết bị khác.

Máy móc tự động cũng có thể làm việc 24/7, trong khi công nhân không thể làm việc trong môi trường nguy hiểm và đòi hỏi nhiều lao động quá lâu. Đây là một lợi ích đáng kể cho vấn đề hiệu quả, năng suất và hiệu quả chi phí. Ít công nhân hơn đồng nghĩa với năng suất cao hơn cho các công ty.

Ngoài ra, một yếu tố khác thúc đẩy việc áp dụng thiết bị khai thác tự hành là tính bền vững. Sử dụng các công nghệ và quy trình tự động hóa giúp ngành khai khoáng giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và xã hội, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.

Những thách thức và rào cản đối với việc mở rộng thị trường

Mặc dù những lợi ích của tự động hóa đã được công bố rộng rãi, nhưng để trở thành trụ cột của ngành khai thác mỏ thì thiết bị khai thác tự hành còn vấp phải một số thách thức và rào cản nhất định.

Một số thách thức chủ yếu bao gồm chi phí ban đầu, rủi ro an ninh và an toàn, quy hoạch mỏ và quá trình điều chỉnh thiết kế, cũng như các tác động xã hội của việc thay đổi quy mô và cơ cấu lực lượng lao động và thích ứng với các công nghệ mới bằng cách chuyển đổi cơ sở hạ tầng hệ thống. Bất chấp những thách thức này, tự động hóa là một mục tiêu quan trọng của nhiều công ty trong lĩnh vực khai thác mỏ.

Cân nhắc về quy định pháp luật và vấn đề an toàn

Như đã đề cập ở trên, có nhiều thách thức cần phải vượt qua để tự động hóa được coi là một công cụ an toàn và hiệu quả trong ngành khai thác mỏ. Lấy ví dụ, mặc dù AI và cảm biến có thể tăng cường đáng kể khả năng phát hiện công nhân và vật thể của hệ thống vận chuyển tự động, nhưng vẫn có một số rủi ro tiềm ẩn liên quan đến sự an toàn của công nghệ.

Mới đây, Nhóm Hướng dẫn khai thác mỏ toàn cầu (GMG), một tổ chức phi lợi nhuận của Canada, đã công bố sách trắng nhấn mạnh tầm quan trọng của phương pháp tiếp cận an toàn hệ thống và đưa ra hướng dẫn sử dụng an toàn các hệ thống tự hành trong các mỏ. Công bố này nêu bật tầm quan trọng của việc xem xét tích hợp hệ thống - con người (tập trung vào giao diện giữa con người và các hệ thống kỹ thuật hiện đại), đánh giá rủi ro, xác định mối nguy hiểm và an toàn chức năng.

Bên cạnh những cân nhắc về vấn đề an toàn, các rào cản pháp lý là rào cản chính để áp dụng công nghệ mới, đặc biệt là trong một ngành công nghiệp đề cao an toàn như ngành khai thác mỏ. Việc phê duyệt thiết bị có thể bị trì hoãn vì quá trình này có thể tốn thời gian. Chẳng hạn như ở Mỹ, bất kỳ thiết bị khai khoáng mới nào cũng phải tuân thủ các tiêu chuẩn cụ thể do Cục Quản lý An toàn và Sức khỏe Mỏ quy định.

Phân tích thị trường khu vực

Ở các khu vực khác nhau trên thế giới, nhiều công ty đang phát triển thiết bị khai thác mỏ tự hành. Theo Research and Markets, năm 2023, châu Á - Thái Bình Dương là khu vực có thị trường thiết bị khai thác mỏ tự hành lớn nhất, theo sát là khu vực Bắc Mỹ. Cả hai khu vực này dự kiến sẽ tiếp tục tăng trưởng trong những năm tới.

Theo cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ, hơn 22% các điểm thăm dò khoáng sản đang hoạt động trên thế giới là ở Canada. Hiện Canada và Mỹ sở hữu hơn 34% các điểm thăm dò này trên toàn cầu. Theo công ty tư vấn và nghiên cứu thị trường Tình báo Mordor, các công ty có trụ sở tại Mỹ có thể sẽ đóng vai trò ngày càng tăng trên thị trường toàn cầu. Các quy định của Hoa Kỳ đặc biệt liên quan đến tính bền vững có khả năng thúc đẩy thị trường trong khu vực này.

Sự đổi mới và các công nghệ mới nổi

Trí tuệ nhân tạo (AI) hiện là một trong những công nghệ đột phá quan trọng trong ngành khai thác mỏ. Lợi ích của AI đối với tự động hóa bao gồm phân tích dữ liệu thông minh hơn và khả năng trực quan hóa dữ liệu, cho phép thiết bị đưa ra quyết định tốt hơn và cung cấp cho người vận hành thông tin chi tiết về dữ liệu có một không hai.

Các hệ thống điều khiển bằng AI sử dụng GPS, cảm biến và kết nối không dây ngày càng tinh vi, nâng cao khả năng tự trị. Phân tích dữ liệu lớn cho phép thông tin được xử lý và hành động trong thời gian thực. Các hệ thống máy tính tiên tiến giúp ngăn ngừa tai nạn bằng cách cung cấp dữ liệu vị trí và vận tốc.

Ngoài ra, công nghệ đeo trên người cũng tăng cường sự an toàn của môi trường làm việc lai giữa máy và người, giải quyết một trong những thách thức chính liên quan đến tự động hóa tại các mỏ của thế kỷ 21.

Triển vọng tương lai và cơ hội thị trường

Tự động hóa ngành khai thác mỏ dự báo sẽ có những bước tiến đáng kể trong 5-10 năm tới. Tuy vậy, việc cân bằng đổi mới với các mối quan ngại về việc làm, an toàn và an ninh đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng. Ngoài ra, vấn đề chi phí ban đầu quá cao cũng là yếu tố khiến nhiều công ty lưỡng lự khi quyết định đầu tư vào các công nghệ mới như AHS.

Vượt qua những rào cản này sẽ tương đối dễ dàng do những cơ hội đáng kể mà tự động hóa đem lại liên quan đến an toàn, hiệu quả, năng suất, tính bền vững và hiệu quả chi phí.

Rõ ràng là, nếu ngành công nghiệp khai thác mỏ muốn duy trì lợi nhuận đồng thời đáp ứng các mục tiêu môi trường thì việc đổi mới trong các lĩnh vực như tự động hóa sẽ tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong những thập kỷ tới./.