H2020 – Robominers

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ZusammenfassungDer folgende Artikel beschäftigt sich mit der Anwendbarkeit unterschiedlicher Abbauwerkzeuge in kleinen, mobilen Bergbau-Robotern. Konventionelle, mechanische Abbauverfahren nehmen einen hohen Stellenwert im aktuellen Untertage-Bergbau ein, jedoch wird deren Effizienz durch die Gesteinsfestigkeit stark eingeschränkt. Die dort entstehenden Reaktionskräfte sind in der Regel hoch und erfordern eine hohe Masse sowie hohe Leistung der Gewinnungsmaschine. Mithilfe zukünftiger Bergbau-Roboter wird versucht, in neue Areale vorzudringen, um Lagerstätten zu erschließen, welche mit herkömmlichen Methoden bis dato als unwirtschaftlich angesehen wurden. Der vergleichsweise kleine Maßstab sowie die geringe Masse dieser Roboter stellen den Einsatz von aktuellen Abbaumethoden vor große Herausforderungen, und es erfordert die Entwicklung neuer Konzepte, um ökonomisch Gestein zu lösen. Die vielversprechendsten Abbaumethoden werden anhand definierter Parameter verglichen und ihre Anwendung für verschiedene Gesteinsfestigkeiten – unter Berücksichtigung der maximal aufnehmbaren Reaktionskräfte durch die Maschine/den Roboter – bewertet. Auf der Grundlage dieser Studien werden die Durchführbarkeit und Anwendbarkeit bestimmter Abbauwerkzeuge für verschiedene Szenarien und Gesteinsfestigkeiten analysiert. Es ist zu erkennen, dass „klassische“, mechanische Abbaumethoden hinsichtlich der maximalen Druckfestigkeit des Gesteins sehr stark eingeschränkt werden und den dabei entstehenden Reaktionskräfte nicht mehr standgehalten werden kann. Aufgrund dieser Erkenntnisse und unter Berücksichtigung definierter Anforderungen wird eine Konzeptidee eines kombinierten Abbausystems vorgestellt. Die großen Vorteile dieser Technologie sind die vergleichsweise geringen Reaktionskräfte, die verschleißärmere Anwendung und die wasser-hydraulische Energieversorgung. Im ersten Schritt wurden Konzepte von mechanischen Bohrgeräten entwickelt und anschließend erste Simulationen des Abbauprozesses mittels DEM durchgeführt, um vorläufige Untersuchungen durchzuführen. Der Beitrag dieser Arbeit soll einen Überblick über die aktuelle Problematik geben und als Basis für künftige Konzeptideen und -entwicklungen dienen.

Abbautechnologien für zukünftige, mobile Bergbau-Roboter

Berner

Sifferlinger

2022

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Status of the H2020-ROBOMINERS Prototype

Berner

Sifferlinger

2023

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This article presents the current status of the H2020-ROBOMINERS project with focus on the prototype to be developed. The aim of this project is the development of a small-scale mining robot, which will be capable of exploring difficult to access deposits with the ability of selective mining underground, under water, and in slurries. Considerably low weight and power are challenges to be overcome. Environment-friendliness is secured by powering the entire robot water-hydraulically. Core element of the robominer is the main module, in which the locomotion and powering system will be implemented. Additional elements in the robot are sensors for navigation and perception and a production tool to excavate small amounts of material. The locomotion system consists of an Archimedes-screw mechanism, which can be extended in radial direction and used as grippers inside a tunnel to increase its traction capacity. Selective perception tools help the mining robot navigate in harsh terrains and find the ore. A small-scale longitudinal part-face cutter head has been selected as an excavation tool. This cutter head has been tested extensively in the laboratory by performing cutting tests with several rock samples. The performance allows a continuous excavation of soft rock material (successful tests with reasonable excavation rate up to a uniaxial compressive strength of 30 MPa). The mined ore is then slurrified and transported to a processing station. On-board analysis equipment using specializsed sensing systems allows the robot to analyse the slurry composition in real-time. The demonstration and final test of the full-scale prototype are planned in an open-pit oilshale mine. Eventually, the project will serve as a guideline for future mining robots including feasibility studies of different robot designs, potential mine layouts and mining scenarios as well as various excavation tools for different rock conditions.

Bergbaukunde, quo vadis?

Tost

Hartlieb

Heiß

et al. 2023

ZusammenfassungUm dem Klimawandel und dem zunehmenden Wettbewerb beim Zugang zu Ressourcen zu begegnen, hat die Europäische Union im sogenannten Green Deal weitreichende Transformationen in den Bereichen Energie und Digitalisierung sowie die Umstellung des Wirtschaftssystems hin zu einer inklusiven Kreislaufwirtschaft festgelegt. Aus Sicht des Bergbaus bedeuten diese Transformationen einen weiterhin wachsenden Rohstoffbedarf, der durch die Gewinnung mineralischer Rohstoffe aus primären Lagerstätten gedeckt werden muss. Gesteigerte Mengen mit „Business as usual“ würden allerdings auch die Umwelt- und Sozialauswirkungen des Bergbaus steigern, was vor allem in Europa und Österreich keine Option darstellt.Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich Forschungsbedarf für neue und verbesserte Abbauverfahren und -planung ebenso wie für optimierte Prozesse und Maschinen. Im vorliegenden Artikel wird beschrieben, wie der Lehrstuhl für Bergbaukunde, Bergtechnik und Bergwirtschaft an der Montanuniversität Leoben mit seiner aktuellen Strategie, sowohl für die Forschung als auch für die Lehre, diese Herausforderungen als Chance nutzen möchte. Für den Forschungsbereich soll dabei die Nachhaltigkeit und Involvierung in die Gestaltung von Rohstoffpolitik den Rahmen bilden. Mit einer Fokussierung auf die Digitalisierung und den untertägigen Bergbau sowie der Stärkung der Bereiche Tagebau, Fördertechnik und Geoinformatik soll die Forschung für die anstehenden Transformationen zukunftssicher ausgerichtet werden. Die Lehre wird inhaltlich weiterhin eine ingenieurwissenschaftliche Grundausbildung mit Spezialisierung auf den Bergbau beinhalten, wobei die Digitalisierung eine zunehmend stärkere Rolle spielen wird.