AI trong ngành khai khoáng: Từ quặng đến tối ưu hóa

Ngành khai khoáng và khai thác khoáng sản đóng vai trò thiết yếu trong đời sống hằng ngày, cung cấp năng lượng cho mọi thứ, từ nhà ở đến các công nghệ chúng ta phụ thuộc vào. Qua nhiều năm, ngành này đã chứng kiến nhiều bước tiến, từ công cụ bằng đá đến máy móc khổng lồ. Bước tiến mới nhất là sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo (AI).

Thị giác máy tính là một nhánh của AI, cho phép máy móc nhìn và hiểu môi trường xung quanh, và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành khai khoáng. Công nghệ thị giác máy tính dành cho doanh nghiệp được dự báo sẽ tạo ra doanh thu toàn cầu 386 tỷ USD vào năm 2031. Khi nhu cầu tài nguyên tăng cao, cần có máy móc và hệ thống thông minh để nâng cao năng suất trong ngành khai khoáng.

AI cũng góp phần nâng cao an toàn quanh các mỏ bằng cách tự động hóa những công việc quá nguy hiểm đối với người lao động. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách AI và thị giác máy tính được sử dụng trong ngành khai khoáng.

Tìm hiểu công nghệ khai thác mỏ thông minh#

Ngành khai khoáng, một trong những lĩnh vực xuất hiện sớm nhất, bắt nguồn từ thời cổ đại, khi con người khai thác khoáng sản và kim loại để làm công cụ, vật liệu xây dựng và hàng hóa trao đổi. Dù có lịch sử lâu đời, ngành này hiện đang ở bước ngoặt và cần công nghệ hiện đại để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu thiết yếu cho mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu.

Việc ứng dụng công nghệ AI đang giúp ngành khai khoáng chuyển từ các phương pháp cũ, tốn nhiều nhân công sang quy trình thông minh hơn, dựa trên công nghệ. Vì hoạt động khai khoáng tạo ra lượng dữ liệu lớn, AI có thể giúp vận hành nhanh hơn, trơn tru hơn và hiệu quả hơn.

Công nghệ AI có thể được ứng dụng trên toàn bộ chuỗi giá trị khai khoáng, từ hệ thống thị giác máy tính trên xe tải tự lái đến việc các công ty khai khoáng sử dụng machine learning để dự báo nhu cầu của từng loại khoáng sản tùy theo thị trường.

Hình 1. Ví dụ về ứng dụng AI trong toàn bộ chuỗi giá trị khai thác mỏ.

Dưới đây là cái nhìn chi tiết hơn về một số công nghệ AI khác đang được sử dụng trong ngành khai thác mỏ:

• Bảo trì dự đoán: Có thể sử dụng thuật toán AI để phân tích dữ liệu từ thiết bị khai khoáng và dự đoán thời điểm cần bảo trì. Điều này giúp ngăn ngừa sự cố bất ngờ và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động. Nhờ đó, hoạt động diễn ra ổn định, giảm nguy cơ tai nạn do thiết bị hỏng hóc, đồng thời nâng cao độ an toàn cho máy móc và thợ mỏ.
• Công nghệ thiết bị đeo: Các thiết bị đeo tích hợp AI có thể theo dõi sức khỏe và độ an toàn của thợ mỏ. Thiết bị theo dõi nhịp tim, mức độ mệt mỏi và mức phơi nhiễm với các chất độc hại. Nếu phát sinh vấn đề an toàn, thiết bị có thể nhanh chóng cảnh báo thợ mỏ và người giám sát.
• Thị giác máy tính: Công nghệ này có thể được dùng để giám sát công việc và cung cấp thông tin cập nhật theo thời gian thực. Những thông tin chuyên sâu này giúp cải thiện năng suất và tăng độ an toàn tại khu vực khai thác.

Các ứng dụng thị giác máy tính trong khai thác mỏ#

Sau khi tìm hiểu cách AI được tích hợp vào ngành khai khoáng, hãy cùng xem xét kỹ hơn một số cách thị giác máy tính có thể tinh giản và hỗ trợ các ứng dụng khai khoáng. Bằng cách phân tích hình ảnh và video bằng các model thị giác máy tính như Ultralytics YOLO11, chúng ta có thể trích xuất thông tin chuyên sâu giúp tối ưu hóa nhiều hoạt động khai thác.

Tự động hóa khai thác mỏ bằng Vision AI#

Thị giác máy tính có thể được dùng để phân loại và đánh giá cấp quặng. Việc phân loại và đánh giá cấp quặng giúp giảm tổng lượng khoáng sản đưa vào các dây chuyền nghiền, vốn tiêu thụ nhiều năng lượng khi vận hành. Cấp quặng thấp hơn đồng nghĩa với nồng độ khoáng sản thấp hơn; chỉ quặng có cấp cao nhất mới được chọn để xử lý tiếp. Trước đây, công việc này được thực hiện bằng cách xem xét mẫu quặng thủ công và có thể kéo dài hàng giờ, thậm chí hàng ngày.

Các tác vụ thị giác máy tính như phân đoạn ảnh có thể giúp đẩy nhanh quá trình xác định và phân loại mẫu quặng cấp cao. Có thể sử dụng các model như YOLO11 hỗ trợ phân đoạn để phân tích ảnh mẫu quặng ở cấp độ pixel. Việc này giúp phân biệt các hạt khoáng sản với phần vật liệu còn lại đang được phân tích. Các phương pháp dựa trên thị giác cũng chính xác hơn kỹ thuật truyền thống, giúp ngăn phân loại nhầm quặng cấp cao, vốn có thể dẫn đến lãng phí.

Hình 2. Ví dụ về đánh giá cấp quặng bằng phân đoạn ảnh.

Hệ thống thị giác máy tính cũng có thể được dùng để tạo và giám sát ranh giới xác định các khu vực cụ thể, nơi có thể đổ từng loại vật liệu khai khoáng khác nhau. Những sai sót như nhầm các đống quặng cấp thấp với chất thải có thể khiến vật liệu có giá trị bị loại bỏ hoặc vật liệu không phù hợp được đưa đi xử lý. Hệ thống AI thị giác có thể giám sát các khu vực này theo thời gian thực, đảm bảo xe tải chất và vận chuyển đúng vật liệu đến đúng vị trí. Nếu ranh giới bị vượt qua hoặc vật liệu bị đặt sai chỗ, người giám sát có thể được cảnh báo ngay lập tức để xử lý sự cố, giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả vận hành.

AI trong xử lý khoáng sản: Giám sát thiết bị#

Máy móc hạng nặng là trọng tâm của hoạt động khai khoáng, nhưng có thể gây nguy hiểm nếu không được bảo trì tốt. Camera AI có thể giám sát máy móc theo thời gian thực để đảm bảo thiết bị hoạt động an toàn. Nếu có bộ phận bị mòn hoặc sắp hỏng, hệ thống sẽ cảnh báo đội ngũ phụ trách sửa chữa trước khi xảy ra tai nạn.

Ví dụ, băng tải, một thiết bị thiết yếu để vận chuyển quặng và chất thải trong mỏ, thường gặp các vấn đề như rách, tràn vật liệu hoặc bộ phận bị mòn làm chậm hoạt động. Những vấn đề này có vẻ nhỏ. Tuy nhiên, băng tải bị rách có thể làm đổ vật liệu, gây tắc hệ thống và dẫn đến chậm trễ không đáng có.

Phát hiện sớm những vấn đề này có thể đẩy nhanh quá trình sửa chữa và giúp mọi thứ vận hành trơn tru. Hệ thống thị giác máy tính có thể giám sát băng tải theo thời gian thực để phát hiện các vấn đề như rách, chùng, tràn vật liệu hoặc chạy chậm. Hệ thống cũng có thể kết hợp với thiết bị Internet vạn vật (IoT) như cảm biến rung và camera hồng ngoại để kiểm tra chi tiết, đảm bảo vật liệu tiếp tục được vận chuyển mà không bị gián đoạn.

Hình 3. Thị giác máy tính phát hiện sự cố với băng chuyền.

AI cải thiện an toàn trong ngành khai thác mỏ#

Bảo vệ sức khỏe và an toàn của thợ mỏ là ưu tiên hàng đầu tại các khu mỏ. Đây có thể là môi trường làm việc đầy thách thức: từ địa hình không ổn định đến máy móc hạng nặng, nhiều khu vực tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Theo Cơ quan An toàn và Sức khỏe Mỏ Hoa Kỳ, riêng năm 2023 đã có khoảng 42 ca tử vong trong ngành khai khoáng.

Các kỹ thuật thị giác máy tính có thể được dùng để lập bản đồ các khu vực an toàn và nguy hiểm quanh mỏ. AI thị giác có thể giám sát các khu vực này theo thời gian thực với độ chính xác cao, giảm nhu cầu giám sát thủ công. Nếu có người đi vào khu vực dễ xảy ra tai nạn, chẳng hạn như khu vực máy nghiền, máy khoan hoặc thiết bị lớn có bộ phận quay hay rung, cảnh báo sẽ được gửi đến người giám sát. Hệ thống này có thể ngăn ngừa tai nạn nghiêm trọng, đồng thời đảm bảo hoạt động khai khoáng diễn ra trơn tru.

Một ví dụ phù hợp khác là sử dụng thị giác máy tính để giám sát các quy trình an toàn thông qua phát hiện đối tượng. Các quy trình này có thể bao gồm nhận diện PPE (mũ bảo hộ, găng tay, áo phản quang, kính bảo hộ) và tuân thủ quy trình vận hành phù hợp. Hệ thống giám sát AI có thể phát hiện thợ mỏ không tuân thủ biện pháp an toàn và cảnh báo các cơ quan chức năng liên quan.

Hình 4. Ví dụ về việc sử dụng Ultralytics YOLO11 để phát hiện thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE).

Ngoài ra, có thể bổ sung nhận dạng khuôn mặt và phát hiện cảm xúc vào các hệ thống này để theo dõi dấu hiệu căng thẳng và mệt mỏi. Nếu thợ mỏ mệt mỏi hoặc kiệt sức khi vận hành máy móc khai khoáng hạng nặng, người giám sát có thể được cảnh báo để ngăn ngừa tai nạn.

Ưu và nhược điểm của AI trong khai thác mỏ#

Ứng dụng AI trong khai thác mỏ mang lại nhiều lợi ích, từ giám sát theo thời gian thực đến phản ứng khẩn cấp nhanh hơn. Sau đây là một số lợi ích chính:

• Giảm chi phí theo thời gian: Tự động hóa ứng dụng AI giúp giảm chi phí nhân công và tình trạng kém hiệu quả trong vận hành, từ đó tiết kiệm đáng kể về lâu dài.
• Tăng năng suất: Tự động hóa ứng dụng AI nâng cao năng suất bằng cách tinh giản các tác vụ lặp đi lặp lại và tối ưu hóa quy trình làm việc.
• Ứng phó khẩn cấp nhanh hơn: AI có thể nhanh chóng xác định tai nạn, định vị sự cố và cung cấp thông tin quan trọng, giúp rút ngắn thời gian ứng phó khẩn cấp.

Tuy nhiên, dù AI ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong khai thác mỏ, vẫn còn một số thách thức cần cân nhắc:

• Chi phí triển khai cao: Chi phí cho AI, hệ thống thị giác máy tính, hạ tầng và nhân sự có chuyên môn có thể là thách thức đối với nhiều công ty khai khoáng nhỏ.
• Điều kiện môi trường khắc nghiệt: Bụi, ánh sáng yếu, rung động và thời tiết cực đoan có thể gây nhiễu cho camera và làm giảm độ chính xác của các hệ thống AI.
• Lo ngại về đạo đức và quyền riêng tư: Việc giám sát liên tục thường làm nảy sinh các vấn đề về quyền riêng tư và đạo đức. Để xây dựng niềm tin và nhận được sự ủng hộ của người lao động, các công ty khai khoáng có thể minh bạch về cách thu thập và sử dụng dữ liệu.

Tác động của hoạt động khai thác mỏ ứng dụng AI#

Công nghệ AI và thị giác máy tính đang tác động đáng kể đến hoạt động khai khoáng trên toàn thế giới. Các khảo sát cho thấy 96% nhân viên làm việc tại những mỏ lớn trên thế giới tin rằng AI sẽ có tác động đáng kể đến các mỏ của họ.

Hình 5. Tác động của AI đối với ngành khai thác mỏ.

Rõ ràng AI trong ngành khai khoáng không chỉ là xu hướng mà còn là bước chuyển đổi căn bản hướng tới hoạt động an toàn, hiệu quả, năng suất và bền vững hơn. Khi công nghệ tiến bộ, tiềm năng chuyển đổi ngành này của AI và thị giác máy tính cũng tăng lên, mở ra những triển vọng đầy hứa hẹn trong tương lai.

Tổng kết#

AI và thị giác máy tính đang thay đổi cách thức hoạt động của ngành khai khoáng, giúp ngành này an toàn hơn, hiệu quả hơn và bền vững hơn. Các công nghệ này hỗ trợ những tác vụ như dự đoán thời điểm bảo trì thiết bị, cải thiện an toàn và phân loại quặng chính xác hơn.

Dù có những thách thức như chi phí cao và điều kiện làm việc khắc nghiệt, lợi ích mang lại rất đáng kể. Khi AI tiếp tục được cải thiện, công nghệ này sẽ đóng vai trò lớn hơn nữa trong việc giúp hoạt động khai khoáng thông minh và có trách nhiệm hơn trong tương lai.

Để tìm hiểu thêm, hãy truy cập kho GitHub và tham gia cộng đồng của chúng tôi. Khám phá các ứng dụng AI trong xe tự lái và nông nghiệp trên các trang giải pháp của chúng tôi.