Das Projekt heißt Mine.IO und es will nichts weniger als den Bergbau in die digitalisierte Zukunft bringen. Forschende aus ganz Europa von Finnland bis Griechenland haben sich zusammengetan, um den Bergbau in seiner gesamten Wertschöpfungskette neu zu denken – angefangen bei der Erkundung, Gewinnung und Verarbeitung von Ressourcen bis hin zur Verwertung von Bergbaureststoffen und Wiedernutzbarmachung der bergbaulichen Flächen. Gleich zwei Institute der TU Bergakademie Freiberg sind an Mine.IO beteiligt. Nach intensiven Vorarbeiten haben jetzt die Praxisversuche an der Pilotanlage in der Reiche Zeche begonnen. Bis zum Projektende in einem Jahr (Juni 2026) arbeiten die Forschenden an der Digitalisierung der Explorationsbohranlage, die jetzt schon die KI mit Daten füttert.
Ein Besuch in der Pilotanlage 144 Meter unter Tage in der Reichen Zeche, dem Forschungs- und Lehrbergwerk der TU Bergakademie Freiberg: Scheinwerfer erleuchten orangebraun die Wände, am Boden sammeln sich Pfützen, Kabelführungen laufen an der Decke entlang. Projektmitarbeiter Max Friedemann trägt einen Helm, Gummistiefel und einen Overall. Auf den ersten Blick sieht alles so aus, wie man es in einem Bergwerk nun mal erwarten würde. Doch hier entsteht der Bergbau 4.0, der in Zukunft digitalisiert ist und an einigen Stellen ohne Menschen unter Tage auskommt.
Kommunikation zwischen Bohranlage und KI
Max Friedemann steht vor dem Versuchsstand: ein Bildschirm und daneben ein Explorationsbohrgerät – letzteres ist bekannte Technik und in vielen Bergwerken Standard. „Das Ziel unseres Projekts besteht darin, dieses Bohrgerät zu digitalisieren, den Bohrhauer, der unter Tage arbeitet, zu unterstützen, die Effizienz zu steigern und den gesamten Bohrprozess zu überwachen“, erklärt Friedemann. „Die Daten werden dann in einer sogenannten digitalen Infrastruktur zusammengefasst, um sie über Tage auswerten zu können.“ Übertragen werden die Daten in Echtzeit durch ein eigenes untertägiges Glasfasernetz gespeichert in einer Cloud. Das entscheidend Neue ist die Kommunikation zwischen dem Bohrgerät und einer Künstlichen Intelligenz. Dafür ist das Bohrgerät mit verschiedenen Sensoren ausgestattet und durch die Forschung können Bestandsmaschinen jeglichen Alters in die digitale Welt überführt werden. „Wir wissen jederzeit, exakt wo sich unsere Bohrkrone im Loch befindet, wir messen die Rotationsgeschwindigkeit, die hydraulischen Drücke, die Vibration und Schwingungen des Geräts.“ Mal arbeitet sich der Bohrer durch Erz, dann wieder durch Gneis, eine durch Hitze und Druck entstandene Schicht aus unterschiedlichen Mineralen. Eine KI analysiert die gewonnenen Daten und bildet während des Bohrens die Geologie des Bohrlochs ab.
Kosteneffizientes Bohren
Der neuralgische Punkt am Explorationsbohrer ist der Kopf: Er trägt eine Diamantenkrone, mit deren Hilfe sich das Bohrgestänge durch die Schichten bricht. „Wir haben ungefähr einen Verschleiß von einem Millimeter Bohrkrone mit aufgesetzten Diamanten pro zehn Meter Loch“, erklärt Max Friedemann. Jede Bohrkrone schafft zwischen 60 und 100 Metern, dann muss sie ausgetauscht werden. Hier kommt eine zweite KI ins Spiel: „Algorithmen, die auf KI-Basis fungieren, berechnen, wie lange ich meine Bohrkrone noch benutzen kann oder wann ich sie spätestens tauschen muss, um kosteneffizient – und damit letztendlich nachhaltig – zu arbeiten.“
Zum jetzigen Zeitpunkt werden die KI-Algorithmen mit den bereits gewonnenen Daten entwickelt, angelernt und getestet. Die ersten beiden Bohrlöcher sind vollständig gebohrt und die Daten aufbereitet. In den verbleibenden Projektmonaten werden mindestens drei weitere Löcher gebohrt und die Datenrückführung von den Projektpartnern direkt an den Bohrort in Echtzeit getestet.
Mine I.O. – Digitalisierung unter Tage
Über das Forschungsprojekt Mine.IO
Seit Januar 2023 arbeiten 25 Projektpartner aus ganz Europa mit Mine.IO am Bergbau der Zukunft. Von sieben europaweiten Pilotanlagen befinden sich zwei an der TU Bergakademie Freiberg. Neben dem Institut für Bergbau und Spezialtiefbau ist auch das Institut für Nicheisenmetallurgie und Reinststoffe mit dabei. Die Partner entwickeln anhand der gewonnenen Daten digitale Zwillinge. Diese bilden die verschiedenen Prozesse innerhalb der Wertschöpfungskette ab und sollen den Bergbau zum Teil einer Industrie 4.0 machen.
