Se alcanza un hito para la perforación autónoma

Vista aérea del patrón de perforación en Mt. Arthur South, Australia. (Foto: WesTrac)

En abril, representantes de Caterpillar, Thiess y WesTrac se reunieron en la mina de carbón Mt. Arthur South en Nueva Gales del Sur, Australia, para celebrar un hito en la operación de máquinas autónomas que se había gestado durante tres años. Thiess, proveedor global de servicios de minería, superó el millón de metros perforados de forma autónoma con las tecnologías Cat MineStar instaladas en una perforadora Cat MD6250 y dos Cat MD6310.

Actualmente, con Thiess en sus operaciones mineras en la mina Mt. Arthur South en Nueva Gales del Sur, las tres perforadoras completamente autónomas son manejadas por un solo operador sentado en una estación operativa remota (ROS) que utiliza Cat MineStar Command para la perforación.

El camino hacia la perforación autónoma en la mina no se dio de la noche a la mañana. Según Caterpillar, una evolución gradual hacia la automatización implicó que las tres empresas implementaran un enfoque basado en componentes, comenzando con la perforadora MD6250. Esto requirió una estrecha colaboración entre Thiess, WesTrac y Caterpillar, no solo para implementar la tecnología, sino también para desarrollar procesos específicos para operaciones autónomas, gestionar el cambio y desarrollar nuevos programas de capacitación para el personal de la mina. Estos procesos ayudaron a Thiess a pasar de un sistema de propiedad y operación con personal a uno autónomo para las perforadoras, incluyendo procedimientos de trabajo seguro.

“El compromiso de Thiess con este proyecto y su disposición a colaborar estrechamente han sido un factor clave para su éxito”, afirmó Sean McGinnis, vicepresidente y gerente general de tecnología y soporte de ventas global de Cat MineStar Solutions. “Trabajamos en estrecha colaboración con Thiess y WesTrac para garantizar que nuestra solución autónoma cumpliera con sus objetivos de indicadores clave de rendimiento (KPI) durante el proceso”.

“Nos enorgullece ser líderes en automatización y autonomía para servicios mineros”, afirmó Trent Smith, Director de Autonomía y Tecnología de Operaciones de Thiess. “WesTrac realizó un trabajo excepcional gestionando el proyecto y brindándonos soporte in situ para ayudarnos con la implementación de la tecnología, la capacitación y la superación de los obstáculos, incluidos los derivados de la pandemia mundial, que encontramos en el camino”.

A medida que las tres empresas trabajaron juntas para evolucionar las operaciones hacia la perforación autónoma, los resultados informados por Thiess incluyen:

• Mejora del 20% en el rendimiento de perforación.
• Más de 23 horas diarias de utilización del taladro.
• Cero agujeros reperforados usando operación autónoma.
• Mejora en la seguridad y reducción de la fatiga al alejar al operador del taladro, del ruido, de la vibración y del polvo.

Dos perforadoras Cat MD6250 en funcionamiento en la mina Mt. Arthur South. (Foto: WesTrac)

Enfoque de bloques de construcción

El camino de Thiess hacia el hito de la perforación comenzó en el otoño de 2021 con la tecnología de asistencia de nivel de entrada MD6250.

“El enfoque por fases progresó a través de tres etapas de automatización de la perforación”, dijo Nakia Brewer, gerente de tecnología y soluciones de WesTrac, “asistencia del operador a la máquina (OMA), perforación semiautónoma y perforación totalmente autónoma con prevención de colisiones.

Caterpillar ofrece niveles de autonomía como un enfoque fundamental para la perforación autónoma. Las perforadoras, con tecnologías Cat MineStar integradas y ampliadas, ofrecen una gama de capacidades que permiten configurar los sistemas de perforación según las necesidades presupuestarias y del sitio.

El viaje hacia la perforación autónoma comienza con la funcionalidad automatizada Drill Assist integrada, que se divide en tres funciones de la máquina:

• Nivel automático: proporciona nivelación de la máquina y monitorea las condiciones para garantizar que pueda ajustarse o bloquearse si hay un problema.
• Mástil automático: el taladro eleva de forma independiente el mástil hasta el ángulo ideal para el patrón de perforación.
• Perforación automática: elimina la perforación excesiva o insuficiente al permitir configuraciones para parámetros específicos del sitio y del terreno, como el diámetro del orificio, la profundidad y el método de perforación.

McGinnis dijo que Auto Drill asume un mayor nivel de complejidad y está disponible para modos de perforación rotatoria y de fondo (DTH), y en aplicaciones de una o varias pasadas.

“En la mayoría de las condiciones geológicas, la tecnología Auto Drill permite perforar sin la intervención del operador y monitorea y reacciona ante complicaciones como la limpieza de un pozo con un retroceso elevado”, afirmó. “Debido a las variaciones en las herramientas de corte utilizadas y las condiciones del terreno, nuestras perforadoras utilizan algoritmos de perforación integrados para adaptarse y trabajar en condiciones de terreno complejas sin la intervención del operador”.

Mayor automatización

Cat MineStar Solutions continúa su camino hacia la autonomía. MineStar Terrain para perforación proporciona guía de precisión para completar patrones con precisión y productividad.

Cat MineStar Command para perforación es el último componente de la autonomía. Al inicio del programa, Thiess equipó la Cat MD6250 con tecnología OMA, que aprovecha Terrain para perforación y su red troncal existente para lograr la aceptación de los operadores y comenzar a ver los beneficios de la perforación autónoma, a la vez que los mantiene a bordo. OMA permite al operador seleccionar una fila, y la máquina navega automáticamente de un pozo a otro y perfora cada uno de esa fila seleccionada. Aprovecha la función automática Drill Assist, el paquete de GPS y navegación de Terrain para perforación.

“OMA aumenta la productividad y la precisión posicional del desplazamiento, garantizando que los taladros coincidan constantemente con el diseño, lo que contribuye en gran medida a infundir confianza en el sistema”, dijo McGinnis.

“Después de instalar OMA en el MD6250, vimos inmediatamente el valor de la tecnología y cómo podría permitir un mejor rendimiento de perforación para nuestras operaciones”, afirmó Smith.

El siguiente paso para Thiess fue retirar al operador de la cabina. Command for Drilling ofrece dos niveles de perforación autónoma para múltiples perforadoras: con línea de visión (LOS) y sin línea de visión (NLOS). Thiess optó por el sistema de perforación autónoma NLOS, que utiliza el ROS para alejar al operador del sitio de perforación.

Es desde ROS que la empresa opera tres perforadoras Cat totalmente autónomas y logró por primera vez operar simultáneamente las tres perforadoras autónomas Cat (una MD6250 multipaso y dos MD6310 equipadas con Auto Multi Pass) con un solo operador.

Además de los beneficios operativos de un rendimiento de perforación mejorado y constante, una mayor utilización y menores costos de retrabajo, Trent Smith mencionó los importantes beneficios para el personal obtenidos con el programa de perforación autónoma. "Mejora la seguridad de nuestros operadores, ayuda a reducir la fatiga al permitirles tomar descansos cortos sin interrumpir las operaciones de perforación y presenta oportunidades más atractivas para capacitarse y trabajar con las tecnologías más avanzadas".

Hasta la fecha, Thiess ha trasladado a más de 30 de sus empleados en Mt. Arthur South, de controladores de perforación tradicionales a operadores autónomos, y ha desempeñado diversas funciones de apoyo. Además, ha invertido en la capacitación de más de 500 empleados en sistemas de minería autónoma.

Aaron Skinner, superintendente de Thiess Autonomy. (Foto: WesTrac)

Integración familiar completa

Las perforadoras MD6250 y MD6310 comparten plataformas, piezas, componentes y tecnologías comunes. Cada componente y subsistema de la perforadora está coordinado para funcionar como un sistema, lo que permite un mayor tiempo de actividad, mayor eficiencia y un bajo costo por metro de perforación, según Caterpillar.

La MD6310 perfora diámetros de 203 a 311 mm (8 a 12,25 pulgadas) con cargas de broca de una sola pasada que alcanzan los 42 149 kg (92 922 lb). Se alcanzan profundidades de perforación de una sola pasada de 13,7 m (44,9 pies) y 17,5 m (57,4 pies) con los mástiles de 13,7 y 17,5 m, respectivamente. Las profundidades de perforación de varias pasadas con el mástil de 13,7 m alcanzan los 74,6 m (244,9 pies), mientras que con el mástil de 17,5 m perfora hasta 48,0 m (157,4 pies).

Con una capacidad de carga de broca de 32 655 kg (71 993 lb), la MD6250 perfora agujeros con diámetros de entre 165 y 200 mm (6,5 y 9,88 pulgadas). Puede equiparse con un mástil de 11,2 m (36,7 pies) o de 13,6 m (44,5 pies). La profundidad de perforación multipaso alcanza los 53,9 m (176,7 pies) con el mástil de 11,2 m, mientras que el mástil de 13,6 m ofrece hasta 37,9 m (124,6 pies).

En cuanto a los motores, la perforadora MD2650 incorpora un motor diésel Cat C27 de 872 hp en la versión Tier 4 final de la EPA de EE. UU. y de 826 hp en el modelo Tier 2. La perforadora MD6310, de mayor tamaño, utiliza un motor diésel Cat C32B de 1007 hp en la versión Tier 4 final o de 1031 hp en el mismo motor, diseñado para cumplir con las normas de emisiones Tier 2.

Para mejorar la seguridad y prevenir posibles fallos o mal uso, ambos modelos están fabricados con electrónica y enclavamientos Cat de eficacia probada. La regulación electrónica del compresor aumenta la productividad y reduce el consumo de combustible. El Técnico Electrónico Cat proporciona monitorización del estado a bordo para Thiess, lo que permite una rápida resolución de problemas y aumenta la disponibilidad de la perforadora.

“Los impresionantes resultados obtenidos con Thiess pueden replicarse con otras mineras para mejorar sus operaciones con autonomía de perforación”, concluyó McGinnis. “Esperamos seguir colaborando con Thiess y WesTrac y esperamos con ansias los millones de metros que se avecinan”.