Une étape importante a été franchie pour le forage autonome

Vue aérienne du plan de forage du mont Arthur Sud, en Australie. (Photo : WesTrac)

En avril, les responsables de Caterpillar, Thiess et WesTrac se sont réunis à la mine de charbon de Mt. Arthur South, en Nouvelle-Galles du Sud, en Australie, pour célébrer une étape importante dans l'exploitation autonome des machines, fruit de trois ans de travail. Thiess, fournisseur mondial de services miniers, a franchi le cap du million de mètres forés de manière autonome grâce aux technologies Cat MineStar installées sur une foreuse Cat MD6250 et deux foreuses Cat MD6310.

Actuellement, Thiess exploite ses opérations minières à la mine Mt. Arthur South en Nouvelle-Galles du Sud. Les trois foreuses entièrement autonomes sont gérées par un seul opérateur assis dans une station d'exploitation à distance (ROS) utilisant Cat MineStar Command pour le forage.

Le passage au forage autonome à la mine ne s'est pas fait du jour au lendemain. Selon Caterpillar, une évolution progressive vers l'automatisation a vu les trois entreprises mettre en œuvre une approche modulaire, en commençant par la foreuse MD6250. Cela a nécessité une étroite collaboration entre Thiess, WesTrac et Caterpillar, non seulement pour la mise en œuvre de la technologie, mais aussi pour le développement de processus spécifiques aux opérations autonomes, la gestion du changement et la création de nouveaux programmes de formation pour le personnel du site. Ces processus ont permis à Thiess de passer d'une gestion avec personnel à une gestion autonome des procédures de propriété et d'exploitation des foreuses, y compris des procédures de travail sécuritaires.

« L'engagement de Thiess dans ce projet et son ouverture à une collaboration étroite ont été les moteurs de sa réussite », a déclaré Sean McGinnis, vice-président et directeur général de la technologie et du support commercial mondial de Cat MineStar Solutions. « Nous avons travaillé en étroite collaboration avec Thiess et WesTrac pour garantir que notre solution autonome atteindrait leurs objectifs de performance clés. »

« Nous sommes fiers d'être un leader en matière d'automatisation et d'autonomie pour les services miniers », a déclaré Trent Smith, responsable de l'autonomie et des technologies opérationnelles chez Thiess. « WesTrac a réalisé un travail remarquable en gérant le projet et en fournissant un soutien sur site pour nous aider à mettre en œuvre la technologie, à former et à surmonter les obstacles, notamment ceux liés à la pandémie mondiale. »

Alors que les trois sociétés ont travaillé ensemble pour faire évoluer leurs opérations vers un forage autonome, les résultats rapportés par Thiess incluent :

• Amélioration de 20 % des performances de forage.
• Plus de 23 heures d'utilisation par jour de la perceuse.
• Aucun trou repercé grâce au fonctionnement autonome.
• Amélioration de la sécurité et réduction de la fatigue en éloignant l'opérateur de la perceuse, du bruit, des vibrations et de la poussière.

Deux foreuses Cat MD6250 en action à la mine Mt. Arthur South. (Photo : WesTrac)

Approche par blocs de construction

Le chemin de Thiess vers l'étape du forage a commencé à l'automne 2021 avec la technologie d'assistance d'entrée de gamme MD6250.

« L'approche progressive a progressé à travers trois étapes d'automatisation du forage », a déclaré Nakia Brewer, responsable de la technologie et des solutions pour WesTrac, « l'assistance opérateur-machine (OMA), le forage semi-autonome et le forage entièrement autonome avec évitement des collisions.

Caterpillar propose différents niveaux d'autonomie comme approche modulaire du forage autonome. Les foreuses, équipées des technologies Cat MineStar embarquées et étendues, offrent un éventail de fonctionnalités permettant de configurer les systèmes de forage en fonction des besoins budgétaires et des sites.

Le voyage vers le forage autonome commence par la fonctionnalité automatisée Drill Assist embarquée, qui est divisée en trois fonctions de la machine :

• Niveau automatique – assure la mise à niveau de la machine et surveille les conditions pour garantir qu'elle peut s'ajuster ou se verrouiller en cas de problème.
• Mât automatique – la perceuse élève indépendamment le mât à l’angle idéal pour le modèle de forage.
• Perçage automatique : élimine le sur-perçage ou le sous-perçage en permettant des configurations pour des paramètres spécifiques au site et au sol tels que le diamètre du trou, la profondeur et la méthode de forage.

McGinnis a déclaré que le forage automatique suppose un niveau de complexité plus élevé et est disponible pour les modes de forage rotatif et fond de trou (DTH), ainsi que pour les applications à un ou plusieurs passages.

« Dans la plupart des conditions géologiques, la technologie Auto Drill permet de forer sans intervention de l'opérateur. Elle surveille et réagit aux complications, comme le dégagement d'un trou présentant une forte retombée », a-t-il déclaré. « En raison des variations des outils de coupe utilisés et des conditions du terrain, nos foreuses utilisent des algorithmes de forage embarqués pour s'adapter et travailler dans des conditions de terrain complexes sans intervention de l'opérateur. »

Automatisation supplémentaire

Cat MineStar Solutions poursuit son chemin vers l'autonomie. MineStar Terrain pour le forage offre un guidage précis pour réaliser des tracés précis et productifs.

Cat MineStar Command pour le forage constitue la dernière étape de l'autonomie. Dès le début du programme, Thiess a équipé la Cat MD6250 de la technologie OMA, qui exploite Terrain pour le forage et son réseau existant pour obtenir l'adhésion des opérateurs et leur permettre de constater les avantages du forage autonome, tout en les maintenant à bord de la foreuse. OMA permet à l'opérateur de sélectionner une rangée, et la machine navigue automatiquement d'un trou à l'autre pour forer chaque trou de la rangée sélectionnée. Elle exploite la fonctionnalité automatique Drill Assist, le GPS et le pack de navigation de Terrain pour le forage.

« L'OMA augmente la productivité et la précision de positionnement du tramage, garantissant que les forets correspondent systématiquement à la conception, ce qui contribue grandement à instaurer la confiance dans le système », a déclaré McGinnis.

« Après avoir installé OMA sur le MD6250, nous avons immédiatement vu la valeur de la technologie et comment elle pouvait permettre de meilleures performances de forage pour nos opérations », a déclaré Smith.

L'étape suivante pour Thiess a consisté à retirer l'opérateur de la cabine. Le système Command for Drilling offre deux niveaux de forage autonome pour plusieurs foreuses : en visibilité directe (LOS) et hors visibilité directe (NLOS). Thiess a opté pour le système de forage autonome NLOS utilisant le ROS pour positionner l'opérateur à distance du site de forage.

C'est à partir du ROS que l'entreprise exploite trois foreuses Cat entièrement autonomes et a réalisé une première en faisant fonctionner simultanément les trois foreuses autonomes Cat - une MD6250 multi-passes et deux MD6310 équipées d'Auto Multi Pass - avec un seul opérateur.

Au-delà des avantages opérationnels liés à des performances de forage améliorées et constantes, à une utilisation accrue et à des coûts de reprise réduits, Trent Smith a souligné les avantages considérables pour le personnel grâce au programme de forage autonome. « Il améliore la sécurité de nos opérateurs, contribue à réduire la fatigue en leur permettant de prendre de courtes pauses sans interrompre les opérations de forage, et offre des opportunités plus attractives de perfectionnement pour travailler avec les dernières technologies. »

À ce jour, Thiess a transféré plus de 30 employés de Mt. Arthur South, passant de contrôleurs de forage traditionnels à des opérateurs autonomes, ainsi qu'à diverses autres fonctions de soutien. Plus généralement, l'entreprise a investi dans la formation aux systèmes miniers autonomes pour plus de 500 employés.

Aaron Skinner, surintendant de l'autonomie de Thiess. (Photo : WesTrac)

Intégration familiale complète

Les foreuses MD6250 et MD6310 partagent des plateformes, des pièces, des composants et des technologies communs. Chaque composant et sous-système de forage est conçu pour fonctionner ensemble, offrant ainsi une disponibilité accrue, une efficacité accrue et un faible coût au mètre de forage, a déclaré Caterpillar.

Le MD6310 perce des trous de 203 à 311 mm de diamètre (8 à 12,25 po) avec une charge de foret en un seul passage atteignant 42 149 kg (92 922 lb). Les profondeurs de forage en un seul passage atteignent respectivement 13,7 m (44,9 pi) et 17,5 m (57,4 pi) avec les mâts de 13,7 et 17,5 m. Les profondeurs de forage en plusieurs passes avec le mât de 13,7 m atteignent 74,6 m (244,9 pi), tandis que le mât de 17,5 m fore jusqu'à 48 m (157,4 pi).

Avec une charge de forage de 32 655 kg (71 993 lb), le MD6250 perce des trous de 165 à 200 mm (6,5 à 9,88 po) de diamètre. Il est disponible avec un mât de 11,2 m (36,7 pi) ou de 13,6 m (44,5 pi). La profondeur de forage multipasse atteint 53,9 m (176,7 pi) avec le mât de 11,2 m, tandis que le mât de 13,6 m offre des profondeurs de forage multipasse allant jusqu'à 37,9 m (124,6 pi).

Côté motorisation, la foreuse MD2650 est équipée d'un moteur diesel Cat C27 de 872 ch (version finale Tier 4 de l'EPA américaine) et de 826 ch (version Tier 2). La foreuse MD6310, plus grande, utilise un moteur diesel Cat C32B de 1 007 ch (version finale Tier 4) ou de 1 031 ch (version conforme à la réglementation sur les émissions Tier 2).

Pour améliorer la sécurité et prévenir les pannes ou les mauvaises utilisations, les deux modèles sont équipés de systèmes électroniques et de verrouillages Cat éprouvés. La régulation électronique du compresseur optimise la productivité tout en réduisant la consommation de carburant. Le technicien électronique Cat assure la surveillance embarquée de l'état de Thiess pour un dépannage rapide et une disponibilité accrue de la foreuse.

« Les résultats impressionnants obtenus avec Thiess peuvent être reproduits par d'autres sociétés minières afin d'améliorer leurs opérations grâce à l'autonomie de forage », a conclu McGinnis. « Nous souhaitons poursuivre notre collaboration avec Thiess et WesTrac et attendons avec impatience les millions de mètres à venir. »