Raggiunta una pietra miliare per la perforazione autonoma

Vista aerea del modello di perforazione del Monte Arthur South in Australia. (Foto: WesTrac)

Ad aprile, i dirigenti di Caterpillar, Thiess e WesTrac si sono riuniti presso la miniera di carbone di Mt. Arthur South, nel Nuovo Galles del Sud, in Australia, per celebrare un traguardo importante nel funzionamento autonomo delle macchine, che si è concretizzato in tre anni di lavoro. Thiess, fornitore globale di servizi minerari, ha superato 1 milione di metri di trivellazione autonoma utilizzando le tecnologie Cat MineStar installate su una perforatrice Cat MD6250 e due perforatrici Cat MD6310.

Attualmente Thiess è impegnata nelle operazioni minerarie presso la miniera di Mt. Arthur South nel Nuovo Galles del Sud; le tre trivelle completamente autonome sono gestite da un singolo operatore seduto in una stazione operativa remota (ROS) che utilizza Cat MineStar Command per la perforazione.

Il percorso verso la perforazione autonoma nella miniera non è avvenuto dall'oggi al domani. Secondo Caterpillar, un'evoluzione in più fasi verso l'automazione ha visto le tre aziende implementare un approccio a blocchi, a partire dalla perforatrice MD6250. Ciò ha richiesto una stretta collaborazione tra Thiess, WesTrac e Caterpillar, non solo per implementare la tecnologia, ma anche per sviluppare processi specifici per le operazioni autonome, gestire il cambiamento e sviluppare nuovi programmi di formazione per il personale del sito. Questi processi hanno aiutato Thiess a passare da procedure di gestione e gestione delle perforatrici con personale a procedure autonome, comprese le procedure di sicurezza sul lavoro.

"L'impegno di Thiess in questo progetto e la sua apertura a una profonda collaborazione sono stati la forza trainante del suo successo", ha affermato Sean McGinnis, vicepresidente e direttore generale della divisione Technology and Global Sales Support di Cat MineStar Solutions. "Abbiamo collaborato a stretto contatto con Thiess e WesTrac per garantire che la nostra soluzione autonoma raggiungesse i loro obiettivi chiave di prestazione lungo tutto il percorso."

"Siamo orgogliosi di essere leader nell'automazione e nell'autonomia per i servizi minerari", ha dichiarato Trent Smith, responsabile dell'autonomia e della tecnologia operativa di Thiess. "WesTrac ha svolto un lavoro eccezionale nella gestione del progetto e nel fornire supporto in loco per assisterci nell'implementazione della tecnologia, nella formazione e nel superamento degli ostacoli, compresi quelli posti dalla pandemia globale, incontrati lungo il percorso".

Grazie alla collaborazione tra le tre aziende per evolvere le operazioni verso la perforazione autonoma, i risultati riportati da Thiess includono:

• Miglioramento del 20% delle prestazioni di perforazione.
• Utilizzo delle trivelle per più di 23 ore al giorno.
• Nessun foro riforato grazie al funzionamento autonomo.
• Miglioramento della sicurezza e riduzione dell'affaticamento allontanando l'operatore dal trapano, dal rumore, dalle vibrazioni e dalla polvere.

Due trivelle Cat MD6250 in azione nella miniera di Mt. Arthur South. (Foto: WesTrac)

Approccio basato sui blocchi costitutivi

Il percorso di Thiess verso il traguardo della perforazione è iniziato nell'autunno del 2021 con la tecnologia di assistenza entry-level MD6250.

"L'approccio graduale si è evoluto attraverso tre fasi di automazione della perforazione", ha affermato Nakia Brewer, responsabile della tecnologia e delle soluzioni per WesTrac, "assistenza dell'operatore alla macchina (OMA), perforazione semi-autonoma e perforazione completamente autonoma con prevenzione delle collisioni.

Caterpillar offre diversi livelli di autonomia come approccio fondamentale alla perforazione autonoma. Le trivelle, dotate di tecnologie Cat MineStar integrate e ampliate, offrono una gamma di funzionalità che consentono di configurare i sistemi di perforazione in base alle esigenze di budget e di cantiere.

Il percorso verso la perforazione autonoma inizia con la funzionalità automatizzata Drill Assist integrata, che si suddivide in tre funzioni della macchina:

• Auto Level: consente il livellamento della macchina e ne monitora le condizioni per garantire che possa regolarsi o bloccarsi in caso di problemi.
• Auto Mast: la perforatrice solleva autonomamente l'albero fino all'angolazione ideale per lo schema di perforazione.
• Auto Drill: elimina la perforazione eccessiva o insufficiente consentendo configurazioni per parametri specifici del sito e del terreno, come diametro del foro, profondità e metodo di perforazione.

McGinnis ha affermato che Auto Drill presuppone un livello di complessità maggiore ed è disponibile per le modalità di perforazione rotativa e DTH (fondo foro) e in applicazioni a passaggio singolo o multiplo.

"Nella maggior parte delle condizioni geologiche, la tecnologia Auto Drill consente la perforazione senza l'intervento dell'operatore e monitora e reagisce a complicazioni come la pulizia di un foro con elevata caduta di profondità", ha affermato. "A causa delle variazioni negli utensili da taglio utilizzati e nelle condizioni del terreno, le nostre perforatrici utilizzano algoritmi di perforazione integrati per adattarsi e operare in condizioni di terreno complesse senza l'intervento dell'operatore".

Ulteriore automazione

Cat MineStar Solutions prosegue il suo percorso verso l'autonomia. MineStar Terrain per la perforazione offre una guida di precisione per completare i modelli in modo accurato e produttivo.

Cat MineStar Command per la perforazione è l'ultimo tassello dell'autonomia. All'inizio del programma, Thiess ha equipaggiato la Cat MD6250 con la tecnologia OMA, che sfrutta Terrain for Drilling e la sua rete di supporto esistente per ottenere l'adesione degli operatori e iniziare a vedere i vantaggi della perforazione autonoma, mantenendoli al contempo a bordo della perforatrice. OMA consente all'operatore di selezionare una fila e la macchina si sposta automaticamente da un foro all'altro, perforando ogni foro nella fila selezionata. Sfrutta la funzionalità automatica Drill Assist, il pacchetto GPS e di navigazione di Terrain for Drilling.

"OMA aumenta la produttività e la precisione del posizionamento della traslazione, garantendo che le trivelle corrispondano sempre alla progettazione, il che contribuisce notevolmente a infondere fiducia nel sistema", ha affermato McGinnis.

"Dopo aver installato OMA sulla MD6250, abbiamo subito visto il valore della tecnologia e come avrebbe potuto migliorare le prestazioni di perforazione delle nostre attività", ha affermato Smith.

Il passo successivo per Thiess è stato quello di rimuovere l'operatore dalla cabina. Il sistema Command for Drilling offre due livelli di perforazione autonoma per più trivellazioni: in linea di vista (LOS) e non in linea di vista (NLOS). Thiess ha optato per il sistema di perforazione autonoma NLOS, utilizzando il ROS per posizionare l'operatore lontano dal sito di perforazione.

È dal ROS che l'azienda gestisce tre trivelle Cat completamente autonome e ha ottenuto il primato di azionare simultaneamente tre trivelle autonome Cat (una MD6250 multi-pass e due MD6310 dotate di Auto Multi Pass) con un solo operatore.

Oltre ai vantaggi operativi derivanti da prestazioni di perforazione migliorate e costanti, maggiore utilizzo e minori costi di rilavorazione, Trent Smith ha menzionato i significativi vantaggi per il personale ottenuti grazie al programma di perforazione autonoma. "Migliora la sicurezza dei nostri operatori, contribuisce a ridurre l'affaticamento consentendo loro di fare brevi pause senza interrompere le operazioni di perforazione e offre opportunità più interessanti di aggiornamento professionale per lavorare con le tecnologie più recenti".

Ad oggi, Thiess ha trasferito oltre 30 dei suoi dipendenti presso Mt. Arthur South dai tradizionali controllori di perforazione a operatori autonomi e a una serie di altre funzioni di supporto. E, più in generale, ha investito nella formazione sui sistemi di estrazione mineraria autonomi per oltre 500 dipendenti.

Aaron Skinner, sovrintendente di Thiess Autonomy. (Foto: WesTrac)

Piena integrazione familiare

Le trivelle MD6250 e MD6310 condividono piattaforme, componenti, componenti e tecnologie comuni. Ogni componente e sottosistema della trivella è progettato per funzionare in sinergia come un sistema unico, garantendo maggiore operatività, maggiore efficienza e un basso costo al metro di perforazione, ha affermato Caterpillar.

La MD6310 perfora diametri di foro da 203 a 311 mm (da 8 a 12,25 pollici) con carichi di punta a passata singola che raggiungono i 42.149 kg (92.922 libbre). Con l'albero da 13,7 e 17,5 m, si raggiungono profondità di foro a passata singola di 13,7 m (44,9 piedi) e 17,5 m (57,4 piedi). Con l'albero da 13,7 m, le profondità di foro a più passate raggiungono i 74,6 m (244,9 piedi), mentre con l'albero da 17,5 m si raggiungono profondità di foro di 48,0 m (157,4 piedi).

Con una portata di 32.655 kg (71.993 libbre), la MD6250 esegue fori con diametri da 165 a 200 mm (da 6,5 a 9,88 pollici). Può essere equipaggiata con un mast da 11,2 m (36,7 piedi) o 13,6 m (44,5 piedi). La profondità di perforazione multi-pass raggiunge i 53,9 m (176,7 piedi) con il mast da 11,2 m, mentre con il mast da 13,6 m si raggiungono profondità multi-pass fino a 37,9 m (124,6 piedi).

Per quanto riguarda i motori, la perforatrice MD2650 è dotata di un motore diesel Cat C27 da 872 CV nella versione Tier 4 Final dell'EPA statunitense e da 826 CV nel modello Tier 2. La perforatrice MD6310, più grande, utilizza un motore diesel Cat C32B da 1.007 CV nella versione Tier 4 Final o da 1.031 CV nello stesso modello, costruito per soddisfare le normative sulle emissioni Tier 2.

Per migliorare la sicurezza e prevenire potenziali guasti o usi impropri, entrambi i modelli sono dotati di elettronica e interblocchi Cat collaudati. La regolazione elettronica del compressore aumenta la produttività riducendo al contempo il consumo di carburante. Il Cat Electronic Technician fornisce un monitoraggio dello stato di funzionamento a bordo per Thiess, per una rapida risoluzione dei problemi e una maggiore disponibilità operativa della perforatrice.

"Gli straordinari risultati ottenuti con Thiess possono essere replicati con altri minatori per migliorare le loro operazioni grazie all'autonomia di perforazione", ha concluso McGinnis. "Continueremo a collaborare con Thiess e WesTrac e non vediamo l'ora di raggiungere i milioni di metri che ci attendono."