Marco alcançado para perfuração autônoma

Uma vista aérea do padrão de perfuração no Monte Arthur Sul, na Austrália. (Foto: WesTrac)

Em abril, executivos da Caterpillar, Thiess e WesTrac se reuniram na mina de carvão Mt. Arthur South, em Nova Gales do Sul, Austrália, para celebrar um marco na operação autônoma de máquinas, que levou três anos para ser concretizado. A Thiess, fornecedora global de serviços de mineração, ultrapassou 1 milhão de metros perfurados de forma autônoma usando tecnologias Cat MineStar instaladas em uma perfuratriz Cat MD6250 e duas perfuratrizes Cat MD6310.

Atualmente com a Thiess em suas operações de mineração na mina Mt. Arthur South em NSW, as três perfuratrizes totalmente autônomas são gerenciadas por um único operador sentado em uma estação de operação remota (ROS) usando o Cat MineStar Command para perfuração.

A jornada rumo à perfuração autônoma na mina não aconteceu da noite para o dia. De acordo com a Caterpillar, uma evolução em várias etapas rumo à automação levou as três empresas a implementar uma abordagem de blocos de construção, começando com a perfuratriz MD6250. Isso exigiu uma colaboração estreita entre a Thiess, a WesTrac e a Caterpillar, não apenas para implementar a tecnologia, mas também para desenvolver processos específicos para operações autônomas, trabalhar na gestão de mudanças e desenvolver novos programas de treinamento para o pessoal do local. Esses processos ajudaram a Thiess a passar de procedimentos de propriedade e operação das perfuratrizes com pessoal próprio para procedimentos autônomos, incluindo procedimentos de trabalho seguro.

“O comprometimento da Thiess com este projeto e a abertura para uma colaboração profunda foram a força motriz por trás do seu sucesso”, disse Sean McGinnis, vice-presidente e gerente geral de tecnologia e suporte global de vendas da Cat MineStar Solutions. “Trabalhamos em estreita colaboração com a Thiess e a WesTrac para garantir que nossa solução autônoma atendesse às metas de seus principais indicadores de desempenho ao longo do caminho.”

“Temos orgulho de ser líderes em automação e autonomia para serviços de mineração”, disse Trent Smith, Chefe de Tecnologia de Autonomia e Operações da Thiess. “A WesTrac fez um trabalho excepcional gerenciando o projeto e fornecendo suporte no local para nos auxiliar na implementação da tecnologia, treinamento e superação dos obstáculos – incluindo aqueles impostos pela pandemia global – encontrados ao longo do caminho.”

À medida que as três empresas trabalharam juntas para evoluir as operações em direção à perfuração autônoma, os resultados relatados por Thiess incluem:

• Melhoria de 20% no desempenho de perfuração.
• Mais de 23 horas por dia de utilização da broca.
• Zero furos perfurados novamente usando operação autônoma.
• Melhoria na segurança e redução da fadiga ao afastar o operador da furadeira, do ruído, da vibração e da poeira.

Duas perfuratrizes Cat MD6250 em operação na mina Mt. Arthur South. (Foto: WesTrac)

Abordagem de blocos de construção

O caminho da Thiess rumo ao marco da perfuração começou no outono de 2021 com a tecnologia de assistência de nível básico MD6250.

“A abordagem em fases progrediu por três estágios de automação de perfuração”, disse Nakia Brewer, gerente de tecnologia e soluções da WesTrac, “assistência do operador da máquina (OMA), perfuração semiautônoma e perfuração totalmente autônoma com prevenção de colisões.

A Caterpillar oferece níveis de autonomia como uma abordagem fundamental para a perfuração autônoma. As perfuratrizes, com tecnologias Cat MineStar integradas e expandidas, oferecem uma gama de recursos que permitem que os sistemas de perfuração sejam configurados para atender às necessidades orçamentárias e do local.

A jornada rumo à perfuração autônoma começa com a funcionalidade automatizada do Drill Assist integrado, que é dividida em três funções da máquina:

• Nivelamento automático – fornece nivelamento da máquina e monitora as condições para garantir que ela possa ser ajustada ou travada caso haja algum problema.
• Mastro automático – a perfuratriz eleva o mastro de forma independente até o ângulo ideal para o padrão de perfuração.
• Perfuração automática – elimina a perfuração excessiva ou insuficiente, permitindo configurações para parâmetros específicos do local e do solo, como diâmetro do furo, profundidade e método de perfuração.

McGinnis disse que o Auto Drill assume um nível maior de complexidade e está disponível para modos de perfuração rotativa e de fundo de poço (DTH), e em aplicações de passagem única ou múltipla.

“Na maioria das condições geológicas, a tecnologia Auto Drill permite a perfuração sem intervenção do operador, monitorando e reagindo a complicações como a limpeza de um poço com recuo elevado”, disse ele. “Devido às variações nas ferramentas de corte utilizadas e nas condições do solo, nossas perfuratrizes utilizam algoritmos de perfuração integrados para se adaptar e trabalhar em condições de solo complexas sem intervenção do operador.”

Mais automação

A Cat MineStar Solutions continua a jornada rumo à autonomia. O MineStar Terrain para perfuração fornece orientação precisa para ajudar a completar padrões com precisão e produtividade.

O Cat MineStar Command para perfuração é o último componente da autonomia. No início do programa, a Thiess equipou o Cat MD6250 com a tecnologia OMA, que utiliza o Terrain para perfuração e sua rede existente para conquistar a adesão dos operadores e começar a perceber os benefícios da perfuração autônoma, mantendo-os a bordo da perfuratriz. O OMA permite que o operador selecione uma fileira, e a máquina navega automaticamente de furo em furo e perfura cada furo naquela fileira selecionada. Ela utiliza a funcionalidade automática Drill Assist e o pacote de GPS e navegação do Terrain para perfuração.

“O OMA aumenta a produtividade e a precisão posicional do deslocamento, garantindo que as brocas correspondam consistentemente ao design, o que contribui muito para inspirar confiança no sistema”, disse McGinnis.

“Após instalar o OMA no MD6250, vimos imediatamente o valor da tecnologia e como ela poderia proporcionar melhor desempenho de perfuração para nossas operações”, disse Smith.

O próximo passo da Thiess foi remover o operador da cabine. O Command for Drilling oferece dois níveis de perfuração autônoma para múltiplas perfuratrizes: com linha de visão (LOS) e sem linha de visão (NLOS). A Thiess optou pelo sistema de perfuração autônoma NLOS, utilizando o ROS para posicionar o operador longe do local de perfuração.

É a partir do ROS que a empresa opera três perfuratrizes Cat totalmente autônomas e conseguiu pela primeira vez operar simultaneamente as três perfuratrizes autônomas Cat — uma MD6250 multipassagem e duas MD6310s equipadas com Auto Multi Pass — com um operador.

Além dos benefícios operacionais de desempenho de perfuração aprimorado e consistente, maior utilização e menores custos de retrabalho, Trent Smith citou os benefícios significativos para as pessoas obtidos com o programa de perfuração autônoma. "Ele melhora a segurança dos nossos operadores, ajuda a reduzir a fadiga, permitindo que façam pausas curtas sem interromper as operações de perfuração, e apresenta oportunidades mais atraentes de aprimoramento para trabalhar com as tecnologias mais recentes."

Até o momento, a Thiess transferiu mais de 30 funcionários em Mt. Arthur South, de controladores de perfuração tradicionais para operadores autônomos, além de uma série de outras funções de suporte. Além disso, investiu em treinamento em sistemas de mineração autônomos para mais de 500 funcionários.

Aaron Skinner, Superintendente de Autonomia da Thiess. (Foto: WesTrac)

Integração familiar completa

As perfuratrizes MD6250 e MD6310 compartilham plataformas, peças, componentes e tecnologias comuns. Cada componente e subsistema da perfuratriz são combinados para trabalhar em conjunto como um sistema, proporcionando maior tempo de atividade, maior eficiência e menor custo por metro de perfuração, afirmou a Caterpillar.

O MD6310 perfura diâmetros de furo de 203 a 311 mm (8 a 12,25 pol.) com cargas de broca de passagem única que chegam a 42.149 kg (92.922 lb). Profundidades de furo de passagem única que chegam a 13,7 m (44,9 pés) e 17,5 m (57,4 pés) são alcançadas quando equipado com o mastro de 13,7 e 17,5 m, respectivamente. Profundidades de furo de múltiplas passagens com o mastro de 13,7 m chegam a 74,6 m (244,9 pés), enquanto o mastro de 17,5 m perfura até 48,0 m (157,4 pés).

Com cargas de broca de 32.655 kg (71.993 lb), o MD6250 perfura diâmetros de furo de 165 a 200 mm (6,5 a 9,88 pol). Pode ser equipado com um mastro de 11,2 m (36,7 pés) ou 13,6 m (44,5 pés). As profundidades de perfuração multipasse chegam a 53,9 m (176,7 pés) com o mastro de 11,2 m, enquanto o mastro de 13,6 m oferece profundidades de até 37,9 m (124,6 pés).

Em termos de motores, a perfuratriz MD2650 recebe um motor diesel Cat C27 com potência nominal de 872 hp na versão final Tier 4 da EPA dos EUA e 826 hp no modelo Tier 2. A perfuratriz maior MD6310 usa um motor diesel Cat C32B com potência nominal de 1.007 hp na versão final Tier 4 ou 1.031 hp no mesmo motor, construído para atender às normas de emissões Tier 2.

Para aumentar a segurança e evitar potenciais falhas ou uso indevido, ambos os modelos são construídos com componentes eletrônicos e intertravamentos Cat comprovados. A regulagem eletrônica do compressor aumenta a produtividade e reduz o consumo de combustível. O Técnico Eletrônico Cat fornece monitoramento de saúde a bordo para a Thiess, permitindo a rápida solução de problemas e aumentando a disponibilidade da perfuratriz.

“Os resultados impressionantes alcançados com a Thiess podem ser replicados com outras mineradoras para aprimorar suas operações com autonomia de perfuração”, concluiu McGinnis. “Esperamos continuar colaborando com a Thiess e a WesTrac e aguardamos ansiosamente os milhões de metros que virão.”