Desbloqueo de recursos críticos a través de la minería masiva totalmente autónoma

Cuando la mayoría de las personas piensa en las operaciones mineras subterráneas autónomas, en general lo hacen desde la perspectiva de equipos o sistemas, es decir, un área de la mina, generalmente en un entorno de producción, que opera sin la presencia física de humanos. Operaciones como estas fueron posibles durante algún tiempo y se clasificarían como “autónomas de forma condicional” de nivel tres en el modelo de madurez de automatización minera de GMG. Sin embargo, para que una operación se clasifique como “altamente” o “totalmente” autónoma (nivel cuatro o cinco, según la definición de GMG), se requiere que la operación se realice de forma exclusiva con personas y su toma de decisiones.

Los sistemas con esta capacidad también se clasifican como “altamente automatizados” de nivel seis según el modelo de madurez de GMG para sistemas de control de intervalos cortos (SIC, por sus siglas en inglés) (véase la Imagen 1). Estas tecnologías permiten que un coordinador centralizado optimice equipos y actividades según funciones como mantenimiento, planificación minera y logística, lo que proporciona mejoras en la precisión, la efectividad y la velocidad de la coordinación de actividades en toda la operación.

Para la mayoría de las minas, las operaciones y los sistemas como estos siguen siendo poco frecuentes. Sin embargo, para las operaciones mineras masivas, como los hundimientos de bloques y paneles, la producción totalmente autónoma es una posibilidad tangible en la actualidad; ya existen tecnologías que pueden dar ventajas significativas y, cuando se reúnen las soluciones y los proveedores adecuados, se pueden lograr esas ventajas.

En general, los hundimientos de bloques son activos a gran escala y de larga vida. La alta velocidad, el alto volumen y la índole repetitiva de las actividades de producción, por ejemplo, la carga en puntos de extracción y el transporte en rampa con camiones, significa que sirven bien para una operación altamente o totalmente autónoma, al igual que la distribución operativa estable de manera relativa (aunque esto se desarrollará y expandirá con el tiempo). Esta estabilidad significa que un sistema de producción autónomo se puede configurar y ajustar para lograr un rendimiento óptimo, como también la integración en otros sistemas y funciones de la mina, como la planificación y la programación.

En la práctica, un sistema como este podría abarcar una flota de cargadores y camiones autónomos, que se envían de forma dinámica a diferentes puntos de extracción y pases de mineral, según el estado del hundimiento en tiempo real y su cumplimiento con el plan de la mina. También puede incluir equipo auxiliar, como rociadores de agua, que operan de forma autónoma cuando los niveles de polvo superan un cierto umbral, o rompedores que intervienen cuando se detecta material de gran tamaño en un punto de extracción.

En comparación, las operaciones que utilizan métodos de minería, como la explotación por subniveles, tienden a ser más dinámicas y, por lo tanto, cuando se introduce la autonomía, es probable que el enfoque esté en un área más pequeña de la operación con el fin de lograr una configuración rápida y una coherencia operativa. Un ciclo de camiones es un buen ejemplo: camiones autónomos se desplazan entre los cargadores y el yacimiento en una ruta predefinida con supervisión humana.

Ty Osborne, director interino de la línea de productos y proyectos de automatización global de la unidad de negocios de automatización de Sandvik Mining and Rock Solutions, explicó: “Las diferentes minas utilizan distintos métodos de extracción y se adaptan a diferentes niveles de autonomía. Hoy en día, solo un puñado de minas utilizan sistemas altamente o totalmente autónomos. Sin embargo, notamos un creciente interés en estas tecnologías”.

“Uno de nuestros primeros casos de uso de autonomía total en un entorno minero masivo fue en una mina de hundimiento de bloques de un cliente en NSW, Australia. Se introdujo hace 10-15 años y, a menudo, cuando les mostramos a los posibles clientes lo que se logró allí, nos dijeron: ‘Eso es genial, pero no funcionará en mi mina’. En ese momento, la industria no estaba sometida a las mismas presiones en términos de escasez de talento y productividad. A medida que aparece una nueva generación de líderes y trabajadores, vemos un cambio en cuanto a esa mentalidad. Las personas ahora preguntan: ‘¿Cómo podemos hacer que estos sistemas funcionen para nosotros?’. Eso es realmente alentador”.

La minería totalmente autónoma requiere de hardware (camiones y cargadores autónomos), como también software y una red y comunicaciones confiables. Por ejemplo, la oferta AutoMine® Core de Sandvik es una plataforma holística de autonomía que proporciona varios niveles de interoperabilidad para las flotas de Sandvik y de fabricantes de equipos originales de terceros (OEM, por sus siglas en inglés). Los módulos clave incluyen el monitoreo de flotas y producción manual (MPM) de AutoMine® y el sistema de control de acceso (ACS) de AutoMine®, que supervisa la seguridad funcional. El sistema de gestión de tráfico de AutoMine® organiza los movimientos de la flota, y la integración en los controles SCADA permite la comunicación bidireccional con otros equipos y sistemas mineros, como iluminación y rociadores de agua.

“AutoMine® fue uno de los primeros sistemas autónomos para minas subterráneas, aunque ahora también se puede utilizar en operaciones en superficie”, dijo Osborne. “En un principio, se creó para automatizar la flota de camiones en las minas en Sudáfrica y, desde entonces, hemos seguido utilizando la plataforma”.

Una de las características más recientes que es clave para la minería masiva alta y totalmente autónoma es la zona de seguridad flexible. Esto permite que los equipos mineros autónomos operen de forma continua en el área automatizada, al tiempo que hacen posibles las intersecciones con equipos manuales, lo que permite que estos equipos crucen rutas automatizadas y compartan puntos de descarga o carga. AutoLoad 2.0 también se introdujo en junio del 2023. Esto permite a los operadores “enseñar” a los cargadores diferentes perfiles de carga para cada punto de extracción, lo que elimina la necesidad de que ayuden a cargar las palas durante el tránsito. En esencia, AutoLoad cierra el ciclo de producción autónomo, lo que significa que un operador ahora puede operar cinco o seis máquinas al mismo tiempo.

AutoMine® se ha implementado en más de 20 operaciones mineras masivas a nivel mundial y en más de 100 operaciones en total. Northparkes Operation, una mina de cobre y oro de Evolution Mining, ha estado operando su hundimiento E48 desde el 2010 mediante cargadoras eléctricas. La mina produce 6 millones de toneladas al año con AutoMine® y ha notado una reducción significativa en los costos operativos desde que se implementó el sistema. Una antigua mina en Nueva Gales del Sur, Australia, utiliza la solución de MPM de Sandvik, que forma parte de la plataforma AutoMine® Core.

“En esta mina, AutoMine® está integrado en el software de apoyo a la toma de decisiones basada en la optimización de ORB de Deswik”, explicó Osborne. “Los sistemas funcionan en una flota de máquinas tripuladas de la competencia. AutoMine® realiza un seguimiento de alta precisión de vehículos y materiales, e informa sobre los ciclos reales. Después de esto, ORB utiliza esos datos para comprender el estado del hundimiento, actualizar la distribución y proporcionar nuevas órdenes de despacho a los operadores”.

Hace poco, AutoMine® logró un hito de seguridad de más de siete millones de horas de trabajo sin tiempo perdido por lesiones (LTI, por sus siglas en inglés) a nivel mundial. Osborne dijo que este éxito se puede atribuir en parte a los servicios del ciclo de vida integrales que Sandvik proporciona.

“No solo agregamos valor a las operaciones mediante la implementación de sistemas, sino que también a la fuerza laboral, mejorando su experiencia y confianza en los sistemas autónomos”, dijo. “La gestión del cambio y la mejora de las habilidades son una parte importante de las implementaciones de autonomía exitosas. Garantiza que, cuando el sistema entra en funcionamiento, no hay pérdidas de producción”.

En febrero del 2023, Sandvik completó la adquisición del especialista en matemáticas industriales, Polymathian. Ahora la empresa es parte de Deswik, cuyo conjunto integrado de soluciones de software permite la planificación, la programación y la ejecución eficientes de operaciones mineras masivas, al tiempo que desbloquea niveles más altos de autonomía mediante la toma de decisiones automatizada y optimizada.

Steven Donaldson, director técnico de ORB, explicó: “La toma de decisiones automatizada permite un cambio en la manera en que operan las minas, ya que elimina la necesidad de la toma de decisiones humanas en funciones como la planificación, la programación y el despacho. Cuando se combina con algoritmos de optimización, permite generar el mejor plan o programación posible, dados los objetivos y las limitaciones de la mina. La toma de decisiones automatizada se puede aplicar a las flotas operadas de manera física y a las autónomas. Sin embargo, combinarla con la autonomía, puede generar beneficios impresionantes en el rendimiento de los hundimientos y la utilización de la flota”.

Agregó que esta capacidad es exclusiva de los sistemas SIC de nivel seis, según lo definido en el modelo de madurez de GMG. Al momento de escribir este artículo, Sandvik era el único proveedor de tecnologías que ofrecían esto.

ORB fue creada en el 2013 por Polymathian para ayudar a una mina de cobre y oro en Australia a sortear un obstáculo en la programación. En ese caso, la productividad del hundimiento se vio limitada por el rendimiento de los cargadores de la operación.

“El equipo de la mina ya había utilizado un sistema de despacho dinámico en su operación a tajo abierto y buscaba una solución similar para aumentar la productividad subterránea”, explicó Donaldson. “Es un problema muy diferente, pero realizamos unos análisis para comprender exactamente qué estaba frenando la productividad y creamos un algoritmo de optimización que utiliza datos en tiempo real para tomar decisiones sobre la programación a fin de sortear el obstáculo y minimizar el tiempo de inactividad.

“El sistema está integrado en la herramienta MPM de AutoMine® Core para recopilar datos de gran calidad sobre la flota y los movimientos de materiales, lo que significa que también podemos optimizar el cumplimiento del plan de la mina. En general, la mina aumentó la productividad en un 20 % y el sistema se ha utilizado desde entonces junto con los cargadores autónomos”.

Después de ese éxito, se implementó ORB en la mina de diamantes Argyle de Rio Tinto, en el oeste de Australia, que estaba experimentando problemas con la convergencia y el lodo húmedo. Allí, el problema no solo era optimizar el rendimiento, sino que también asegurarse de que se extrajese el material correcto en el momento adecuado, para entregar una mezcla que mantuviera la trituradora principal en funcionamiento. La mina registró una mejora del 7 % en el tonelaje durante los cambios de turno. Desde entonces, ORB también se ha implementado en varias ubicaciones a nivel mundial, incluida la mina de cobre y oro Oyu Tolgoi de Rio Tinto en Mongolia, donde se utiliza junto con AutoMine® para el despacho de vehículos totalmente autónomo y para gestionar el drenaje de hundimientos. Desde su inicio, ORB ha recibido varias actualizaciones y sus aplicaciones se han expandido para abarcar hundimientos de subnivel y otros métodos de minería, como también capacidades de mezcla de hundimientos. La herramienta puede agregar valor de tres formas: mejorando el cumplimiento y el rendimiento, y mediante la captura de datos y el monitoreo de hundimientos; cada uno se puede realizar de forma independiente o simultánea a fin de obtener un mayor valor.

“ORB y AutoMine® ya se utilizan en conjunto”, dijo Donaldson. “Esa es una integración lista para usar y tiene varios beneficios. Por ejemplo, ORB puede ofrecer un despacho automatizado a un entorno de producción para equipos autónomos. También se pueden extraer datos de los equipos Sandvik y llevarlos a ORB a través de AutoMine® para fines de creación de informes”.

Con el tiempo, estas integraciones se ampliarán para abarcar otras soluciones y tecnologías líderes en el sector de la cartera de Sandvik. Por ejemplo, Deswik.OPS, una herramienta colaborativa de planificación y ejecución de turnos a corto plazo para monitorear y administrar el cumplimiento de los requisitos de la ley utilizada por minas como Oyu Tolgoi, se podría integrar en AutoMine® y ORB con el fin de administrar de manera dinámica la ejecución y el desarrollo de hundimientos.

Por ejemplo, vincular estos sistemas y la aplicación OPS Operator proporcionaría la captura automatizada de datos de producción, como también información sobre el estado de la máquina, el operador y la ubicación. Esto haría posible una replanificación de gran eficacia en todas las partes de las operaciones de hundimiento, no solo en la producción. Además, aunque igualmente importantes, se podrían agregar soluciones de planificación de desarrollo minero, como Deswik.Spatial, Deswik.Planning y Deswik.Caving.

Los expertos de Sandvik AutoMine® también están trabajando para combinar sistemas con otras soluciones digitales de Sandvik e independientes de los OEM de Newtrax, una línea de productos de la división de automatización de unidades de negocio, perteneciente a la división de tecnologías de minería digital. Newtrax se especializa en proporcionar soluciones de seguridad y productividad independientes de los OEM para minas subterráneas, que incluyen seguimiento del personal y los vehículos, detección de proximidad, y estado y productividad de las máquinas. Estos pueden beneficiar a las minas masivas autónomas de varias formas. Por ejemplo, el seguimiento de personas y vehículos fuera de las áreas de producción autónomas mejora la toma de decisiones en tiempo real de los problemas que surgen, por ejemplo, si una máquina autónoma se avería y los técnicos desean enviar al equipo de servicio más cercano para que vuelva a funcionar rápidamente. El nuevo sistema de prevención de colisiones de la empresa, con capacidades de intervención de vehículos, también está en desarrollo para una integración total en AutoMine® a fin de lograr una operación segura y productiva entre vehículos autónomos y peatones.

Otra situación común en las operaciones de hundimiento son los bloqueos: materiales de gran tamaño que bloquean un tramo o un punto de extracción y que se deben destruir o tronar antes de poder continuar con la producción. Gracias a la integración de las tecnologías Newtrax en AutoMine® y ORB, se pudo identificar rápidamente el rompedor más cercano y enviarlo de forma autónoma para resolver el problema.

“La integración de toda la pila de tecnologías de Sandvik podría crear algunas posibilidades realmente interesantes en la autonomía”, dijo Osborne. “Por ejemplo, el aprovechamiento de tecnologías, como las de Deswik y Newtrax, podría crear entornos de tráfico mixto controlado”.

“Si bien Sandvik es el líder en autonomía subterránea para la minería masiva, nos damos cuenta de que probablemente no somos el único proveedor que trabaja en un hundimiento de bloques. Nuestro objetivo es crear una plataforma minera interoperable y totalmente autónoma, con optimización integral, desde la planificación hasta el despacho y la ejecución. Con esa visión, sentamos las bases para los próximos 20 a 30 años de producción segura y sostenible de minerales y metales”.

Donaldson estuvo de acuerdo: “Los hundimientos que se están creando hoy son más calientes, profundos y más desafiantes en lo geotécnico que nunca. La autonomía total es lo que hará que esas operaciones sean viables, no solo desde una perspectiva de seguridad y productividad, sino que también desde el punto de vista financiero. Estas tecnologías hacen posible este proceso”.