Prestando Ayuda a los Operadores

Equipo Minero analiza los diferentes pasos hacia la autonomía de los cargadores y bulldozers, y cómo las operaciones alrededor del mundo están aprovechando estas tecnologías

Por Carly Leonida, Editora Europea

Cuando se trata de minas a rajo abierto y de autonomía, los camiones de transporte suelen ser las primeras máquinas que se vienen a la mente. Sin embargo, para los propósitos de este artículo vamos a concentrarnos en los bulldozers y los cargadores; los héroes no reconocidos de las faenas mineras. Aunque no sean las estrellas de la flota de carga y transporte, los cargadores y bulldozers son cruciales para mantener una mina funcionando eficientemente, desde la limpieza alrededor de las correas transportadoras y los chancadores, hasta el control de acopios, la creación de rellenos y la mantención de carreteras y bancos. Su trabajo es variado, altamente móvil y a menudo requiere un alto grado de precisión.

Aquí es donde las características de guiado de las máquinas y de ayuda al operador pueden ayudar. Echemos un vistazo a las diferentes opciones disponibles.

Línea de Visión

El primer paso en el viaje hacia la autonomía de los cargadores y bulldozers es el control de la línea de visión. Con esta característica, los operadores se paran a una distancia segura de su máquina y la controlan usando una unidad sobre el hombro. Los controles están integrados a los dispositivos electrónicos de la máquina para entregar el mismo control y respuesta que si se operara desde la cabina, permitiendo al operador mantener la productividad a distancia. Juzgan el trabajo al ojo, como lo harían en la operación manual, por lo que una mejor visión es esencial.

El control de la línea de visión es útil para tareas ocasionales, que de otro modo serían demasiado peligrosas de realizar para el operador estando sentado en la cabina. Por ejemplo, los bulldozers Cat equipados con sistemas de control remoto de línea de visión fueron incorporados en la mina Bingham Canyon de Kennecott Utah Copper después del deslizamiento de tierra de Manefay en 2013 para ayudar en la operación
de limpieza.

El proveedor de tecnología australiano RCT, con la ayuda del distribuidor local Wheeler Machinery, diseñó y fabricó tres interfaces remotas para bulldozers y cuatro kits remotos para adaptarse a los bulldozers Caterpillar D8T utilizados en la mina. Esto permitió despejar el deslizamiento de tierra de forma rápida y segura para que las operaciones pudieran volver a la normalidad lo antes posible.

Operación Tele-remota

El siguiente paso es la operación tele-remota, en la que el operador del cargador o bulldozer es trasladado a un lugar seguro y protegido desde donde puede controlar la máquina a distancia con la ayuda de cámaras y sensores. Esto es mejor para las tareas a largo plazo, o para aquellas que deben realizarse con regularidad, ya que proporciona al operador un espacio cómodo y permanente desde el cual trabajar, normalmente una cabina autónoma o un remolque móvil con una silla y controles dedicados.

Un buen ejemplo de esto también viene de RCT. La empresa trabajó con Hexagon Mining para suministrar tecnología de cargadores teledirigidos a la mina Andina de Codelco en Chile hace unos años. La mina se encuentra ubicada a gran altitud y sufre condiciones climáticas y de temperatura extremas durante todo el año.

Codelco se enfrentó al resultado de una evaluación de riesgos, el cual determinó que se debía implementar una minería autónoma o controlada por tele-operación, por lo que RCT y Hexagon Mining colaboraron para crear una solución personalizada.

El ATX2200 (sistema de control tele-remoto) y el limitador de velocidad Muirhead Speed Ltd. de RCT fueron combinaron con la funcionalidad de geo-cercado Jmineops y los sistemas de detección de objetos SAFEmine CAS y TrackingRadar de Hexagon Mining. Estas tecnologías fueron integradas e instaladas en un bulldozer de ruedas Komatsu WD600 y se agregó una nueva red de comunicaciones a la mina.

Ahora, el bulldozer puede ser operado desde un lugar seguro — una cabina estacionaria y aislada dentro de la mina y también se incluyó un control remoto portátil con línea visual para otorgar flexibilidad para operar la máquina en múltiples aplicaciones a través de la mina, incluso en caso de caída de la red.

El proyecto fue tan exitoso que Codelco ordenó la conversión de un segundo cargador poco después.

Automatización

En lo alto de la escala está la automatización parcial o total. Aquí, el operador se sienta en un escritorio o centro de control dedicado desde donde puede supervisar múltiples máquinas. Las máquinas trabajan independientemente, completando sus tareas de acuerdo a planes pre-programados mediante el uso de sensores y tecnologías de guiado de máquinas. El operador puede intervenir en cualquier momento si es necesario y las máquinas están programadas para detener el trabajo si ocurre una posible violación de la seguridad.

La mina Black Thunder de Arch Coal en Wyoming utiliza el sistema Cat MineStar Command for Dozing. La mina instaló el sistema en su primer bulldozer en 2011 y ahora tiene cuatro bulldozers Cat D11T habilitados.

El sistema Command for Dozing incluye una solución semiautónoma que permite a un operador operar hasta cuatro bulldozers desde un entorno de oficina. Caterpillar dijo que esto reduce el riesgo de lesiones por el montaje y desmontaje del equipo y por los desafíos ergonómicos que se presentan durante las aplicaciones de disgregación o rotura de tierras. Además de trabajar más eficientemente, los operadores también experimentan menos fatiga física gracias a su cómodo ambiente de oficina.

Todas las funciones de empuje del bulldozer son automatizadas mediante el uso del posicionamiento vía satélite a través de Cat Terrain con Blade Control, Automatic Blade Assist y Auto Carry. Al operar de forma autónoma, el bulldozer corta según lo planeado usando las mejores prácticas y optimiza la velocidad de retroceso. El operador remoto toma el control cuando mueve el bulldozer a una nueva área.

Black Thunder utilizó por primera vez el sistema para trabajos de recuperación y ha ampliado esta capacidad a la producción para la extracción de terrenos de recubrimiento antes de la operación de las dragas.

Morgan Malkowski, supervisor de equipos autónomos de Black Thunder, habló sobre su experiencia con el sistema en una entrevista para la revista Viewpoint de Caterpillar. “El mayor valor que vemos de Command for Dozing es que tenemos un operador manejando tres máquinas, por lo que se ve un aumento de la eficiencia de ese operador y un aumento de la consistencia de esas máquinas; sabemos cómo van a funcionar estas máquinas de manera consistente las 24 horas del día. El material puede cambiar, y puede que tengamos que hacer algunos ajustes respecto a cómo la máquina maneja eso, pero van a funcionar consistentemente.”

Jason Cole, uno de los operadores de los bulldozers autónomos de Black Thunder, respaldó esto. “Lo principal es que el bulldozer encontrará la nivelación por sí solo cuando está en el modo autónomo,” explicó. “Eso es un gran alivio de carga para el operador en lugar de tener que comprobar constantemente la nivelación.

“También construye un mejor relleno. Todos los bulldozer tienen el mismo plan y el GPS les dice dónde está la nivelación base. Todas las máquinas van directamente a esa nivelación y no cortarán más. Cuando termina, su relleno está muy cerca de ser completado.”

Wolff Group, un contratista minero de Australia, también está operando siete bulldozers Cat D11 en modo semiautónomo y ha medido un aumento del 15% en la productividad desde su introducción. La empresa ha construido un centro de comando móvil para facilitar el movimiento entre lugares de una mina o entre minas, y ha identificado a Command for Dozing como un medio para diversificar la contratación de operadores.

Aprovechamiento de la Ayuda

El experto en gestión de flotas, Wenco International Mining Systems, ofrece la tecnología de guiado de máquinas como parte de su conjunto de soluciones. El gerente de productos senior, Ken Williams, explicó algunos de los beneficios de esta tecnología.

“En una mina moderna, el guiado de máquinas es esencial para utilizar los bulldozer y cargadores con la precisión necesaria para ejecutar la mayoría de las actividades mineras,” dijo. “Los sistemas de alta precisión permiten a los operadores dar forma a los bancos, carreteras y rampas de acuerdo a los diseños de los ingenieros, una tarea que resulta difícil y que requiere mucho tiempo sin dicha tecnología.

“El mantenimiento de bancos planos y rampas seguras y estables conduce a mejoras significativas en los costos de una mina, al exigir menos desgaste a los equipos que se desplazan a través de esas superficies y al aumentar la eficacia del transporte. El guiado de máquinas también permite a los cargadores cortar con precisión, lo que reduce la contaminación del mineral con material estéril.”

La automatización, a cualquier grado, también ayuda a aliviar la presión de las habilidades en las minas en áreas remotas o en mercados donde la mano de obra es particularmente costosa. Mediante el uso de las tecnologías de guiado de máquinas, los operadores más nuevos o aquellos con menos experiencia pueden ejecutar tareas incluso con el mismo nivel de calidad que los experimentados. Las minas que operan cargadores y bulldozers autónomos pueden capitalizar la eficiencia y la experiencia de sus operadores asignando múltiples máquinas a un supervisor. Y, por supuesto, las máquinas autónomas nunca se cansan ni necesitan descansos. Éstas funcionan de manera consistente las 24 horas del día.

Otra pieza del rompecabezas es la seguridad. Al permitir a los operadores completar ciertas tareas a una distancia segura de las máquinas, los gerentes de las minas tienen la tranquilidad de que toda su fuerza de trabajo llegará a casa a salvo esa noche.

El trabajo también se vuelve más atractivo para los nuevos contratados y abre las puertas a una mejor diversidad e inclusión en la fuerza laboral de las minas.

Por ejemplo, durante una fase temprana de la implementación del sistema Command for Dozing de Caterpillar en una mina de Sudamérica, la operación tenía en su calendario de trabajo a un experimentado operador de bulldozers D10T que trabajaba en funciones administrativas debido a una leve lesión en su columna cervical.

El operador todavía podía trabajar en funciones donde no había exposición a la vibración. Cuando se instaló Command for Dozing, estaba orgulloso de volver a trabajar como un operador profesional sin interferir con su recuperación.

“La minería es una de las industrias más peligrosas del mundo, de modo que si podemos sacar a los seres humanos por completo de este tipo de operaciones, entonces esto tendrá un enorme impacto en la seguridad,” dijo Ulrich Fass, gerente de Tecnologías Emergentes de Europa, en Volvo Construction Equipment, a Equipo Minero.

“Tener un operador a cargo de varias máquinas a distancia asegurará una productividad mucho mayor a la mina, y sin humanos en el sitio no hay razón para que no se pueda proveer una operación 24/7 con alguien controlando las máquinas desde otra parte del mundo?”

Fass dijo que son los ciclos de trabajo repetitivos los que más se benefician de la operación automatizada y tele-remota. “Por eso la minería ofrece la zona perfecta para explorar esto,” afirmó con entusiasmo. “Un desafío particular para la industria minera es que las condiciones de las minas varían tanto, por lo que proporcionar una solución autónoma que funcione en todos los ambientes es una tarea difícil.”

Volvo Explora Nuevos Conceptos del Control Remoto

Volvo ha estado investigando y desarrollando soluciones autónomas durante años.

La primera vitrina de la empresa para presentar sus soluciones en acción fue en su innovadora Planta Eléctrica en Suecia en 2018.

“Este fue un proyecto que llevamos a cabo junto con nuestro cliente Skanska,” explicó Fass. “Aquí demostramos que era posible proporcionar una reducción del 98% de las emisiones de carbono, una reducción del 70% de los costos de energía y una reducción del 40% de los costos de operadores en la operación de una cantera, todo a través del uso de ocho portadores de carga eléctricos autónomos a batería HX02, el cargador de ruedas eléctrico-híbrido prototipo LX01 y la excavadora de doble alimentación conectada por cable prototipo EX01.

“Estas máquinas pueden ser sólo conceptos, pero nos han ayudado a desarrollar soluciones que un día no muy lejano pueden comercializarse.”

Otro proyecto en curso para Volvo es una primicia en la industria con Telia y Ericsson para probar el potencial de una red 5G más rápida y fiable en una aplicación industrial.

“Desde nuestra base en Eskilstuna, hemos establecido un sitio de prueba de 25 hectáreas para probar un cargador de ruedas L180 a control remoto alimentado por una red 5G,” dijo Fass. “La pista de pruebas en sí tiene una serie de barreras físicas, pistas de subida y bajada y terreno accidentado, todas diseñadas para emular las condiciones reales de una obra en construcción, para que podamos ver los beneficios que aporta una red más rápida.”

“Para nosotros aquí en Volvo CE, nuestro objetivo con todas estas iniciativas es ver si, minimizando los posibles riesgos de seguridad y el tiempo de inactividad asociados a sectores como la minería, podemos acercarnos a nuestro objetivo de cero emisiones, cero accidentes y cero paradas no planificadas.”

Volvo tiene varios sistemas que apoyan a los operadores con funciones primarias de orientación o control en tareas mineras repetitivas. Por ejemplo, Volvo Co-Pilot y su gama de funcionalidades de asistencia inteligente.

“Antes de que se disponga de una automatización completa, estas funciones autónomas están ayudando mucho a los operadores a obtener resultados de mayor calidad, en menor tiempo y con menos esfuerzo,” dijo Fass. “El reto al que nos enfrentaremos en los próximos años será cómo sacamos la automatización de los confinados y estables sitios de producción y la llevamos a diversas aplicaciones.” Y cómo hacemos que nuestras máquinas interactúen de forma segura con las personas que las rodean.”

Wenco con Miras Hacia la Autonomía

Wenco ha instalado recientemente sistemas de guiado de máquinas en el proyecto Soledad Mountain de Golden Queen, en la mina Mesquite en California y en las minas de Conuma Coal en British Columbia, Canadá, para aumentar la precisión de sus actividades de movimiento de tierras.

Williams dijo que la empresa definitivamente ha notado un gran interés por las soluciones, mientras los operadores de la mina continúan su travesía hacia las operaciones de cero daño.

“Estamos viendo mucho interés en soluciones de seguridad,” dijo. “Nuestros sistemas de guiado de máquinas contribuyen a mejorar la conciencia situacional de los operadores e incluyen alertas para peligros próximos y otras zonas de exclusión.”

Williams dijo que las minas de carbón históricamente han utilizado bulldozers guiados por máquinas más extensamente que otras faenas mineras. Esto se debe probablemente a la naturaleza de la minería del carbón, dependiendo del espesor de las vetas, estas operaciones son a menudo más propicias para el movimiento de materiales con bulldozers que en otras minas.

“Las soluciones de guiado de máquinas de Wenco ayudan a los operadores a crear bancos, carreteras y otras características físicas que concuerdan con sus planes de diseño. Al utilizar el GNSS de alta precisión, nuestra tecnología permite a los operadores posicionar la pala de sus cargadores y la cuchilla de sus bulldozers con precisión centimétrica,” explicó Williams.

“Los usuarios cargan sus archivos de diseño en nuestro sistema y simplemente siguen las pautas en la pantalla para crear contornos en el lugar y elevación exactos requeridos sin el meticuloso proceso de topografía y mapeo de nivelación. En última instancia, este proceso permite a los operadores crear carreteras de transporte lisas, bancos planos y rampas uniformes que producen menos desgaste en el equipo, y lo hace con mucha más eficiencia que los procesos de topografía tradicionales.”

Williams dijo que la automatización es la siguiente carta en los esfuerzos de I+D de Wenco. “Éste es un tema prioritario para Wenco, y es probable que dichas capacidades aparezcan en la hoja de ruta de nuestros productos en los próximos años,” dijo a Equipo Minero.

Hexagon Asegura una Alta Precisión

La autonomía es también un tema creciente para Hexagon Mining.

“Nuestras tecnologías de control de máquinas significan que podemos empezar a automatizar el control de la cuchilla en muchos bulldozers y niveladoras,” explicó Andrew Crose, director general de Hexagon Mining, EMEA. “Teleremote es un área de desarrollo activo, especialmente con el compromiso de Hexagon con la seguridad.”

La solución actual de la empresa — HxGN MineOperate OP Pro HP — es una solución de guiado de alta precisión para bulldozers, perforadoras y equipos de carga. Permite que los equipos de carga mejoren las elevaciones de los bancos, reduzcan la dilución y disminuyan el re-trabajo. Los operadores de los bulldozer reciben planes de diseño fáciles de visualizar, lo que minimiza los costos al eliminar la necesidad de contar con equipos de topografía y mapeo de nivelación.

El sistema es agnóstico respecto del OEM y puede instalarse en casi cualquier marca y modelo de cargador, pala, bulldozer o niveladora. Crose dijo que Hexagon está viendo un aumento en el interés de las empresas mineras.

“Particularmente en las unidades de carga donde hay una alineación más directamente visible para la producción con tiempos de carga reducidos,” dijo. “También vemos cierto interés en los bulldozer, ya que las minas ven los beneficios de un mejor control de la nivelación para mejorar la eficiencia de la mina.”