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PLANIFICACIÓN MINERA CON SISTEMAS DE ACARREO AUTÓNOMOS

Por: Ing. Edgar Peña Valenzuela e  Ing. David Chuquillanqui Molina, superintendente de Ingeniería Mina y senior de Planeamiento Mina en la unidad Cuajone, Southern Peru.


Resumen 

La planificación minera con sistemas de acarreo autónomo es una nueva forma de hacer minería y está estrechamente alinea-da con el quinto valor de planeamiento de la mina Cuajone: innovación. Debido a ello, este trabajo revisa la alternativa de incorporar tecnología autónoma para asegurar la sostenibilidad y solidez de nuestro plan estratégico. 

Con el fin de cumplir dicho propósito, se realiza un análisis comparativo entre sistemas de acarreo tripulado y autónomo, donde se evalúan: seguridad, plan de producción, productividad y costos. Además, se describen los impactos de la tecnología autónoma en el modelo de gestión, infraestructura requerida y responsabilidad social. 

Entre los resultados obtenidos, se evidencia que la implementación de flota autónoma reduce en 78% los accidentes de estos equipos, disminuye el requerimiento de volquetes, incrementa la productividad en 13% y baja el costo operativo en 5%.

Introducción 

Mina Cuajone es una operación a tajo abierto que tiene como actividad principal la extracción de cobre. Al 31 de diciembre de 2018 se estimó unas reservas de 1,799 Mt de mineral con una ley promedio de cobre de 0.496% y 4,638 Mt de desmonte. De acuerdo a nuestro plan de producción, se cuenta con una vida operativa hasta el 2080. 

Cuajone inicia sus operaciones el 25 de noviembre de 1976, durante estos 43 años de actividad continua incorporamos innovaciones operacionales que generaron alto impacto, como: reducción de accidentes personales, cumplimiento de planes de producción e incremento de productividad. Ello nos ha posicionado entre las compañías más competitivas a nivel mundial, manteniendo el compromiso con la seguridad de nuestros colaboradores y reduciendo costos. 

Entre los hitos más importantes se registra la migración de volquetes de 90 t a 360 t. Sin embargo, es el momento de evaluar hasta qué punto es factible para nuestra operación seguir este camino de incremento de productividad en función a las dimensiones del equipo, ya que mayores deben ser las provisiones y dispositivos para la seguridad del operador del volquete. 

La innovación operacional que genera implementar flota de acarreo autónoma en mina Cuajone se presenta como una alternativa, por ello, se analizan las implicancias de este sistema en función a nuestros planteamientos estratégicos: seguridad, plan de producción, productividad y costos operativos. 

Objetivos

Objetivo general

Incorporar tecnología autónoma para asegurar la sostenibilidad del plan estratégico de mina Cuajone.

Objetivos específicos

ν Lograr cero accidentes incapacitantes.

ν Asegurar el cumplimiento del plan de desbroce de las fases de minado.

ν Incrementar la productividad del sistema de acarreo.

ν Reducir los costos operativos totales.

Fundamentación conceptual

Los conceptos a usarse durante el desarrollo de este trabajo requieren de explicar el significado de los sistemas de acarreo: tripulados, autónomos e híbridos.

Volquetes tripulados (TRI)

Equipos de acarreo que son operados por personas capacitadas y certificadas. Es el sistema de operación convencional que a la fecha es usado por mina Cuajone y un gran número de operaciones mineras.

Volquetes autónomos (AUT)

Equipos de acarreo que trabajan sin operador, son gestionados remotamente desde una central mediante el uso de procedimientos, algoritmos y protocolos. 

Volquetes autónomos híbridos (HIB)

Equipos de acarreo que trabajan con o sin operador. Algunos modelos de volquetes convencionales pueden convertirse en autónomos con la instalación de kits. Este sistema se orienta a suplir los requerimientos de mina Cuajone en atención al ingreso a zonas con tránsito de equipos tripulados (grifos y talleres).

Análisis comparativo

El desarrollo de modelos que puedan predecir los beneficios e impactos de la implementación de un sistema de acarreo autónomo debe ser analizado y valorado en función a la realidad de cada operación minera, para el caso de mina Cuajone se plantea enfocar este análisis bajo cuatro aspectos estratégicos (ver Figura 1).

A continuación, se detalla cada uno de los cuatro aspectos estratégicos.

Seguridad

Es el principal desafío que se cumpliría con la implementación de una flota de volquetes autónomos. La sustitución del operador dentro de cabina se traduce en: disminución del número de eventos por actos sub-estándares, menores pérdidas debido a incidentes con volquetes, reducción de inversión por dispositivos de detección de fatiga o somnolencia, entre otros.

Antecedentes estadísticos

De acuerdo con el análisis desarrollado por Patterson (2008), de 508 incidentes con alto potencial de riesgo en minas australianas, el 94% se produjo a causa de actos subestándares. La cifra mostrada no está distante de la realidad peruana.

La línea base de accidentes con volquetes en mina Cuajone fue recopilada entre 2010 y marzo de 2019, en este de tiempo se registraron 96 accidentes, cuyo costo directo asciende a US$ 1.4 millones. Con un sistema de acarreo autónomo, podría haberse evitado los 75 eventos (78%) que fueron causados por actos subestándares (ver Figura 2).

Es necesario describir la razón por la cual el 22% de los accidentes no se consideraron evitables con un sistema de acarreo autónomo. Para tal propósito, se revisó información de cada unidad minera a nivel mundial que cuenta con volquetes autónomos. El resumen se lista en la Tabla 1. 

Como se puede concluir, aún existen oportunidades de mejora y condiciones que no solo involucran al volquete autónomo, sino al sistema en su conjunto como: cobertura de la red de comunicaciones, mantenimiento de las vías de acarreo, condiciones climatológicas extremas, entre otros.

Sistemas de seguridad

Entre los sistemas que actualmente se instalan en los equipos de acarreo para mitigar, prevenir y alertar los eventos con potencial de pérdida, se destacan tres: parachoques articulados, sistema antifatiga y sistema anticolisión.

De la revisión de accidentes en mina Cuajone, se tiene como tendencia los accidentes que involucran la colisión de dos volquetes a baja velocidad, ya sea por distracción o fatiga; debido a ello se evalúa la implementación de parachoques articulados con la finalidad de mitigar el impacto de una colisión (ver Tabla 2).

El avance tecnológico en dispositivos de seguridad para detectar fatiga y somnolencia en los operadores es ya una realidad; sin embargo, aún están en proceso de mejora. Existen soluciones como: detectores faciales dentro de cabina; cascos, chalecos y pulseras inteligentes; etc. La Tabla 3 muestra el costo aproximado de añadir un dispositivo que detecta y alerta si un conductor está fatigado para operar el equipo bajo su responsabilidad.

Adicionalmente, otra barrera que advierte la posible ocurrencia de eventos es el sistema anticolisión (ver Tabla 4). Este sistema no es invasivo, por lo cual no se garantiza la completa prevención de eventos con volquetes.

Estos tres sistemas de seguridad implican una inversión de US$ 60,000 por volquete tripulado, los cuales reducen la probabilidad y severidad de los riesgos asociados con la operación de acarreo. 

El impacto en seguridad por la implementación de volquetes autónomos es positivo, la revisión de antecedentes entrega resultados optimistas y nuevos retos para la industria.

Plan de producción

Los planes de minado plantean objetivos de producción de la unidad minera y proponen las estrategias para cumplirlos con efectividad (eficiencia y eficacia) dentro de los plazos comprometidos, alcanzando las topografías proyectadas y empleando de la mejor manera los recursos disponibles.

Las reservas oficiales de mina Cuajone, al 31 de diciembre de 2018, totalizaban 6,442 Mt de material, dentro del cual se incluyen 4,638 Mt de desmonte total.

Para garantizar la seguridad de la operación, la flota de volquetes autónomos debe tratarse como un sistema independiente, evitando la interacción con otros equipos tripulados. Debido a ello, las fases que podrían adaptarse a un acarreo autónomo son: 8, 9, 10 y 11 (ver Figura 3).

El material total de desmonte dentro de las fases mencionadas se muestra en la Tabla 5. 

El desmonte total minable con volquetes autónomos es 1,581 millones de toneladas.

Para evitar la interacción con otros equipos y áreas congestionadas, el nivel 3460 es la cota más profunda hasta la cual se puede acarrear material de desmonte con flota autónoma, ya que a partir de este banco es más económico hacerlo al depósito Torata Oeste (ver Figura 4).

Para cumplir con el plan de desbroce de los próximos 15 años de mina Cuajone de las fases 8, 9, 10 y 11, se requiere el perfil de equipos de acarreo tripulados mostrados en la Figura 5.

Se contempla utilizar volquetes tripulados de 290 toneladas durante los primeros 7 años, estos equipos adquiridos años atrás serían convertidos a autónomos y usados hasta culminar su vida útil.

Por otro lado, para completar el mismo objetivo, pero con una flota de acarreo autónomo, el perfil de requerimiento de volquetes se representa en la Figura 6.

En caso optar por el proyecto de cambiar gradualmente parte de la flota de acarreo a un sistema autónomo, se emplearía en promedio dos volquetes menos por periodo.  

La opción elegida por mina Cuajone es la de volquetes autónomos híbridos; debido a que, con las condiciones actuales, debajo del nivel 3460 se requiere que estos vuelvan a operar con sistema tripulado.

Productividad

Es el tercer beneficio al cual se orientan los esfuerzos de la implementación de volquetes autónomos. Como se manifiesta en diversas publicaciones: si se tiene un sistema ineficiente, se automatiza un sistema ineficiente.

En primer lugar, se analizan las demoras propias de cada sistema de operación de volquetes: tripulado e híbrido. El primer gráfico circular de la Figura 7 muestra el promedio de demoras típicas de la operación de volquetes en mina Cuajone de un trimestre del 2018, las cuales suman 188 minutos (3.13 h) por día. El siguiente gráfico, muestra el promedio estimado de las demoras típicas de un sistema de acarreo híbrido, totalizando 63 minutos (1.05 h) por día.

Es oportuno resaltar que hay demoras no cuantificadas que impactan positivamente a favor del sistema autónomo, como: demora por condiciones climatológicas (neblina), demora por alerta de fatiga, paralizaciones por huelga, incidentes por malas maniobras, entre otras.

De la Figura 7, se puede concluir que el uso de volquetes autónomos en mina Cuajone incrementaría la utilización en 2 horas/día.

Por consiguiente, se realizó una simulación para contrastar un día cualquiera de operación de una flota de volquetes tripulados de mina Cuajone, versus la misma flota en condición autónoma, tomando en cuenta las demoras típicas de este tipo de sistema.

La Figura 8 muestra el perfil de producción horaria que realiza una flota tripulada en mina Cuajone, se evidencian valles debido al descanso por rancho y cambios de guardia; adicionalmente se observa una tendencia de trabajo errática.

En contraste, la Figura 9 representa el perfil de producción horaria de la misma flota, pero con sistema de operación autónomo.

La implementación de volquetes autónomos incrementaría la productividad en 13%. Asimismo, la producción se mantendría constante a lo largo de las guardias.

Costo operativo total

Luego de calcular el requerimiento de inversiones en volquetes para el desbroce de las fases 8, 9, 10 y 11 de mina Cuajone, se procederá con el análisis de costos que implica realizar este plan implementando flota autónoma.

Este costo total será la suma de inversión de capital y costos operativos, los cuales servirán para comparar el acarreo de desmonte usando sistemas tripulados versus s autónomos en mina Cuajone.

Costo de capital

Debido a políticas de confidencialidad, los valores de las inversiones requeridas son referenciales, ver Tabla 6, donde el costo de adquirir un volquete incluye sus seis neumáticos.

En el análisis llevado a cabo para mina Cuajone, se consideró la adquisición de volquetes autónomos de fábrica con la opción de ser híbridos para ingresar a servicios o talleres; y luego de un periodo operar en modo tripulado. 

Costo de operación

Este acápite presenta supuestos razonables de costos operativos en función a experiencias compartidas tanto por proveedores como por compañías que hoy en día llevan trabajando con flota de acarreo autónoma.

En primer lugar, la Tabla 7 muestra los supuestos operativos considerados.

En segundo lugar, la Tabla 8 presenta el requerimiento anual de personal necesario para el control y soporte del sistema.

En tercer lugar, la Tabla 9 despliega datos económicos con los cuales se complementa el análisis económico.

La información presentada es referencial para llevar a cabo el análisis comparativo. Para el caso de los neumáticos, se consideran dos modelos debido a las dos flotas evaluadas. Con respecto a los conductores por volquete debe entenderse que por día operan dos personas (una por turno), además se tiene un operador de días libres y otro que puede ser asignado al volquete en caso de ausentismo.

Como resultado del análisis empleando la información presentada anteriormente, se obtienen los resultados de la Tabla 10.

Con el sistema de acarreo autónomo se evidencia un ahorro actual neto de US$ 18 millones. Además, el costo total se ve reducido en 5%.

El ahorro calculado se ve impactado por la inversión inicial, ya que independientemente de los volquetes autónomos que se adquieran, la central de soporte mantiene su cantidad. La Figura 10 muestra la evolución de costos totales.

Es importante destacar que, para esta evaluación se desbrozan 591 Mt (37% del material total minable con flota autónoma en las fases 8, 9, 10 y 11). No se consideró el ahorro por sistemas adicionales de seguridad ni por accidentes evitados.

Impactos de la tecnología autónoma

La revolución tecnológica que genera la implementación de una flota autónoma, en lugar de sustituir recursos, los potencia y mejora para lograr la excelencia operacional.

En este capítulo se describirán los impactos de adquirir volquetes autónomos y operarlos en mina Cuajone, específicamente en el modelo de gestión, infraestructura y responsabilidad social.

Modelo de gestión

La estructura organizacional de la unidad Cuajone emplea solo en operaciones mina a más de 400 personas, las cuales se desempeñan en función al modelo de gestión resumido en la Figura 11.

Pese al requerimiento de volquetes para acarrear desmonte mostrado en el capítulo anterior, debe tomarse en consideración que los equipos de mina Cuajone ascienden a 45 volquetes, 6 palas eléctricas, 6 perforadoras eléctricas, 2 cargadores de gran capacidad y cerca de 60 equipos auxiliares.

El organigrama de gestión crecería para contar con la flota de volquetes autónomos necesarios, operando bajo un sistema autónomo híbrido (ver Figura 12).

Para la implementación de esta tecnología en mina Cuajone, se debe tener en cuenta los riesgos potenciales de operar con sistemas de acarreo autónomo, para ello se enumerarán algunos de los escenarios obtenidos del Safe Mobile Autonomous Mining in Western Australia (2015):

ν Ingreso de personal o equipos no autoriza-dos dentro del área autónoma.

ν Errores humanos que dirigen a un volquete autónomo a áreas no autorizadas o de alto riesgo (ejemplos: no actualizar la información de rutas a los volquetes autónomos, pulsar alguna condición de alarma, etc.).

ν Error en el seteo de velocidades al no considerar las tolerancias operativas.

ν Falla en el sistema de comunicación entre sensores del equipo autónomo.

ν Pérdida de control durante el movimiento de un volquete autónomo (deslizamiento o derrapamiento).

ν Interacción autónoma en tráfico (falla en convertir una intersección virtual a una real en el terreno).

ν Fallas en la transición de operación del volquete autónomo a tripulado.

ν Interacción con personas, paredes, etc.

ν Incendios dentro de volquete.

Infraestructura

La principal infraestructura que debe ser implementada en mina Cuajone es una red robusta y validada, capaz de dar cobertura a todas las áreas sobre las que transitarán los volquetes autónomos.

De acuerdo con las mejores prácticas para diseñar una red inalámbrica enumeradas por Guillaumot (2019) se tiene:

ν Redundancia: la comunicación es requerida en tiempo real, sin retrasos ni interferencias.

ν Agilidad: la red de comunicación debe ser diseñada no solo para suplir las necesidades de este año; sino, en un horizonte de largo plazo.

ν Escalable: debe tener un ancho de banda capaz de adicionar nuevos equipos, nuevos sistemas y nuevas tecnologías.

ν Rendimiento: se transmite información, cada vez esta es mayor, se acumula y evoluciona como transmisiones de cámaras (audio y video); la red debe ser capaz de soportar incrementos drásticos de capacidad de información transmitida.

ν Desempeño y monitoreo: puede entenderse como una combinación de los puntos anteriores; sin embargo, el desempeño depende en gran magnitud de la calidad del diseño y su mantenimiento. 

En un horizonte mayor de tiempo, el uso de flota autónoma conllevaría a tener fases de minado con rampas más angostas, favoreciendo a tener un mayor aprovecha-miento de las reservas mineras, conforme a los resultados de Redwood (2018) en Autonomous Haulage Systems Financial Model Assessment.

Responsabilidad social

El requerimiento de profesionales para una operación minera con sistemas de acarreo autónomo se verá incrementado, en particular con aquellas carreras relacionadas con mecatrónica, electrónica, sistemas, confiabilidad y aquellas que surgieron en estos últimos años: ciberseguridad, Big Data, Cloud Computing, simulación, etc. En resumen, los roles requieren de diferentes competencias, como conocimientos y habilidades en ciencias, matemáticas y aptitudes usando tecnología de la información (McNab, et al. 2013).

En el largo plazo, de acuerdo con The Sydney Morning Helard (2019) se puede tomar como referencia el conocimiento y experiencia obtenida de la operación de volquetes autónomos en minería y poner esa información al servicio de la sociedad como plantea hacerlo Fortescue Metals Group (FMG) con la apertura de un centro de investigación y desarrollo para el tráfico en la localidad de Karratha (Australia).

Conclusiones

1. La implementación de volquetes autónomos reduce a cero los accidentes incapacitantes.

2. En Cuajone (2010 – marzo 2019) el 78% de todos los accidentes relacionados con volquetes fueron por actos subestándares, estos también serían reducidos a cero.

3. Las fases de minado están preparadas para la implementación de flota autónoma.

4. Usando un sistema de acarreo autónomo, se estima cumplir el plan de desbroce de las fases 8, 9, 10 y 11 de mina Cuajone con dos volquetes menos.

5. La utilización efectiva por cada volquete aumenta en promedio dos horas por día con la implementación de volquetes autónomos.

6. La productividad por día con una flota autónoma se incrementaría en 13%.

7. El costo total se reduce en 5%, incluyendo todas las inversiones para la puesta en marcha del proyecto y los costos operativos.

Recomendaciones

1. El inminente cambio generacional debido a la operación de acarreo con volquetes autónomos, demandará la inclusión de profesionales calificados y expertos en materias relacionadas con tecnología.

2. Mina Cuajone debe implementar una red de comunicaciones suficiente y capaz de dar cobertura a la mina, para garantizar el mejor desempeño de la flota autónoma.

3. La gerencia de mantenimiento debe estar preparada para garantizar la confiabilidad y disponibilidad de los volquetes cuando se incorpore la flota autónoma.

4. El mantenimiento de los puntos de carga, descarga y las vías de acarreo debe realizarse con equipos auxiliares controlados a control remoto. 

Bibliografía

Burton, M. 2019. Australian miner Fortes-cue says two driverless trucks involved in low-speed incident. Reuters. En: https://www.reuters.com/article/us-australia-fortescue-autonomous/australian-miner-fortescue-says-two-driverless-trucks-involved-in-low-speed-incident-idUSKCN1Q408G [Visitado: 17 de marzo de 2019]

Department of Mines, Industry Regulation and Safety. 2018. Autonomous truck significantly damaged by lightning strike. Significant Incident Report No. 260. En: http://www.dmp.wa.gov.au/Documents/Safety/MSH_SIR_260.pdf [Visitado: 11 de marzo de 2019]

Department of Mines and Petroleum. 2015. Collision between an autonomous haul truck and manned water cart. Significant Incident Report No. 226. En: http://www.dmp.wa.gov.au/Documents/Safety/MS_SIR_226_Collision_between_an_autonomous_haul_truck_and_manned_water_cart.pdf [Visitado: 11 de marzo de 2019]

Department of Mines and Petroleum. 2015. Safe mobile autonomous mining in Western Australia - Code of Practice. Resources Safe-ty, Department of Mines and Petroleum, Western Australia. En: http://www.dmp.wa.gov.au/Documents/Safety/MSH_COP_SafeMobileAutonomousMiningWA.pdf [Visitado: 21 de diciembre de 2018]

Gaete, P. 2008. Mina Gaby de Codelco sufre accidentes con camiones autónomos Komatsu. BNamericas. En: http://www.bnamericas.com/es/news/mineria/Mina_Gaby_de_Codelco_sufre_accidentes_con_camiones_autonomos_Komatsu [Visitado: 10 de marzo de 2019]

Guillaumot, M. 2019. Enabling your Digital Mine with sound Wireless Network Design Principles. En: https://www.linkedin.com/pulse/enabling-your-digital-mine-sound-wireless-network-maxime-guillaumot/

[Visitado: 20 de marzo de 2019]

McNab, K., Onate, B., Brereton, D., Horberry, T., Lynas, D. and Franks, D.M. 2013. Exploring the social dimensions of autonomous and remote operation mining: Applying Social License in Design. Centre for Social Responsibility in Mining and the Minerals Industry Safety and Health Centre, Sustainable Minerals Institute, The Univer-sity of Queensland, Brisbane. En https://www.csrm.uq.edu.au/media/docs/435/exploring-the-social-dimensions-of-autonomous-remote-operation-mining.pdf [Visitado: 21 de diciembre de 2018]

Minería Chilena. 2008. Codelco detiene faena de camiones autónomos nuevos tras sufrir fallas. Grupo Editorial Editec. En: http://www.mch.cl/2008/02/20/codelco-detiene-faena-de-camiones-autonomos-nuevos-tras-sufrir-fallas/  [Visitado: 10 de marzo de 2019]

Peña, E. 2018. Presentación: Evaluación de volquetes autónomos. IV Comasurmin 2018.

The Sydney Morning Helard. 2019. FMG takes driverless vehicles out of the pit and onto the streets of Karratha. En: https://amp.smh.com.au/business/companies/fmg-takes-driverless-vehicles-out-of-the-pit-and-onto-the-streets-of-karratha-20190321-p516da.html [Visitado: 21 de marzo de 2019]

Tong, J., Vigil, Crystian. 2017. Impleme-ntación del sistema antifatiga GuardVant para la prevención de accidentes laborales en el área de operaciones Mina de la Unidad Minera Cuajone, Moquegua, 2016. Uni-versidad Tecnológica del Perú, p. 79-81.

Zhou, V. 2019. BHP autonomous trucks collide in the Pilbara. Australian Mining. En: https://www.australianmining.com.au/news/bhp-trucks-collision-at-jimblebar-leaves-no-injury/  [Visitado: 19 de marzo de 2019]


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