Quando a maioria das pessoas pensa em operações autônomas de lavra subterrânea, geralmente é da perspectiva de um equipamento ou sistema, ou seja, uma área de uma mina — geralmente em um ambiente de produção — que opera sem a presença física de humanos. Operações como estas já são possíveis há algum tempo e seriam classificadas como nível três, “condicionalmente autônomas”, no Modelo de Maturidade de Automação de Mineração da GMG. Entretanto, para que uma operação seja classificada como “altamente” ou “totalmente” autônoma (nível quatro ou cinco, conforme definido pelo GMG), é necessário que ela seja executada sem a participação de pessoas e suas tomadas de decisão.
Os sistemas com esta capacidade também são classificados como nível seis, “altamente automatizados”, segundo o Modelo de maturidade da GMG para sistemas de controle de intervalo curto (SIC) (ver figura 1). Essas tecnologias permitem que um coordenador centralizado otimize equipamentos e atividades em relação a funções como manutenção, planejamento de lavra e logística, proporcionando melhorias na precisão, eficácia e velocidade da coordenação de atividades em toda a operação.
Para a maioria das minas, operações e sistemas como esses ainda são um sonho. Mas, para operações de mineração em massa, como abatimentos de blocos e painéis, a produção totalmente autônoma é uma possibilidade tangível hoje; tecnologias que podem fornecer vantagens significativas já existem e, quando as soluções e os fornecedores certos se combinam, essas vantagens podem ser alcançadas.
Mineração contínua proporciona autonomia total
Abatimentos em blocos são geralmente ativos de grande porte e longa vida útil. A alta velocidade, o alto volume e a natureza repetitiva das atividades de produção – por exemplo, carregamento em pontos de extração e transporte em rampa com caminhões – significa que elas desempenham bem a operação altamente ou totalmente autônoma, assim como a pegada operacional relativamente estável (embora isso se desenvolva e se expanda ao longo do tempo). Essa estabilidade significa que um sistema de produção autônomo pode ser configurado e ajustado para desempenho ideal, assim como integração com outros sistemas e funções da mina, por exemplo, planejamento e sequenciamento.
Na prática, um sistema como esse pode compreender uma frota de pás carregadeiras e caminhões autônomos que são dinamicamente despachados para diferentes pontos de extração e passagens de minério, dependendo do estado do abatimento em tempo real e de sua conformidade com o plano da lavra. Também pode incluir equipamentos auxiliares, como aspersores de água que são operados de forma autônoma quando os níveis de poeira excedem um certo limite, ou rompedores que são acionados quando um material de tamanho muito grande é detectado em um ponto de extração.
Em comparação, as operações que usam métodos de mineração, como realces em subníveis, tendem a ser mais dinâmicas e, como tal, quando a autonomia é introduzida, o foco provavelmente estará em uma área menor da operação, visando uma configuração rápida e consistência operacional. Um bom exemplo é um circuito de caminhões: caminhões autônomos circulam entre as pás carregadeiras e a passagem de minério, em uma rota predefinida e com supervisão humana.
Ty Osborne, Diretor Interino de Linha de Produtos e Projetos de Automação Global, Unidade de Negócios de Automação da Sandvik Mining and Rock Solutions, explicou: “minas diferentes usam métodos de extração diferentes e se adaptam a diferentes níveis de autonomia. Atualmente, apenas algumas minas utilizam sistemas altamente ou totalmente autônomos. No entanto, estamos vendo um interesse crescente nessas tecnologias.”
“Um dos nossos primeiros casos de uso para autonomia total em um ambiente de mineração em massa foi na mina de abatimento de blocos de um cliente em NSW, na Austrália. Isso foi introduzido há 10 a 15 anos e, muitas vezes, quando mostrávamos aos clientes em potencial o que havia sido alcançado ali, ouvíamos: “Isso é ótimo, mas não vai funcionar em minha mina”. Naquela época, o setor não estava sob as mesmas pressões em termos de escassez de talentos e produtividade. À medida que uma nova geração de líderes e colaboradores vem surgindo, estamos vendo uma mudança nesse pensamento existente. As pessoas agora estão perguntando “como podemos fazer esses sistemas funcionarem para nós?' Isso é realmente encorajador.”
Construindo sistemas de produção totalmente autônomos
A mineração totalmente autônoma requer hardware – caminhões e pás carregadeiras autônomos – assim como software e uma comunicação e rede confiáveis. Por exemplo, a oferta AutoMine® Core da Sandvik é uma plataforma de autonomia holística que fornece vários níveis de interoperabilidade para frotas de OEMs da Sandvik e de terceiros. Os principais módulos incluem o AutoMine® Fleet Manual Production Monitoring (MPM) e o AutoMine® Access Control System (ACS), que supervisiona a segurança funcional. O AutoMine® Traffic Management System orquestra os movimentos da frota, e a integração com os controles SCADA permite a comunicação bidirecional com outros equipamentos e sistemas de mineração, como iluminação e aspersores de água.
“O AutoMine® foi um dos primeiros sistemas autônomos para lavras subterrâneas, embora agora também possa ser aplicado em operações de mineração a céu aberto”, disse Osborne. “Ele foi desenvolvido originalmente para automatizar a frota de caminhões na mina da África do Sul, e continuamos a desenvolver a plataforma desde então.”
Um dos recursos mais recentes que é essencial para uma mineração em massa totalmente autônoma é o Flexible Safety Zone. Isso permite que equipamentos de mineração autônomos operem continuamente na área automatizada, ao mesmo tempo em que permitem interseções com equipamentos manuais, possibilitando que equipamentos manuais cruzem rotas de equipamentos automatizados e compartilhem pontos de deposição ou carga. O AutoLoad 2.0 também foi introduzido em junho de 2023. Isso permite que os operadores “ensinem” às pás carregadeiras diferentes perfis de carregamento para cada ponto de extração, eliminando a necessidade de auxiliar na carga da concha durante o processo de remoção. O AutoLoad essencialmente fecha o ciclo de produção autônomo, o que significa que agora um operador pode operar cinco ou seis máquinas simultaneamente.
O AutoMine® foi implantado em mais de 20 operações de mineração em massa no mundo todo e em mais de 100 operações no total. A Northparkes Operation da Evolution Mining, uma mina de cobre e ouro, opera sua lavra por abatimento E48 desde 2010 usando pás carregadeiras elétricas. A mina produz 6 Mt/ano usando o AutoMine® e obteve melhorias significativas em seus custos operacionais desde a implementação do sistema. Uma antiga mina em Nova Gales do Sul (NSW), Austrália, usa a solução MPM da Sandvik, que faz parte da plataforma AutoMine® Core.
“Nesta mina, o AutoMine® está integrado com o Software de suporte à decisão baseado em otimização ORB da Polymathian”, explicou Osborne. “Os sistemas estão sendo executados em uma frota de máquinas de concorrentes tripuladas. O AutoMine® realiza rastreamento de alta precisão de veículos e materiais e gera relatórios sobre os ciclos reais. O ORB então usa esses dados para entender o estado da lavra por abatimento, atualizar o desenho do abatimento e fornecer novas ordens de despacho aos operadores.”
O AutoMine® atingiu recentemente um marco de segurança de mais de sete milhões de horas de trabalho sem acidentes com afastamento (LTI) em todo o mundo. Osborne disse que esse sucesso pode ser atribuído, em parte, aos serviços de ciclo de vida abrangentes prestados pela Sandvik.
“Não estamos apenas agregando valor às operações através de implementações de sistemas, mas também à força de trabalho, desenvolvendo sua expertise e confiança em sistemas autônomos”, disse ele. “A gestão de mudanças e a qualificação são uma parte importante das implantações de autonomia bem-sucedidas. Ela garante que quando o sistema entrar em operação não haja perdas de produção.”
A tomada de decisão automatizada eleva a autonomia
Em fevereiro de 2023, a Sandvik concluiu a aquisição da empresa especialista em matemática industrial, a Polymathian. A empresa agora faz parte da Deswik, cujo conjunto integrado de soluções de software permite planejamento, sequenciamento e execução eficazes de operações de mineração em massa, ao mesmo tempo em que desbloqueia níveis mais altos de autonomia através da tomada de decisão automatizada e otimizada.
Steven Donaldson, Diretor Técnico – ORB, explicou: “A tomada de decisão automatizada permite uma mudança na maneira como as minas operam, porque elimina a necessidade da tomada de decisão humana em funções como planejamento, sequenciamento e despacho. Quando combinada com algoritmos de otimização, ela permite que o melhor plano ou cronograma possível seja gerado, mediante os objetivos e restrições da lavra. A tomada de decisão automatizada pode ser aplicada a frotas operadas manualmente, assim como a frotas autônomas, mas uni-la à autonomia pode gerar ganhos impressionantes no rendimento do abatimento e na utilização da frota.”
Ele acrescentou que essa capacidade é exclusiva dos sistemas SIC de nível seis, conforme definido pelo modelo de maturidade GMG – no momento em que este artigo foi escrito, a Sandvik era o único fornecedor cujas tecnologias forneciam isso.
O ORB foi desenvolvido em 2013 pela Polymathian para ajudar uma mina de cobre e ouro na Austrália a resolver um gargalo de sequenciamento. Nesse caso, a produtividade do abatimento foi limitada pela produtividade das pás carregadeiras da operação.
“A equipe da mina já havia usado um sistema de despacho dinâmico em sua operação a céu aberto e estava procurando uma solução semelhante para auxiliar a produtividade no subterrâneo”, explicou Donaldson. “É um problema muito diferente, mas realizamos análises para entender exatamente o que estava atrasando a produtividade e criamos um algoritmo de otimização que usa dados em tempo real para tomar decisões de sequenciamento, no intuito de aliviar o gargalo e minimizar o tempo de inatividade.
“O sistema é integrado à ferramenta MPM do AutoMine® Core para coletar dados de alta qualidade sobre a frota e as movimentações de materiais, o que significa que também conseguimos otimizar a conformidade com o plano da lavra. No geral, a mina obteve um aumento de 20% na produtividade e o sistema tem sido usado desde então junto com pás carregadeiras autônomas.”
Após esse sucesso, o ORB foi implantado na mina de diamantes de Argyle da Rio Tinto na Austrália Ocidental, que estava enfrentando problemas com convergência e material escavado úmido. Lá, a questão não era apenas otimizar o rendimento, mas garantir que o material certo fosse extraído no momento certo para fornecer uma combinação que mantivesse o britador primário funcionando. A mina teve uma melhoria de 7% na tonelagem em relação às trocas de turno. Desde então, o ORB também foi implementado em vários locais no mundo, incluindo a mina de cobre e ouro de Oyu Tolgoi da Rio Tinto, na Mongólia, onde é usado junto com o AutoMine® para despacho totalmente autônomo e para gerenciar a extração de lavras por abatimento. Desde o seu início, o ORB recebeu uma série de atualizações e suas aplicações foram expandidas para abranger o abatimento em subníveis e outros métodos de mineração, assim como recursos de blendagem de abatimentos. A ferramenta pode agregar valor de três maneiras: melhorando a conformidade, melhorando o rendimento e por meio da captura de dados e monitoramento de abatimento; cada uma delas pode ser executada de forma independente ou simultaneamente para maior valor.
Possibilitando futuras operações de abatimento
“O ORB e AutoMine® já estão sendo utilizados em conjunto”, disse Donaldson. “Essa é uma integração plug-and-play e há vários benefícios. Por exemplo, o ORB pode fornecer despacho automatizado em um ambiente de produção para equipamentos autônomos. Os dados também podem ser extraídos dos equipamentos Sandvik e trazidos para o ORB através do AutoMine® para fins de relatórios.”
Com o tempo, essas integrações serão expandidas para abranger outras soluções e tecnologias líderes do setor no portfólio da Sandvik. Por exemplo, o Deswik.OPS, que é uma ferramenta colaborativa de planejamento de curto prazo e execução de turnos para monitorar e gerenciar a conformidade, usada por minas como a de Oyu Tolgoi, pode ser integrado ao AutoMine® e ao ORB para gerenciar dinamicamente a execução e o desenvolvimento de lavras por abatimento.
Por exemplo, vincular esses sistemas ao aplicativo OPS Operator proporcionaria captura automatizada de dados de produção, assim como informações sobre o status da máquina, do operador e da localização. Isso permitiria um replanejamento altamente eficaz em todas as partes das operações de exploração de lavras por abatimento, não apenas na produção. Mais adiante, embora igualmente importantes, soluções de planejamento de avanço de lavras, como o Deswik.Spatial, Deswik.Planning e Deswik.Caving, também poderiam ser adicionadas.
Os especialistas no AutoMine® da Sandvik também estão trabalhando para combinar sistemas com outras soluções digitais e independentes de OEM da Sandvik na Newtrax, uma linha de produtos dentro da Unidade de Negócios de Automação, na divisão de Tecnologias Digitais de Mineração. A Newtrax é especializada em fornecer soluções de segurança e produtividade independentes de OEM para minas subterrâneas, incluindo rastreamento de pessoal e veículos, detecção de proximidade e integridade e produtividade das máquinas. Isso pode beneficiar minas autônomas em massa de diversas maneiras. Por exemplo, monitorando pessoas e veículos fora das áreas de produção autônomas para otimizar decisões em tempo real diante de imprevistos, como a quebra de uma máquina autônoma, permitindo que os técnicos direcionem rapidamente a equipe de serviço mais próxima para restaurar seu funcionamento. O novo Sistema de Prevenção de Colisões da empresa com capacidades de intervenção veicular também está sendo desenvolvido para integração total com o AutoMine®, a fim de permitir uma operação segura e produtiva entre veículos autônomos e pedestres.
Outra ocorrência comum em operações de abatimento são os “hang-ups” – materiais superdimensionados bloqueando uma galeria ou ponto de extração que precisam ser quebrados ou detonados antes que a produção possa continuar. Ao integrar as tecnologias Newtrax com AutoMine® e ORB, o rompedor mais próximo pode ser rapidamente identificado e despachado de forma autônoma para resolver o problema.
“A integração de todo o conjunto de tecnologias da Sandvik pode produzir algumas possibilidades realmente interessantes em termos de autonomia”, disse Osborne. “Por exemplo, alavancar tecnologias, como as da Deswik e da Newtrax, poderia ajudar a criar ambientes de tráfego misto controlado.
“Embora a Sandvik seja líder em autonomia subterrânea para mineração em massa, percebemos que provavelmente não somos o único fornecedor que trabalha em lavra por abatimento de blocos. Nosso objetivo é criar uma plataforma de mineração interoperável e totalmente autônoma com otimização de ponta a ponta, desde o planejamento até o despacho e a execução. Por meio dessa visão, estamos lançando as bases para os próximos 20 a 30 anos de produção segura e sustentável de minerais e metais.”
Donaldson concordou: “as lavras por abatimento que estão sendo desenvolvidas hoje são mais quentes, mais profundas e mais desafiadoras do que nunca, do ponto de vista geotécnico. A autonomia total é o que tornará essas operações viáveis, não apenas do ponto de vista de segurança e produtividade, mas também financeiramente. Essas são tecnologias facilitadoras nesse aspecto.”