Nueva tecnología de automatización: Validación del sistema de navegación y carguío autónomo para LHDs

El proceso productivo del cobre consiste fundamentalmente en la extracción del mineral, su transporte y procesamiento. Dado que las etapas de transporte y procesamiento están generalmente sobredimensionados, la cantidad de cobre producido depende en mayor medida de la capacidad de extracción disponible.

En minería subterránea, tanto en la mediana como en la gran minería, las máquinas indispensables para la extracción del material son los cargadores frontales de bajo perfil, conocidos también como LHD (en inglés Load-Haul-Dump). Estos vehículos de cuatro ruedas cuentan con una articulación central accionada hidráulicamente y con un mecanismo de pala con dos grados de libertad, ubicado en el frente, muy similar a un cargador frontal, pero de bajo perfil, lo que le permite moverse en espacios reducidos (como son los túneles de baja altura). Su función consiste en cargar material (load), típicamente de propiedades granulares, como tierra, piedras o roca fragmentada, transportarlo (haul) y depositarlo (dump) en un lugar de destino. Los equipos LHD son la base del proceso de extracción de material en las minas subterráneas, por lo que la eficiencia de este proceso depende en gran medida del rendimiento de estos equipos.

La automatización de maquinaria minera es una tendencia que ha cobrado mayor importancia con el transcurso del tiempo, principalmente por el ambiente peligroso, impredecible e inhóspito en el que deben ser manejadas, lo que genera una serie de riesgos para los operadores de los equipos. A ello se suman los potenciales beneficios económicos, por el aumento del factor de utilización, la reducción del desgaste de los componentes y la operación más eficiente de la máquina, que hacen del concepto de la minería autónoma una promesa atractiva[1].

El sistema de automatización desarrollado por AMTC permite que el vehículo realice de forma autónoma las dos tareas más importantes de estos equipos: desplazarse de un lugar a otro y cargar material en su pala. Asimismo, el mecanismo posibilita que el operador no tenga que estar constantemente manejando el equipo, sino únicamente supervisando su operación, por lo que un solo trabajador puede supervisar una flota de LHDs y sólo intervenir en su operación en caso de una situación particular.

[1] En el Roadmap Tecnológico 2015-2035 del Programa Nacional de Minería Alta Ley se identifica la línea de I+D “Automatización y Operaciones Autónomas” como una de las prioritarias del Núcleo Traccionante “Operaciones y Planificación Minera”. Además, este roadmap identifica como una de sus prioridades estratégicas la de “Minería Subterránea: Desarrollo de una minería profunda a gran escala”, donde uno de los componentes identificados como esenciales es el de “Desarrollo de equipos autónomos paras las etapas de preparación y explotación de la mina subterránea” y otro el de “Automatización y Robotización”.

El desarrollo del sistema comenzó en un ambiente tridimensional simulado y la primera funcionalidad en ser implementada fue la navegación autónoma. Los primeros dos años de desarrollo de la innovación fueron íntegramente generados y probados de esta forma.

En el caso del carguío autónomo, la dificultad de emular de forma realista las características dinámicas de un punto de extracción o de una pila de acopio con alta variabilidad en su granulometría, imposibilitan probar el sistema en un ambiente simulado. En consecuencia, el equipo de profesionales dedicados al proyecto adaptó una maqueta a escala 1:5 para realizar experimentos en laboratorio. En este formato se validaron las primeras versiones de los algoritmos de excavación, detección de sobretamaños y caracterización tridimensional del material de acopio.

Posteriormente y gracias al apoyo de GHH Chile, filial chilena del fabricante alemán GHH FAHRZEUGE, se instaló el sistema en un LHD industrial de 11 toneladas. Se utilizó un terreno de pruebas en superficie, en el que se instalaron una serie de mallas que emulaban las características de una galería o túnel de minería subterránea, y de esta forma fue posible realizar pruebas y ajustes al sistema de navegación autónoma.

Las pruebas industriales del sistema de navegación, como el de carguío, se realizaron en la Mina 21 de Mayo, una faena de escala mediana y explotación por sub level stoping, de propiedad de la Compañía Minera San Gerónimo, ubicada en la comuna de Vicuña, en la Región de Coquimbo.

El pilotaje tuvo una duración total de 7 meses, divididos en dos etapas durante las cuales se realizaron ajustes significativos al sistema. La primera fase se desarrolló entre septiembre de 2017 y enero de 2018. El primer mes de pruebas se ejecutó en superficie y posteriormente dentro de una galería de 400 metros de largo en cuyo extremo se encontraba un caserón. La segunda etapa de pruebas se realizó desde septiembre de 2018 a enero de 2019, en la misma galería. Durante la primera parte, el material que se extraía del caserón se depositaba en un punto de acopio; mientras que en la segunda, el material se disponía en un pique de traspaso.

Las pruebas de validación industrial permitieron probar y validar el conjunto de sistemas de automatización para LHDs desarrollado por AMTC.

Validación de la navegación autónoma | Se logró que el equipo LHD se trasladara en modo autónomo y de forma consistente, en un túnel estrecho, irregular y sin carpeta de rodado, a través de una galería de 250 metros de longitud desde el punto de entrada hasta el caserón y viceversa.

Validación del carguío autónomo | Se consiguió una tasa de 73% de cargas exitosas, sin intervención del operador, en un caserón de producción, estrecho y de difícil acceso (en curva).

En 2019 se solicitaron 3 patentes al Instituto Nacional de Propiedad Intelectual (INAPI), relacionadas con el sistema de automatización para LHDs. De éstas, la patente del Método de carguío autónomo para cargadores frontales está ya concedida y registrada con el Nº 58331 de INAPI; y las otras dos solicitudes se encuentran en trámite.

También se realizaron 3 registros de software (en los años 2016, 2018 y 2019) en el Registro de Propiedad Intelectual del Servicio Nacional del Patrimonio Cultural (Dibam). Actualmente, AMTC está negociando con distintas empresas para licenciar y transferir la tecnología, tanto la solución completa así como sus componentes en forma individual: navegación autónoma, carguío autónomo y teleoperación asistida.