李国清等：地下金属矿山采掘作业计划优化模型 ·343· 求，但是作业计划涉及许多复杂工序与作业单元，传统 务流程如图1所示. 的车间一工段长一班组长的作业管理模式下，作业计 出矿量指标 划排产、生产组织调配等环节强烈依赖于人工经验，生 产的随意性强，这必然无法满足矿山高强度、大规模、 集团公司 品位指标 高效率开采的要求 年度、季度生产计划 金属量指标 随着优化理论、决策分析以及运筹学等在矿山中 矿山计划部门士 地质储量估值 的广泛应用，国内外学者对矿山作业计划优化模型与 方法进行了深入研究，并成功应用于矿山实际网.其 年度、季度任务指标分解 地质品位估值 中较为成熟的方法是基于规划论，运用线性规划、非线 质条 三级矿量信总 性规划、动态规划等构建计划优化模型，但运算复杂， 月度生产任务指标 储量变动信息 适用于模型规模较小的作业计划优化问题.由于 现代管理理论的引入，出现了网络计划、制造资源计 生产车间★ 日均提升能力 划、准时生产方式、最优化生产技术和约束理论等生产 车间生产作业月排产计划 月生产天数 计划与控制的研究方法”习.其中，网络计划技术考虑 到了许多工序之间的衔接关系，得到普遍运用并取得 出矿点信息 采场出矿量出矿品位山 成功，但存在忽略资源约束关系、工序工期估计过长等 问题.利用计算机模拟的研究方法，采用遗传算法、蚁 图1生产作业计划流程 群算法等智能优化理论方法，能够综合考虑约束条件， Fig.I Flow chart of production scheduling 实现控制和调度的目的，但智能算法存在一定局限性， 作业计划编制必须满足采矿方法、开采时空顺序 易陷入局部最优解，无法保证得到全局最优解0切 以及安全高效等方面的要求，还要综合考虑作业空间、 矿山企业一般采用线性规划等对生产作业计划进 设备数量与能力以及不同水平或同一水平的出矿量比 行编制优化，但由于生产条件复杂，作业过程中限制因 例.本文在研究矿山采出矿作业计划编制规划的基础 素较多，给实际作业计划的编制带来很多困难s-9 上，对月生产任务指标进行工作分解，参考当前采场资 在构建模型时，往往由于单一目标约束的不确定性，导 源相关信息、采出矿能力以及施工单位的生产能力等 致对生产作业过程的接续性以及空间约束等问题处理 影响因素进行作业采场的选择，并制定出作业采场的 比较复杂.本文利用0一1整数规划方法，以最小品位 采场出矿量、出矿品位及出矿金属量等指标的进度计 偏差为目标，综合考虑开采约束条件、作业地点动态 划，完成采出矿作业计划优化 性、作业过程连续性以及生产单元间的时空相互制约 1.2计划编制的基本原则 关系，建立系统优化模型，并对模型求解、实例验证从 地下矿山开采由于地质条件、采矿方法、生产工艺 而解决问题 等差异很大，生产作业工序繁多，采场施工过程中所涉 1作业计划优化的问题分析 及到的设备、人员、能源等数量较多而且组织关系复 杂，使得矿山生产作业计划编制变得非常困难，也为建 1.1作业计划编制的业务边界 立一个统一精确的优化模型造成极大的难度.地下矿 矿山生产作业计划是企业的具体执行计划，详细 生产作业计划大多抽象成配矿或排产问题进行研究， 规定了生产单位在具体时期内的生产任务，具有计划 优化调整采区各出矿点或采场出矿量，实现出矿品位 期短、计划单位小、计划内容详细等特点.生产作业计 的稳定 划指导日常生产活动，通过计划安排与调度，保证各工 地下金属矿山采掘作业计划编制基本原则如下： 序环节相互协调和衔接，组织均衡生产.矿山生产作 (1)平衡生产能力.矿山随着开采深度不断加深， 业计划编制主要分为采出矿计划编制、掘进计划编制、 采用不同的采矿方法，每个采场的作业方式不同，采场 充填计划编制、提运计划编制、选矿指标计划编制以及 的出矿能力不同，完成任务的时间将会受到影响，而且 生产计划汇总等网，本文主要针对矿山生产车间采出 人员、设备、开采顺序以及资源约束等严重影响采掘进 矿作业计划进行优化研究.矿山生产单位根据年度、 度计划，容易导致工期延误、出矿量不达标等情况.在 季度生产计划及具体要求，结合本矿山实际生产情况， 制定计划时必须考虑矿山任务与生产能力的平衡，保 分解出生产作业任务，经过对生产任务指标、作业能 证各工序工期按时完成. 力、采场相关信息以及作业设备等情况分析，制定出指 (2)遵循合理的开采顺序，平衡采掘工作面.实 导矿山实际生产的采出矿作业计划，确定作业采场位 际矿山每天的作业地点分布在不同中段的各个采场， 置、采场出矿量以及出矿品位等，具体生产作业计划业 并且工作面也是不断移动变化.一个矿块或者一个分李国清等: 地下金属矿山采掘作业计划优化模型 求，但是作业计划涉及许多复杂工序与作业单元，传统 的车间—工段长—班组长的作业管理模式下，作业计 划排产、生产组织调配等环节强烈依赖于人工经验，生 产的随意性强，这必然无法满足矿山高强度、大规模、 高效率开采的要求． 随着优化理论、决策分析以及运筹学等在矿山中 的广泛应用，国内外学者对矿山作业计划优化模型与 方法进行了深入研究，并成功应用于矿山实际［1--2］． 其 中较为成熟的方法是基于规划论，运用线性规划、非线 性规划、动态规划等构建计划优化模型，但运算复杂， 适用于模型规模较小的作业计划优化问题［3--6］． 由于 现代管理理论的引入，出现了网络计划、制造资源计 划、准时生产方式、最优化生产技术和约束理论等生产 计划与控制的研究方法［7--9］． 其中，网络计划技术考虑 到了许多工序之间的衔接关系，得到普遍运用并取得 成功，但存在忽略资源约束关系、工序工期估计过长等 问题． 利用计算机模拟的研究方法，采用遗传算法、蚁 群算法等智能优化理论方法，能够综合考虑约束条件， 实现控制和调度的目的，但智能算法存在一定局限性， 易陷入局部最优解，无法保证得到全局最优解［10--17］． 矿山企业一般采用线性规划等对生产作业计划进 行编制优化，但由于生产条件复杂，作业过程中限制因 素较多，给实际作业计划的编制带来很多困难［18--19］． 在构建模型时，往往由于单一目标约束的不确定性，导 致对生产作业过程的接续性以及空间约束等问题处理 比较复杂． 本文利用 0--1 整数规划方法，以最小品位 偏差为目标，综合考虑开采约束条件、作业地点动态 性、作业过程连续性以及生产单元间的时空相互制约 关系，建立系统优化模型，并对模型求解、实例验证从 而解决问题． 1 作业计划优化的问题分析 1. 1 作业计划编制的业务边界 矿山生产作业计划是企业的具体执行计划，详细 规定了生产单位在具体时期内的生产任务，具有计划 期短、计划单位小、计划内容详细等特点． 生产作业计 划指导日常生产活动，通过计划安排与调度，保证各工 序环节相互协调和衔接，组织均衡生产． 矿山生产作 业计划编制主要分为采出矿计划编制、掘进计划编制、 充填计划编制、提运计划编制、选矿指标计划编制以及 生产计划汇总等［18］，本文主要针对矿山生产车间采出 矿作业计划进行优化研究． 矿山生产单位根据年度、 季度生产计划及具体要求，结合本矿山实际生产情况， 分解出生产作业任务，经过对生产任务指标、作业能 力、采场相关信息以及作业设备等情况分析，制定出指 导矿山实际生产的采出矿作业计划，确定作业采场位 置、采场出矿量以及出矿品位等，具体生产作业计划业 务流程如图 1 所示． 图 1 生产作业计划流程 Fig． 1 Flow chart of production scheduling 作业计划编制必须满足采矿方法、开采时空顺序 以及安全高效等方面的要求，还要综合考虑作业空间、 设备数量与能力以及不同水平或同一水平的出矿量比 例． 本文在研究矿山采出矿作业计划编制规划的基础 上，对月生产任务指标进行工作分解，参考当前采场资 源相关信息、采出矿能力以及施工单位的生产能力等 影响因素进行作业采场的选择，并制定出作业采场的 采场出矿量、出矿品位及出矿金属量等指标的进度计 划，完成采出矿作业计划优化． 1. 2 计划编制的基本原则 地下矿山开采由于地质条件、采矿方法、生产工艺 等差异很大，生产作业工序繁多，采场施工过程中所涉 及到的设备、人员、能源等数量较多而且组织关系复 杂，使得矿山生产作业计划编制变得非常困难，也为建 立一个统一精确的优化模型造成极大的难度． 地下矿 生产作业计划大多抽象成配矿或排产问题进行研究， 优化调整采区各出矿点或采场出矿量，实现出矿品位 的稳定． 地下金属矿山采掘作业计划编制基本原则如下: ( 1) 平衡生产能力． 矿山随着开采深度不断加深， 采用不同的采矿方法，每个采场的作业方式不同，采场 的出矿能力不同，完成任务的时间将会受到影响，而且 人员、设备、开采顺序以及资源约束等严重影响采掘进 度计划，容易导致工期延误、出矿量不达标等情况． 在 制定计划时必须考虑矿山任务与生产能力的平衡，保 证各工序工期按时完成． ( 2) 遵循合理的开采顺序，平衡采掘工作面． 实 际矿山每天的作业地点分布在不同中段的各个采场， 并且工作面也是不断移动变化． 一个矿块或者一个分 · 343 ·