韓 流，秦梓赫，舒繼森，尚 濤，陳樹(shù)召

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.中冶北方(大連)工程技術(shù)公司，遼寧 大連 116000)

0 引 言

在露天礦設(shè)計(jì)階段需要根據(jù)選定的開(kāi)采程序編制露天礦進(jìn)度計(jì)劃來(lái)指導(dǎo)露天礦的初期生產(chǎn)[1-2]，并結(jié)合基建期長(zhǎng)度、投產(chǎn)和達(dá)產(chǎn)穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)效益等指標(biāo)對(duì)開(kāi)采程序的優(yōu)劣性進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比選，確定最佳的開(kāi)采程序和進(jìn)度計(jì)劃。國(guó)內(nèi)外很多專(zhuān)家和學(xué)者聚焦于此類(lèi)問(wèn)題的研究，并取得了相應(yīng)的成果[4-5]。SAMAVATI等[6]在研究開(kāi)采程序問(wèn)題時(shí)將礦體單元化，并以多階段的凈現(xiàn)值最大化為目標(biāo)優(yōu)化塊體單元開(kāi)采程序；此外，SAMAVATI等[7]還將大規(guī)模多周期優(yōu)先約束背包問(wèn)題的方法應(yīng)用在采礦程序的優(yōu)化中，取得了較好的效果。MACNEIL等[8]提出了一種基于管理技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)來(lái)確定礦山從露天開(kāi)采過(guò)渡到地下開(kāi)采的最佳深度的方法。孫效玉等[9]提出了漸進(jìn)細(xì)化的生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃優(yōu)化方法，建立了相應(yīng)的0-1整數(shù)規(guī)劃模型并實(shí)現(xiàn)了求解。BLEY等[10]針對(duì)露天礦生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題提出了整數(shù)規(guī)劃公式并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。ENRIQUE等[11]基于聚合和分解啟發(fā)式方法提出了露天開(kāi)采程序確定方案，成為解決大型露天礦復(fù)雜開(kāi)采程序計(jì)算問(wèn)題的有效工具。MORENO等[12]提出了LP的啟發(fā)式算法應(yīng)用于露天礦的生產(chǎn)組織問(wèn)題。MOUSAVI等[13]針對(duì)露天礦開(kāi)采程序存在的階段性問(wèn)題，提出了一種混合分支定界和模擬退火算法進(jìn)行開(kāi)采程序優(yōu)化。SALIH等[14]基于兩階段隨機(jī)整數(shù)規(guī)劃(SIP)開(kāi)發(fā)了一種新的優(yōu)化模型，應(yīng)用于澳大利亞金礦的年度生產(chǎn)計(jì)劃，可實(shí)現(xiàn)礦山凈現(xiàn)值提高10%。顧清華等[15]設(shè)計(jì)了一種具有懲罰的凝聚層次聚類(lèi)算法與二進(jìn)制入侵式雜草算法相結(jié)合的方法來(lái)求解大規(guī)模露天礦生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題。王青等[16]和顧曉薇等[17]重新確定了錐體的空間搜索邏輯，同時(shí)重新計(jì)算錐體數(shù)組中受品位最低錐體影響的各錐體的平均品位并重新排序。把新算法產(chǎn)生的地質(zhì)最優(yōu)開(kāi)采體序列作為狀態(tài)變量建立動(dòng)態(tài)排序模型。胡乃聯(lián)等[18]從露天礦采掘和運(yùn)輸成本的最小化角度出發(fā),構(gòu)建露天礦生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃模型.基于群體智能優(yōu)化理論,提出了用粒子群算法對(duì)露天礦生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃模型進(jìn)行解算的方法,并在求解過(guò)程中設(shè)計(jì)了帶核粒子及雙吸引子的粒子搜索策略。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)露天開(kāi)采的長(zhǎng)、短期計(jì)劃進(jìn)行了大量的研究，但露天開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃的編制還停留在手工階段[19-20]。這不僅導(dǎo)致效率低下，而且編制的進(jìn)度計(jì)劃難以保證為最優(yōu)方案，可用性較低[21]。例如，在相同開(kāi)采程序下編制的不同進(jìn)度計(jì)劃，不僅在設(shè)備調(diào)動(dòng)次數(shù)上可能存在差異，在達(dá)產(chǎn)時(shí)間上也會(huì)相差1～2 a，產(chǎn)量接續(xù)穩(wěn)定方面的差異更大。因此，針對(duì)不同的進(jìn)度計(jì)劃需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，篩選出投、達(dá)產(chǎn)年限短、產(chǎn)量穩(wěn)定且生產(chǎn)組織簡(jiǎn)便的開(kāi)采方案。這項(xiàng)研究對(duì)于提高露天礦在既定開(kāi)采程序下的進(jìn)度計(jì)劃編制效率具有重要價(jià)值。

1 露天開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃編制的多目標(biāo)優(yōu)化模型

露天開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃是以圖表的形式展示礦山工程在采場(chǎng)空間和時(shí)間的計(jì)劃安排。通過(guò)進(jìn)度計(jì)劃的編制可以較為準(zhǔn)確地確定投、達(dá)產(chǎn)時(shí)間及位置、各時(shí)期的生產(chǎn)剝采比及各時(shí)期所需要的設(shè)備數(shù)量，是礦山編制投資概算、核算生產(chǎn)成本及經(jīng)濟(jì)效益的重要依據(jù)。

露天礦進(jìn)度計(jì)劃編制時(shí)要遵循以下3條優(yōu)化原則：① 盡快實(shí)現(xiàn)礦山的投、達(dá)產(chǎn)；② 盡量擴(kuò)大礦山基建至達(dá)產(chǎn)檢驗(yàn)期內(nèi)的采煤量；③ 盡量減少設(shè)備調(diào)動(dòng)次數(shù)，提高設(shè)備作業(yè)效率。

除了以上優(yōu)化原則，在編制進(jìn)度計(jì)劃時(shí)應(yīng)滿足以下限制條件：① 設(shè)備數(shù)量。掘溝電鏟數(shù)限制：在掘溝過(guò)程中，由于溝道尺寸的制約，可布置的掘溝電鏟數(shù)量有限制；擴(kuò)幫電鏟數(shù)限制：在擴(kuò)幫過(guò)程中，由于工作線長(zhǎng)度限制，可布置的擴(kuò)幫電鏟數(shù)量有限制。② 采剝工程關(guān)系。擴(kuò)幫限制：在露天礦推進(jìn)過(guò)程中，采剝工程位置有嚴(yán)格的先后順序；圖1中所示，塊體(w+1,h)不得在塊體(w,h)開(kāi)采完成之前進(jìn)行開(kāi)采；延深限制：在露天礦推進(jìn)過(guò)程中，要保證工作平盤(pán)寬度始終大于最小工作平盤(pán)寬度，這意味著圖1中塊體(w+1,h+1)的推進(jìn)速度不得超過(guò)塊體(w+1,h)的推進(jìn)速度。

根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃編制的優(yōu)化原則確立目標(biāo)函數(shù)，具體包括：目標(biāo)1：露天礦投、達(dá)產(chǎn)時(shí)間最短；目標(biāo)2：達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)原煤采出量最大；目標(biāo)3：達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)設(shè)備調(diào)動(dòng)次數(shù)最少。

進(jìn)度計(jì)劃編制的約束條件包括以下4個(gè)方面：約束條件1：設(shè)備數(shù)量約束；約束條件2：采剝工程關(guān)系約束；約束條件3：礦山每年的原煤產(chǎn)量不得低于前一年；約束條件4：達(dá)產(chǎn)后原煤年產(chǎn)量要保持在設(shè)計(jì)產(chǎn)量。綜合上述3個(gè)目標(biāo)函數(shù)和4項(xiàng)約束條件，建立露天礦進(jìn)度計(jì)劃編制的多目標(biāo)優(yōu)化模型。采用優(yōu)先級(jí)法對(duì)該模型進(jìn)行求解，按目標(biāo)優(yōu)先級(jí)降序排列依次進(jìn)行研究，即首先對(duì)露天礦達(dá)產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，再對(duì)達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)的總原煤采出量進(jìn)行優(yōu)化，最后依據(jù)前兩目標(biāo)的優(yōu)化結(jié)果對(duì)設(shè)備的調(diào)動(dòng)次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。基于優(yōu)化得到的結(jié)果編制對(duì)應(yīng)的開(kāi)采進(jìn)度計(jì)劃，具體的進(jìn)度計(jì)劃編制優(yōu)化流程如圖2所示。

2 最快達(dá)產(chǎn)年確定方法

2.1 各階段量可布置的最大電鏟數(shù)

對(duì)于第w階段(俗稱(chēng)第w刀，是指按工作幫坡角等距離推進(jìn)時(shí)獲得的煤量和剝離量)的開(kāi)采作業(yè)，在進(jìn)行第w水平的掘溝降段時(shí)，需要同時(shí)對(duì)前序的w-1個(gè)水平進(jìn)行擴(kuò)幫作業(yè)，并且要保證前序塊體的推進(jìn)速度大于后續(xù)塊體，以滿足最小平盤(pán)寬度的要求。如果不考慮礦山在籍設(shè)備數(shù)量的限制，開(kāi)采第w階段時(shí)可布置的最大電鏟數(shù)量為

nwmax=(w-1)l2+l1

(1)

式中，nwmax為開(kāi)采第w階段時(shí)可布置的最大電鏟數(shù)，臺(tái)；l1為掘溝電鏟數(shù)限制，臺(tái)；l2為擴(kuò)幫電鏟數(shù)限制，臺(tái)。

當(dāng)?shù)V山在籍電鏟數(shù)量為m時(shí)，開(kāi)采第w階段時(shí)可布置的最大電鏟數(shù)按下式確定：

(2)

2.2 各階段量的最短開(kāi)采時(shí)間

根據(jù)開(kāi)采第w階段時(shí)可布置的最大電鏟數(shù)nwmax，計(jì)算各階段量的最短開(kāi)采時(shí)間：

(3)

式中，twmin為第w階段的最短開(kāi)采時(shí)間，a；Vw為第w階段內(nèi)的物料總體積，m3；Vws為第w階段內(nèi)的剝離物體積，m3；Vwm為第w階段內(nèi)的原煤體積，m3；C為電鏟的設(shè)備(理論、技術(shù)、實(shí)際)能力，m3/a。

2.3 前n年最大采煤量計(jì)算

根據(jù)各階段量的最短開(kāi)采時(shí)間可確定開(kāi)采完前w階段的最短時(shí)間Tw的計(jì)算公式，以及階段量-年矩陣J(前y年第w階段的開(kāi)采比例)。

(4)

(5)

式中，kwy為第w階段量在第y年已經(jīng)開(kāi)采的比例；當(dāng)kwy=1，表示第w階段量在第y年已開(kāi)采完成；0

通過(guò)階段量-年矩陣的計(jì)算可以確定前y年能夠完全開(kāi)采的階段數(shù)及部分開(kāi)采的階段量?jī)?nèi)的開(kāi)采比例。對(duì)于部分開(kāi)采的階段量?jī)?nèi)剩余的部分可以自上而下逐層開(kāi)采，如圖3所示，但這種方式明顯不能實(shí)現(xiàn)前n年的采煤量最大化。由于判斷露天礦是否達(dá)產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是原煤年產(chǎn)量是否滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)量，而礦物基本都賦存在下層臺(tái)階，所以在第y年末，礦山應(yīng)按照最大化程度向下延深，即應(yīng)保證年末正在開(kāi)采的階段量?jī)?nèi)各工作平盤(pán)寬度均為最小工作平盤(pán)寬度，才能使前y年的原煤采出量Aymax最大，如圖4所示。這種開(kāi)采方式相當(dāng)于工作幫每年都按照露天礦山所能達(dá)到的最大工作邊坡角向前推進(jìn)。

圖3 自上而下逐層開(kāi)采示意Fig.3 Schematic of layer-by-layer mining from top to bottom

圖4 最大工作幫坡角等距離推進(jìn)和延深開(kāi)采示意Fig.4 Schematic of maximum working slope angle equidistant advancement and deep mining

利用階段量-年矩陣及采剝工程量表對(duì)前y年的最大原煤采出量Aymax進(jìn)行計(jì)算，首先對(duì)各塊內(nèi)原煤量占總物料量的體積比例進(jìn)行計(jì)算。

(6)

式中，pw,h為第w階段、第h水平的塊體內(nèi)原煤量所占的體積比；Vw,h,m為第w階段、第h水平塊體內(nèi)的原煤體積，m3；Vw，h為第w階段、第h水平內(nèi)物料總體積，m3。

將階段量-年矩陣中的各階段量每年的開(kāi)采比例kwy與相應(yīng)階段內(nèi)各塊段的原煤量的體積比pwh進(jìn)行取小運(yùn)算，確定各年各塊段內(nèi)原煤采出量占該塊段總物料量的比例pwhy。

pwhy=min(pwh,kwy)

(7)

根據(jù)各階段量的采剝工程量及各年各塊體原煤采出的比例對(duì)前y年采煤最大采出量進(jìn)行計(jì)算。

(8)

2.4 最快投、達(dá)產(chǎn)年確定

在露天礦生產(chǎn)初期，基本都要經(jīng)歷“基建-投產(chǎn)-達(dá)產(chǎn)”的過(guò)程。要確定最早投產(chǎn)年，需要在基建期內(nèi)盡可能地多剝離、少采煤，為投產(chǎn)年預(yù)留更多原煤，這樣有助于快速投產(chǎn)。同理，要確定最早達(dá)產(chǎn)年，首先要保證露天礦在“投產(chǎn)后-達(dá)產(chǎn)前”的過(guò)渡階段內(nèi)，原煤產(chǎn)量滿足投產(chǎn)量要求；并盡可能超前剝離，為達(dá)產(chǎn)年預(yù)留更多原煤。按照最大工作幫角度計(jì)算自基建開(kāi)始至每年末可實(shí)現(xiàn)的最大原煤開(kāi)采量Aymax，相鄰兩年的最大開(kāi)采量之差即為后者的年度原煤采出量Ay，以Ay作為初始原煤采出量進(jìn)行均衡，以確定最早達(dá)產(chǎn)年。

(9)

最早投、達(dá)產(chǎn)年的確定步驟如下：

1)最早投產(chǎn)年確定，即從第1年開(kāi)始，判斷上一年剩余的煤量Ly與今年開(kāi)采煤量Ay之和能否滿足投產(chǎn)量ptc要求，超出投產(chǎn)量的部分作為下一年的預(yù)留煤量；

2)最早達(dá)產(chǎn)年確定，即從投產(chǎn)年開(kāi)始，判斷上一年剩余的煤量Ly與今年開(kāi)采煤量Ay之和能否滿足達(dá)產(chǎn)量pdc要求，超出達(dá)產(chǎn)量的部分作為下一年的預(yù)留煤量；

3)最早達(dá)產(chǎn)年檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)達(dá)產(chǎn)后1～3 a是否仍然滿足達(dá)產(chǎn)產(chǎn)量要求，如果不能則將達(dá)產(chǎn)年延遲一年再次檢驗(yàn)。

最早投、達(dá)產(chǎn)年的確定程序，如圖5所示。

圖5 最早投、達(dá)產(chǎn)年確定程序Fig.5 Process of determining the earliest investment and full production year

3 各年采煤量均衡優(yōu)化

根據(jù)目標(biāo)1“投、達(dá)產(chǎn)時(shí)間最短”的優(yōu)化結(jié)果，對(duì)目標(biāo)2“達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)原煤總采出量最大”進(jìn)行優(yōu)化，按照?qǐng)D5中的流程對(duì)各年采煤量進(jìn)行初步均衡，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 煤量初步均衡結(jié)果

在表1的均衡結(jié)果中，基建期的采煤量為0為盡快實(shí)現(xiàn)投、達(dá)產(chǎn)，在達(dá)產(chǎn)后的第3年可能會(huì)出現(xiàn)第2年預(yù)留煤量未完全回收的情況，這部分煤量需要滯后到第4年才能開(kāi)采。這明顯不符合達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)總原煤采出量最大化的目標(biāo)要求，因此，需要對(duì)煤量進(jìn)行重新均衡以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。具體思路是將這部分滯后開(kāi)采的煤量向達(dá)產(chǎn)年之前均衡，以實(shí)現(xiàn)提前采出。此時(shí)，需要對(duì)這部分原煤是否具備提前采出的條件進(jìn)行判斷。從達(dá)產(chǎn)年開(kāi)始，判斷達(dá)產(chǎn)之后第n年的初始采煤量Aydc+n與達(dá)產(chǎn)量pdc的大小關(guān)系，具體分為以下2種情況進(jìn)行討論：

1)如果達(dá)產(chǎn)年及達(dá)產(chǎn)后1～3 a的初始采煤量Aydc+n

表2 初始采煤量均小于達(dá)產(chǎn)量時(shí)煤量均衡結(jié)果

2)如果達(dá)產(chǎn)之后第n年的初始采煤量Aydc+n>pdc，超出達(dá)產(chǎn)量pdc部分無(wú)法向前一年均衡，因?yàn)椋_(dá)產(chǎn)后每年可以開(kāi)采的煤量是在采剝工程限制條件下可以采出的最大煤量。因此，超出的部分只能向后一年進(jìn)行均衡，均衡的煤量為：Lydc+n+1=Aydc+n-pdc。并從第n年開(kāi)始向達(dá)產(chǎn)年之前均衡煤量，這時(shí)達(dá)產(chǎn)后第3年為下一年預(yù)留的煤量無(wú)法全部被均衡到之前的年份中，可被均衡并提前采出量為L(zhǎng)ydc+n(即達(dá)產(chǎn)后第n年的預(yù)留煤量)；這種情況下各年煤量均衡結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 初始采煤量均大于達(dá)產(chǎn)量時(shí)煤量均衡結(jié)果

4 基于表上作業(yè)法的進(jìn)度計(jì)劃編制

在“目標(biāo)1：露天礦投、達(dá)產(chǎn)時(shí)間最短”和“目標(biāo)2：達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)原煤采出量最大”的優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)“目標(biāo)3：達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)設(shè)備調(diào)動(dòng)次數(shù)最少”進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)各年采煤量的均衡結(jié)果及階段量-年矩陣可以確定每年的開(kāi)采位置，進(jìn)而對(duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行編制。由于階段量-年矩陣是按照最大工作幫角度進(jìn)行開(kāi)采，在每一年末同一階段量?jī)?nèi)的每個(gè)水平都需要開(kāi)采相同的比例。如果按照這種方式編制進(jìn)度計(jì)劃，勢(shì)必會(huì)增加設(shè)備的調(diào)動(dòng)次數(shù)。為規(guī)避這一問(wèn)題，提出了一種表上作業(yè)法，以減少每年設(shè)備作業(yè)的總水平數(shù)，進(jìn)而減少設(shè)備的調(diào)動(dòng)次數(shù)，具體步驟如下：

1)根據(jù)階段量-年矩陣及最大化程度向下延深開(kāi)采方式確定達(dá)產(chǎn)后第3年以前的總采剝工程量表。

2)采用反向動(dòng)態(tài)規(guī)劃對(duì)達(dá)產(chǎn)后要編制進(jìn)度計(jì)劃的年份的采剝工程量計(jì)劃進(jìn)行編制，根據(jù)總采剝工程量表，最后開(kāi)采的階段量?jī)?nèi)最下一層采煤、剝離臺(tái)階一定是在達(dá)產(chǎn)后第3年所開(kāi)采，計(jì)算這2個(gè)臺(tái)階內(nèi)的礦巖量。如果采出礦石量(巖石量)小于該年均衡后計(jì)劃采出的礦石量(巖石量)，則繼續(xù)向上開(kāi)采，將礦巖量累加，直至滿足達(dá)產(chǎn)后該年均衡后的采剝工程量為止。

3)以步驟2)結(jié)束時(shí)該階段內(nèi)各水平殘余的礦巖量及其之前各階段量的礦巖量表作為前一年的總采剝工程量表，利用步驟2)的方法對(duì)前一年的采剝計(jì)劃進(jìn)行編制。

4)重復(fù)過(guò)程2)和3)，直至進(jìn)度計(jì)劃編制完成。

5 實(shí)例研究

以布沼壩露天礦由西向東全區(qū)開(kāi)采為例，對(duì)進(jìn)度計(jì)劃編制進(jìn)行優(yōu)化。電鏟數(shù)m=6，年生產(chǎn)能力Ao=8 Mt，原煤密度1.3 t/m3，回采率0.95，電鏟能力C=2.54 Mm3/a，掘溝電鏟數(shù)限制l1=1，擴(kuò)幫電鏟數(shù)限制l2=3。

根據(jù)掘溝電鏟數(shù)限制l1及擴(kuò)幫電鏟數(shù)限制l2，利用式(2)確定開(kāi)采第w階段時(shí)可布置的最大電鏟數(shù)nw,max。

根據(jù)延深至各水平時(shí)可布置最大電鏟數(shù)計(jì)算結(jié)果，利用式(3)對(duì)各階段量的最短開(kāi)采時(shí)間tw,min進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 各階段量的最短開(kāi)采時(shí)間

根據(jù)布沼壩露天礦的采剝工程量表，利用式(6)—式(8)對(duì)前y年最大采煤量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 前y年最大采煤量

利用式(4)對(duì)前w階段開(kāi)采完的最短時(shí)間Tw進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5，并確定各年份開(kāi)采完成的各階段礦巖量比例矩陣J見(jiàn)表6。

表5 前w階段開(kāi)采完的最短時(shí)間

表6 各階段礦巖量開(kāi)采比例的年度分布矩陣

利用式(9)對(duì)初始采煤量Ay進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 初始采煤量

根據(jù)圖5和表8中計(jì)算出的初始采煤量確定最快達(dá)產(chǎn)年ydc=5，以達(dá)產(chǎn)年后第3年內(nèi)(前8 a)總采煤量最大為目標(biāo)對(duì)煤量進(jìn)行初步均衡，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 煤量初步均衡結(jié)果

由于各年初始采煤量均小于達(dá)產(chǎn)煤量，根據(jù)表2對(duì)各年采煤量進(jìn)行均衡結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 煤量最終均衡結(jié)果

根據(jù)最終采煤量均衡結(jié)果，對(duì)露天礦進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行編制。

1)根據(jù)階段量-年矩陣確定布沼壩露天礦由西向東全區(qū)開(kāi)采，達(dá)產(chǎn)后第3年(y=8)可開(kāi)采至第11階段，并在該年末可采完第11階段內(nèi)87%的礦巖量。按照最大工作幫邊坡角計(jì)算出第11階段內(nèi)前87%的礦巖量，并與前10階段的礦巖量表進(jìn)行整合，得到從基建開(kāi)始至達(dá)產(chǎn)后第3年(y=8)的總采剝工程量表。

2)利用反向動(dòng)態(tài)規(guī)劃對(duì)達(dá)產(chǎn)后第3年(y=8)的采剝計(jì)劃進(jìn)行編制，第11階段內(nèi)的剝離最下水平為h=7，采煤最下水平為h=11。對(duì)h=7水平的巖石量及h=11水平的煤量進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果小于均衡后的采剝量；采煤和剝離臺(tái)階繼續(xù)向上開(kāi)采，當(dāng)采煤臺(tái)階開(kāi)采至第h=7水平，剝離臺(tái)階開(kāi)采至h=1水平時(shí)，可以滿足達(dá)產(chǎn)后第3年均衡后的采剝量。達(dá)產(chǎn)后第3年(y=8)的采剝工程計(jì)劃見(jiàn)表11。對(duì)第11階段內(nèi)各水平殘余(剩余的13%)的礦、巖量進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與前10階段的礦巖量表結(jié)合作為達(dá)產(chǎn)后第2年(y=7)前的總采剝工程量表。

表11 布沼壩露天礦達(dá)產(chǎn)后第3年的采剝工程計(jì)劃

3)重復(fù)2)直至進(jìn)度計(jì)劃編制完成，各階段量?jī)?nèi)礦巖量的采出年份如圖6所示。

圖6 各階段量?jī)?nèi)礦巖量的采出年份

根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃編制結(jié)果，布沼壩露天礦由西向東全區(qū)開(kāi)采3 a投產(chǎn)，5 a達(dá)產(chǎn)，基建剝離量23.60 Mm3，前8 a原煤開(kāi)采總量為37.19 Mt。由于本文的研究對(duì)象為此開(kāi)采程序的最優(yōu)進(jìn)度計(jì)劃，而不是對(duì)開(kāi)采程序本身進(jìn)行優(yōu)化，所以投、達(dá)產(chǎn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

以投產(chǎn)年、達(dá)產(chǎn)年、基建剝離量、前8 a總采煤量、前8 a總調(diào)鏟次數(shù)與相同開(kāi)采程序下未進(jìn)行優(yōu)化的3種進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表12。

表12 不同進(jìn)度計(jì)劃關(guān)鍵參數(shù)對(duì)照

由表12可知，優(yōu)化后的進(jìn)度計(jì)劃在投產(chǎn)年、達(dá)產(chǎn)年、基建剝離量、前8 a開(kāi)采凈現(xiàn)煤量值和總調(diào)鏟次數(shù)均優(yōu)于其他方案。

6 結(jié) 論

1)以露天礦某一開(kāi)采程序的達(dá)產(chǎn)時(shí)間最短、達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)采煤量最大及設(shè)備調(diào)動(dòng)次數(shù)最少為目標(biāo)，以設(shè)備數(shù)量、采剝工程關(guān)系及設(shè)計(jì)煤炭產(chǎn)量為約束條件建立了進(jìn)度計(jì)劃編制的多目標(biāo)優(yōu)化模型。

2)基于產(chǎn)量目標(biāo)設(shè)計(jì)了確定最早投、達(dá)產(chǎn)年的流程方案。以達(dá)產(chǎn)后3 a內(nèi)原煤開(kāi)采總量最大為目標(biāo)，根據(jù)每年最大化原煤開(kāi)采量與達(dá)產(chǎn)要求煤量的關(guān)系，設(shè)計(jì)了各年的采煤量均衡方法。利用表上作業(yè)法和反向動(dòng)態(tài)規(guī)劃對(duì)露天礦進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行編制，實(shí)現(xiàn)了減少設(shè)備每年作業(yè)的總水平數(shù)和調(diào)動(dòng)次數(shù)。

3)以布沼壩露天礦由西向東全區(qū)開(kāi)采這一開(kāi)采程序?yàn)槔龑?duì)進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化編制，優(yōu)化結(jié)果為3 a投產(chǎn)、5年達(dá)產(chǎn)、基建剝離量23.60 Mm3、前8 a原煤開(kāi)采總量為37.19 Mt。并將優(yōu)化結(jié)果與其他3種未優(yōu)化的進(jìn)度計(jì)劃均值進(jìn)行對(duì)比，投產(chǎn)時(shí)間提前了0.3 a，達(dá)產(chǎn)年提前了0.6 a，總采煤量增加了3.7 Mt，總調(diào)鏟次數(shù)減少了19次，驗(yàn)證了優(yōu)化的效果。