创新点
（1）以开采总净现值最大为目标，以块段模型空间约束关系、开采能力、剥采比、开采储量、回采煤量、内排土场追踪距离、破碎站作业能力、排土场容量和排土场建设发展顺序等为约束条件，建立了蕴含块段模型物料流向−流量规划复杂时序性信息的露天煤矿开采计划混合整数规划优化模型，实现了露天煤矿开采时序规划的抽象表达。
（2）将Circle混沌映射、非线性更新机制和基于个体信息共享的灰狼群更新机制相融合提出了IGWO算法。该算法引入了混沌映射初始化处理灰狼群，保证了初始灰狼群在初始解空间中的均匀分布性，融合了控制参数的非线性机制进行参数的修改，增加了算法全局勘探能力，最后融合了个体信息共享的灰狼群更新机制，更好地模拟了灰狼群体间的信息传递和交互。IGWO算法解决了传统GWO算法在求解复杂优化模型时收敛性能和局部逃逸极值性能弱的难题。

顾及物料流向−流量的露天煤矿开采时序规划方法
作者：郭伟强1,2, 刘光伟1, 白润才1, 祝会忠2, 郭直清1, 袁杰1单位：1. 辽宁工程技术大学 矿业学院; 2. 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院

研究背景 RESEARCH  BACKGROUND 
露天煤矿开采计划模型优化的目标是根据矿山实际生产约束条件确定技术可行、经济合理的矿岩块段采剥顺序。自1965年块段模型和计算机技术开始在露天矿开采计划编制中进行应用，发展至今，露天矿山开采计划优化模型仍为矿山领域科研学者的研究重点。LIU等提出一种开采境界与生产计划协同动态优化方法，充分考虑了露天矿山最终开采境界和生产计划之间的协同关系与参数之间的循环相互作用。顾晓薇等提出一种能够同时求得最佳生产能力、采剥顺序和开采服务年限的优化方法，并考虑成本价格变化的影响因素，评价所有可行的子序列的经济性，将总净现值最大的子序列列为最优计划方案。但由于动态规划方法的复杂性，无法解决大规模块段模型下的露天矿山开采计划优化问题。之后的研究中，顾晓薇等提出一种基于改进遗传算法的开采计划优化方法，解决了露天矿生产计划方案求解困难的问题。同样，BOLAND等针对大规模块段模型求解困难的问题，提出一种迭代细化的方法，将聚合后的块段模型作为基本单元、单个块段模型作为决策变量，该方法的求解结果与线性规划松弛的最优解基本相同。顾清华等以采掘运输成本最小和矿石品位波动最小为目标，以出矿量为变量，构建金属露天矿多目标生产计划模型，实现了多出矿点多种矿石的综合协同优化。GHOLAMNEJAD等考虑混合品位、企业开采和矿物加工能力、矿坑坡度和储量等约束条件，建立了一种新的长期生产计划整数线性规划模型，有效加快了露天矿开采计划求解速度。TURAN等提出一种改进的浮动圆锥法，并结合参数化分析法优化露天矿长期生产计划。ARMSTRONG等提出一种地质不确定条件下露天矿多阶段生产计划优化的自适应随机优化方法，该方法能有效提高生产计划总净现值。韩流等提出一种露天矿多目标进度计划编制方法，该方法成功减少了各设备每年作业的总水平数和调动次数。JELVEZ等 提出一种基于新数学优化模型和条件模拟技术的方法，解决了露天矿生产计划优化的各个阶段无法统一处理地质信息不确定性问题。SOTO等细化模型约束变量参数，构建了露天矿长期开采计划动态规划优化模型。
综上分析，开采计划优化模型实则是在露天煤矿封闭时空场内确定具有不同经济价值和属性块段模型的提取时间和顺序，以获得最高净现值。然而，当前矿山发展越来越注重全局优化、多系统协同优化，而不仅仅是某一单一系统的局部优化。因此，研究适用于露天煤矿的开采计划模型和模型求解算法，基于露天煤矿生产管理的原则和特点，建立开采计划模型，揭露露天煤矿开采过程中可能遇到的生产延续性问题和制约因素，并为未来的宏观开采方向提供指导，是目前露天煤矿优化设计研究领域的发展方向。但影响矿山开采的因素众多，简单的数学规划模型和智能算法无法形象地描述矿山复杂的开采过程并求得最优解，最终优化结果与实际矿山开采生产环境偏差较大，不能有效指导生产。同时，学者们对开采计划模型中块段模型开采序列的研究，往往忽视了块段模型迁移路径优化和归属地规划与开采计划优化之间的关系，导致现有的开采计划模型求解得的块段开采序列和目标值偏离现场工程实际。
笔者充分考虑块段开采序列、块段迁移路径以及块段归属分配三者在露天煤矿封闭时空场中随采剥工程发展的互反馈作用机制，探究块段模型之间的时序关系和开采/排弃的空间优先级关系，以总净现值最大化为优化目标，以采场块段模型空间约束关系、开采能力、剥采比、开采储量、回采煤量、内排土场追踪距离、破碎站作业能力、排土场容量和排土场建设发展顺序等为约束条件，建立露天煤矿开采计划混合整数规划优化模型。所建模型不仅能够求解出块段模型的最优开采序列，而且能够为采坑内物料在多破碎站和多排土场的复杂条件下规划出最佳的块段模型流向−流量方案。对于所构建优化模型的求解方法方面，灰狼算法作为知名的元启发式方法，由于其原理简单且易于实现，常被用来解决工程中的复杂优化问题。针对本文所构建的开采计划优化模型在求解时的局限性，为了提高解的质量，缩短求解时间，文中融合多种策略机制，提出改进灰狼优化(Improved Grey Wolf Optimizer， IGWO)算法，以期为优化露天煤矿开采计划模型。

摘要ABSTRACT
露天煤矿的开采系统是一个多工艺环节交叉的复杂系统，其三维动态时空演化需要科学规划。由于缺乏露天煤矿开采时序规划方法，露天煤矿开采计划仍然依赖手工编制，导致开采规划粗糙和生产决策调整频繁。为了在露天煤矿封闭时空场内形成最优的物料开采序列方案，指导矿山生产作业，分析露天煤矿封闭时空场内煤岩块段模型的流向−流量规划对开采计划优化结果的影响，将包含运输成本的块段模型经济价值属性与开采计划优化进行强关联，以总净现值最大化为优化目标，构建考虑复杂约束条件的开采计划混合整数规划优化模型；针对传统灰狼优化算法(GWO)在求解露天煤矿开采计划混合整数规划优化模型时收敛性能和局部逃逸极值性能弱的问题，融合Circle混沌映射增强种群多样性，引入非线性更新机制优化参数，提出改进的GWO算法设计全局搜索能力更优的个体信息共享策略，并通过仿真试验验证所构建模型和设计算法的正确性；以宝日希勒露天煤矿为实例，规划2024—2028年块段模型的物料流向−流量，编制对应的开采计划方案。结果表明：与传统手工制定开采计划方案相比，优化方案的总净现值提高了5.27%，效率提升了19倍；所构建的规划模型与改进GWO算法显著提升了露天煤矿开采计划的科学性与经济性，为露天煤矿开采自动化决策提供了理论支持。


郭伟强，男，汉族，1995年8月生，黑龙江齐齐哈尔人，中共党员，工学博士，讲师，硕士生导师。
研究方向
露天开采理论与技术、露天矿山智能开采
主要成果
致力于露天矿山智能开采设计的教学与科研工作。主持国家自然科学青年科学基金项目（C类）1项、辽宁省自然基金联合基金计划项目1项；作为研究骨干参与并完成了国家自然科学基金面上项目1项、辽宁省揭榜挂帅科研攻关专项项目1项；作为主要完成人参与并完成了20余项企业委托大型科研课题；以第一作者或通讯作者发表了关于露天矿山生产计划优化研究方面的相关学术论文8篇，其中SCI/EI检索5篇；获得省部级科技进步二等奖1项，三等奖2项；授权国家发明专利3项，转化1项；软件著作权2项。

通讯作者

刘光伟，男，汉族，1981年9月生，辽宁沈阳人，中共党员，教授，博士生导师，现任计算机软件国家工程研究中心兼职教授，中国煤炭学会计算机通讯专业委员会委员，中国煤炭工业安全科学技术学会露天煤矿安全专业委员会委员，中国有色金属学会矿山信息化智能化专业委员会委员。荣获全国煤炭青年科技奖、全国煤炭五四青年奖章、入选辽宁省“百千万人才工程”、辽宁工程技术大学优秀青年教师提升计划-杰出人才，辽宁工程技术大学“露天矿安全智能精准开采创新团队”负责人。担任《煤炭学报》《煤炭科学技术》等期刊审稿专家、《中国矿业大学学报》《工况自动化》等期刊的青年编委。
研究方向
露天开采理论研究、矿山智能化与智能感知
主要成果
近年来，先后主持完成国家自然科学基金（青年、面上）2项、辽宁省揭榜挂帅等纵向课题7项，完成横向课题50余项，获省部级一等奖4项、二等奖9项、三等奖6项，发表论文30多篇，授权发明专利3项，软件著作权12项。依托国家自然科学基金、辽宁省揭榜挂帅重大科技攻关项目、辽宁省重点实验室等项目，取得以下成果：（1）首次提出了同一煤田相邻露天矿协调开采技术理论体系，为提高煤炭资源高效回收、剥采比控制及丰富露天煤矿开采技术理论方法，提供了必要的技术理论支撑，该项技术目前已在胜利煤田、白音华煤田成功推广应用；（2）为突破露天矿山应用传统运筹学、最优化理论求解计算困难等切实技术瓶颈，在传统剥、采、排时空关系分析的基础上，提出了融合人工智能方法进行非线性时空约束自组织学习的优化策略，为解决露天矿山复杂大系统协同优化及决策，提供了全新的技术方法；（3）主持研发了露天矿数字开采计算机辅助系统，在我国多个大型露天煤矿成功应用。以三维实体建模为核心技术，全面实现地质信息管理、储量预测、地质预报、测量验收、开采设计及生产进度计划编制等工作的可视化、数字化与智能化；（4）以高寒高海拔地区露天煤矿应用无人机技术的现实局限性为切入点，提出了面向特殊作业工况条件下的无人机测量验收及精度保障技术，为优化更新露天矿山测量验收手段、推动无人机测量在特殊场景下的高效利用提供必要的技术理论支撑。