编制矿山采掘计划是矿山生产与经营管理中最重要的决策任务.决策是否科学合理, 对矿产资源的综合利用, 企业的经济效益和企业能否持续均衡地进行生产等都有重大影响.好的采矿计划，能在“正确的时间、地点开采出效益最佳的矿石（数量和质量）”.在市场激烈竞争的环境下，一种有效的采矿计划编制工具，对矿山获得成功是非常必要的^[1-2].地下矿采掘生产系统通常较为复杂，工艺流程多，多数大工艺又包括一些小工艺，并且受到采矿生产过程中作业场所的动态性和生产单元间的时空性等制约.因此，地下矿采掘计划编制具有较大的复杂性与难度.随着计算机技术的发展，计算机存储、管理、计算、分析数据的速度和规模随之提高，尤其是计算机图形学以及三维可视化技术的迅速发展，为采掘计划的三维可视化编制提供了一个很好的环境.在三维环境下，地下各种采掘工程的空间分布以及空间关系变得十分清晰明了.此外，三维地质块段模型能够为体积、储量计算等提供快速计算模型.因此，对于运用计算机在三维可视化环境下交互式进行计划编制的技术越来越得到业界人士的重视，并不断趋于成熟.

1 地下矿采掘生产的基本特征

研究地下矿山的采掘进度计划编制技术，必须首先了解地下矿山采掘生产的基本特征，进而才能深入地分析地下矿采掘进度计划编制的内在需求和需要解决的关键问题.地下矿山的采掘生产一般具有以下基本特征：

（1）矿山采掘生产的主要任务就是开发矿产资源, 而矿体的空间形态和品位分布非常复杂.另外, 在开采过程中, 其开采品位还随着市场价格的变化而变化, 这样矿体形态也会随之而变化；

（2）矿山采掘生产是一个复杂的系统工程，其开拓、运输、提升、通风、充填、排水等系统既相对独立又相互制约, 而采准及采场回采都是在这些系统完成后才能开始，并且采掘生产作业是非连续的，因此其生产过程是一个多约束、不连续的复杂系统；

（3）生产工序中除了包括掘进、采矿等主工序以外, 通过主工序，还能派生出支护、扩漏、中深孔、供矿、充填等工序.采掘生产整个工序是有先后顺序的离散过程, 同时作业采场也是分散布置的.

地下矿采掘生产具有的基本特征，使得其地下矿的采掘进度计划编制变得十分复杂，成为国内外矿业行业研究的难题.因此，地下矿采掘进度计划编制技术必须系统考虑，以三维可视化技术为基础，在地质建模和三维精确采矿设计的基础上，运行数学理论和优化方法进行地下矿采掘进度计划的编制和优化, 满足矿山企业地下矿采掘进度计划编制的要求.

2 地下矿采掘计划编制的基本原理

地下矿山开采是一个复杂的系统工程.各个盘区（采场）、不同工艺流程之间存在相互制约关系，每个中段的生产系统能力也是一定的.因此，在进行采掘计划编制和优化时，必须在综合考虑整个矿山的生产能力和中段生产能力的基础上对各个作业地点的采掘顺序进行优化，在考虑安全、高效的基础上寻求最佳的采掘进度计划，从而为矿山生产提供科学合理的指导依据^[3-9].地下矿采掘计划编制的主要功能如下：

（1）实现资源与开采环境三维建模，为系统采掘顺序优化提供准确的反应矿床和工程实际情况的基础数据；

（2）具备数据输入和分析能力，通过合理的设备或班组能力输入，进行统计分析，取得较为合理的人员及设备工效；

（3）能够对各种推进顺序（包括人为确定的较优方案以及其他方案）在任意时期内的回采过程进行模拟、预演；

（4）能够根据预演结果找出影响产量稳定性的因素和出现产量不均衡的时期，使决策者在具体生产计划中尽早采取措施，在生产计划编制过程中即可进行调整；

（5）能够根据具体情况，确定需要投入设备、班组及盘区（采场）的下限和上限；

（6）能够进行生产计划的编制，并做出工程进度图；

（7）能够做出各个阶段（月度）的生产计划图表；

（8）能够以简单直观的方式，供用户使用；

（9）作为一个动态采掘顺序优化系统，能够提供一定的虚拟现实（动画）功能，使用户可以通过模拟了解现场各工作面的状态.

3 三维可视化地下矿采掘进度计划编制技术

三维可视化地下矿采掘进度计划编制技术以三维数字矿山软件系统为依托，在完成矿山三维地质建模和精确采掘设计的基础上，以矿山采掘生产工序、作业场地和人员设备的工作效率为约束，综合运行现代数学理论、逻辑学、优化方法等理论和方法，根据输入数据进行计划编制模拟和优化，最终选择出适合矿山采掘生产的最佳计划编制结果^[10-12].

3.1 采掘进度计划编制系统结构与功能

采掘生产计划系统的层次结构和联系如图 1所示.按计划期限可为远景规划、五年规划、年计划、季计划、月计划与周日计划.与阶段开拓相关的是五年以上规划，与矿块开采有关的是一年以上计划.

按采掘工程可划分为矿石产量计划、凿岩、矿块采准切割、阶段、分段采准、阶段开拓和空区处理计划.为了较准确地估算各工程的起止和延续时间，要编制各类工程项目进度计划，并相应地进行各工程项目的工程设计.

3.2 采掘进度计划编制平台及依托技术

生产计划编制系统主要依托Dimine数字采矿软件系统平台来实现.Dimine软件系统充分采用当今世界上先进的三维可视化技术，以数据仓库技术、三维表面建模技术、三维实体建模技术、国际上通用的地质统计学方法、数字采矿设计方法、网络解算与优化技术、工程制图技术为基础，全面实现了从矿床地质建模、储量估算、测量数据的快速成图、地下矿开采系统设计与开采单体设计、回采爆破设计、露天矿开采设计、矿井通风系统网络解算与优化到各种工程图表的快速生成等工作的可视化、数字化与智能化.Dimine数字采矿软件系统强大的三维可视化平台为地下矿三维可视化计划编制实现提供可靠的技术支撑.

3.3 地下矿山采掘计划编制的优化技术

采掘计划系统优化最常用的算法是线性规划和网络技术，后者主要是关键路线法（CPM）和计划评审法（PERT）.

根据生产计划层次的特点，所以整个优化系统的设计是分层次进行的，整个逻辑结构图如图 2所示.

采用优化方法向导，计划人员人机对话交互模拟控制调整的方法编制，同时发挥优化方法和计划人员经验的作用，利用搭接网络优化开采顺序，线性规划优化出矿品位，网络技术优化采掘工程施工组织，用交互式模拟方法通过人工干预编制出各期生产计划.

3.4 地下矿山采掘计划编制的实现

根据输入的矿山相关指标参数、资源与工程三维模型数据库、采掘顺序等实现计划编制和优化功能，工作模式见图 3.

主要原始数据从矿山Dimine资源及采掘工程模型数据库中读取，或者以手工方式录入资源及采掘工程现状、人员、设备工效，技术经济指标等主要参数；在分析和优化采掘顺序后，将优化结果与所读取和录入的数据共同组成生产计划编制综合数据库，进入生产计划编制系统进行编制，形成生产计划编制成果数据库，便于查询和输出.

4 地下矿采掘进度动态管理技术

（1）采掘计划执行情况输入.实际的生产计划执行不可能完全按照计算机模拟的进度进行，因此，在生产计划执行过程中，就必然存在生产计划的实时动态调整过程.在一个计划周期末，输入每一项工程的实际完成情况，进行生产计划的动态调整.调整完成后，需要重新执行计划，执行完成后，新的计划就是在实际完成情况的基础上，生成下一个计划周期的新计划.

（2）采掘计划动态管理.一个计划周期末，输入了计划的实际执行情况后，需要重新执行计划，才能够实现计划的动态调整与管理.新生成的下一周期的计划，即是在上一个计划周期末的计划实际执行情况的基础上，按照采掘顺序优化生成的全新的具有可执行性的计划.

5 工程实例

云南某铜矿运用Dimine数字采矿软件平台完成了三维可视化地质建模、资源储量自动估算、参数化交互式采切设计和爆破设计.从三维采矿精确设计成果中提取生产计划编制所需的生产路径和三维实体，输入生产者情况，以矿山开采工艺技术为约束进行了矿山2010年的生产计划编制，实现了生产计划编制的三维可视化.在编制的年度计划基础上，以每个计划周期末的实际运行结果为下一个计划周期的初始状态输入到计划中去，然后，重新执行生成新的生产计划，实现了月度、季度计划的实时动态管理.见图 4、图 5.

6 结论

（1）采用Dimine软件计划编制模块进行计划编制，使采掘计划的编制最终真正实现以三维地质建模和精确采矿设计为基础，以生产工作场地、生产者能力、采矿工艺技术为约束的真实、可靠的采掘进度计划；

（2）在全面建立矿山三维地质模型的基础上，完成矿山三维设计，运用Dimine软件进行生产计划编制能够实现计划的经济适应性、可实现性和直观可视性；

（3）生产计划编制的三维可视化，是矿山实现生产计划和动态管理的关键一步，是三维可视化技术从单纯的地质建模，走向生产设计和技术管理的必由之路.