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我国是一个煤炭资源丰富的国家，煤产量位居世界第一位。我国也是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭在我国一次性能源结构中处于绝对主要位置，20世纪50年代的比例曾高达90％，2007年煤炭在我国一次性能源生产和消费结构中的比重分别为76％和69％。据《中国可持续能源发展战略》报告，2010年，煤炭在一次性能源生产和消费中约占60％，到2050年，煤炭所占比例不会低于50％。依据中国经济和社会发展对能源的需求初步测算，到2020年，中国煤炭的年需求量将达到2.2Gt～2.4Gt。考虑到因资源枯竭一些老矿井需要关闭和大中型煤矿置换小煤矿等因素，未来13年我国每年需要增加煤炭生产能力约80Mt，每年需要投资几百亿元进行井田的开发和挖掘。可以预见，在未来几十年内，煤炭仍将是我国的主要能源和重要的战略物资，具有不可替代性，煤炭产业在国民经济中的基础地位，将是长期和稳固的，煤炭企业的生存与发展也将关系着国计民生。
采掘计划是矿井生产计划的核心，是生产的指导性文件，采掘计划的编制直接影响到其生产安全性和生产效益，对其年度生产计划的完成会产生很大影响。采煤和掘进是煤矿生产系统中两个极为重要的环节，采与掘是矿井生产的两个基本要素。因此，煤矿的建设与生产，必须处理好采与掘两者的接替关系，从而实现采掘平衡。采掘平衡会保证均衡、安全的生产，对矿井设计和煤炭生产有着极为重要的意义，会带来极大的经济效益和社会效益。而采掘关系失调或紧张，会使矿井造成巨大的损失和浪费。所以，在采掘工作开始之前，编制科学合理的接替计划意义重大。
随着矿井生产过程的发展，采掘空间、开采技术条件的不断变化，影响采掘接替的因素不断增多，矿井生产系统越来越复杂，给制订计划带来很大困难。长期以来，我国矿山采掘计划一直采用传统的手工方法进行编制，尽管在一定程度上反映了编制人员的智慧和经验，但在实际操作中由于不确定因素太多，指标难以取舍，效率低下，难以保证计划的质量，应用范围大大受到限制。至今，采掘计划还难以提出令人信服的定量关系以供决策。
本文以系统工程的基本理论为基础，以平煤五矿为例，结合运筹学理论和智能算法，从系统的观点出发，在深入了解采掘计划编制过程和各种编制方法，并收集相关书本、文献资料对采掘计划编制和管理模式的研究现状、发展趋势和存在问题进行分析的基础上，将整数规划与目标规划结合起来，结合实际矿井采掘计划编制经验，构建了三个采掘计划数学模型，充分发挥了定量计算与定性分析功能，能够有效辅助矿井计划的编制。
矿井采掘接替计划优化模型。为保证生产连续稳定地正常进行，无论在新建矿井设计或在生产矿井的技术改造中，都要编制采区工作面接替为基础的矿井生产长远规划。编制采掘计划是矿山生产中最重要的决策活动，计划是否科学合理，直接关系到煤炭企业能否正常生产和经济效益的好坏，对矿井生产影响极大。煤矿生产主要是巷道掘进与综合采煤(回采)两项工作，巷道掘进在先，综合采煤在后，两项工作相互支撑，互相影响，共同构成煤炭生产的主要环节。本模型是基于整数规划的采掘接替计划优化模型，分别考虑了回采面和掘进面的工时工效及人力安排情况，尽量缩短回采工作面与掘进工作面的接替时间，从而降低应回采与掘进接替失调导致的费用，能够合理的优化采掘接替计划，保证矿井的采掘平衡，对煤矿企业的长远发展有所贡献。
年度采掘接替计划模型。矿井采掘接替计划面临的主要问题是回采工作面与掘进工作面的接替时差。本模型根据平煤五矿的实际生产状况，设计生产能力、地质条件和装备水平等制约因素，结合采掘通用规则和特殊规则，以采掘平衡为基本准则，以最大经济效益为目标，运用运筹学理论的目标规划来建立采掘接替计划模型。年度无接替采掘模型和年度有接替采掘模型是运用目标规划方法建立的一个关于产量、进尺和煤质的多目标规划模型，分别考虑本年度有无接替的情况，将年目标产量、进尺分解到各个回采面和掘进面，得到科学合理的分解结果，可以作为煤炭企业制定采掘交替计划的依据。如果编制出来的采掘计划与实际生产有所出入，那么计划编制人员通过模型的灵敏度分析随时调整工人数和工时来保证采掘接替的顺利进行。，为管理者提供合理的采掘计划方案以供决策。
本文针对煤矿企业生产管理中采掘交替计划安排的困难，建立了三个既相互关联又各自独立的数学模型，并对三个模型分别进行了算法研究，给出了求解三个模型的LINGO代码。每个模型都采用实际案例数据对模型进行检验，经平煤五矿应用，其计算结果得到企业管理者以及各综采队和掘进队管理人的认可，证明了模型的实用性，对于在特殊情况下(岩石、瓦斯等)影响到的掘进队工效无法精确显示，但是通过微调其工作效率，完全可以制定出科学合理的采掘接替计划。本文给出的三个模型能够帮助减少煤矿技术人员的工作量，已经作为煤矿企业制定生产计划的依据，帮助决策人员对未来做出规划。本模型未将成本及收入纳入目标规划之中，在今后的研究中有待进一步改善。