بعد از اکتشاف يک معدن و تهيه مدل زمين‌شناسي از کانسار، در صورتي‌كه روش روباز براي استخراج آن كانسار در نظر گرفته شود، نوبت به طراحي و برنامه‌ريزي توليد مي‌رسد. در اين مرحله، محدودة نهايي معدن مشخص شده و سپس با توجه به عيار يا عيارهاي حد بهينه در سال‌هاي مختلف و همچنين ظرفيت‌هاي موجود، برنامه‌ريزي براي توليد انجام مي‌شود.هدف از برنامه‌ريزي توليد در معادن، تعيين الگوي استخراج بهينه از معدن است به گونه‌اي که علاوه بر اين که بالاترين سود اقتصادي عايد معدن مي‌شود، محدوديت‌هاي توليدي موجود نيز ارضاء شود. اين محدوديت‌ها شامل موارد زير است:

زمان استخراج بلوك‌ها و مقصد آنها بعد از استخراج، نه‌تنها مقدار جريان نقدينگي معدن را در هر سال تعيين مي‌کند، بلکه برنامه‌ريزي براي توليد در سال‌هاي بعد را نيز متاثر خواهد ساخت. پس تصميمي که امروز براي استخراج يك قسمت از معدن گرفته مي‌شود، بر عمليات استخراج و بهره‌برداري از معدن در سال‌هاي آتي، تاثير خواهد گذاشت.اما محدودة نهايي معدن با بالاترين ارزش اقتصادي، زماني مشخص مي‌شود كه ارزش اقتصادي بلوك‌ها مشخص شده باشد. ارزش اقتصادي بلوك‌ها نيز وابسته به زمان استخراج (سكانس استخراج) آن‌ها است و سكانس استخراج بلوك‌ها نيز زماني مشخص مي‌شود كه محدودة نهايي معدن قبلاً به‌دست آمده باشد رابطة بين اين سه پارامتر در شكل (1-1) نشان داده شده است.

پس فرآيند طراحي و برنامه‌ريزي معدن، يک فرآيند بهينه‌سازي چند متغيره بوده و نيازمند حل همزمان است. متاسفانه اين مسئله به راحتي قابل حل نيست. بعد از سه دهه تلاش مستمر، هنوز مسئله طراحي و برنامه‌ريزي توليد در معادن روباز با در نظر گرفتن همة جوانب به صورت همزمان، يک مسئله لاينحل باقي مانده است. روش معمول براي حل اين مسئله بدين صورت است که با فرض يک عيار حد مشخص و تخصيص ارزش اقتصادي به هر بلوک، محدودة نهايي معدن با الگوريتم‌هاي کارآ مثل الگوريتم لرچ و گراسمن  يا جريان شبکه حل مي‌شود. بعد از تعيين محدوده نهايي معدن، سکانس‌ استخراج بلوك‌ها مشخص خواهد شد. حال دوباره با استفاده از سكانس استخراج به دست آمده در مرحلة قبل، ارزش اقتصادي بلوك‌ها به دست آورده شده و اين فرآيند آنقدر ادامه مي‌يابد تا پس از دو مرحله تكرار به طرح واحدي براي استخراج برسيم. اين برنامه، در واقع همان برنامه نهايي براي استخراج معدن است. پس مراحل طراحي و برنامه‌ريزي توليد براي يك معدن به شرح زير خلاصه مي‌شود :

با پيشرفت كامپيوتر، ايدة تهية مدل بلوكي از مادة معدني مطرح شد. مدل بلوكي در واقع يك نمايش سه بعدي از مادة معدني و سنگ‌هاي در برگيرنده است كه در آن كانسار و سنگ‌هاي اطراف به صورت مجموعه‌اي از بلوك‌ها نشان داده مي‌شود. ابعاد بلوك‌ها به فاصلة گمانه‌هاي اكتشافي، زمين‌شناسي مادة معدني و ابعاد واحد معدنكاري انتخابي وابسته است. به عنوان يك قاعدة سرانگشتي، ابعاد بلوك‌ها نبايد كمتر از يك چهارم فاصلة بين گمانه‌هاي اكتشافي بوده و ارتفاع بلوك‌ها نيز معمولاً با ارتفاع پله‌هاي استخراجي منطبق است. بعد از بلوك‌بندي، با استفاده از يكي از روش‌هاي تخمين، به هر بلوك عياریا عيارهاي مربوطه تخصيص داده مي‌شود. در نهايت با استفاده از داده‌هاي اقتصادي، ارزش اقتصادي هر بلوك محاسبه مي‌شود. در واقع با تبديل مدل زمين‌شناسي كانسار به يك مدل بلوكي اقتصادي، راه براي استفاده از روش‌هاي بهينه‌سازي رياضي براي طراحي و برنامه‌ريزي معدن هموار مي‌شود.

در اين مرحله با در نظر گرفتن زاوية شيب ايمن در نقاط مختلف معدن، با ارزش‌ترين پيت ممكن  (پيت بهينه) با استفاده از روش‌هاي لرچ و گراسمن سه بعدي يا جريان شبكه به دست آورده مي‌شود. با اين كار،  مقدار ذخيره قابل استخراج كانسار مشخص خواهد شد.

بعد از طراحي محدودة نهايي معدن، نوبت به برنامه‌ريزي براي استخراج بلوك‌هاي موجود در محدودة نهايي پيت؛ با استفاده از الگوريتم‌هاي رياضي، مي‌رسد. اما از آنجا كه پياده‌سازي مدل‌هاي رياضي پيشرفته روي كل مواد موجود در محدودة نهايي، خيلي مشكل و بعضاً غير ممكن است، لذا بلوك‌هاي موجود در اين محدوده، به احجام كوچكتري تقسيم مي‌شوند كه اين احجام پيشروي نام دارد. در واقع پيشروي، عبارت است از پيت‌هاي حد واسطي که استخراج متوالي آنها منجر به استخراج پيت نهايي مي‌شود. به عبارت ديگر پيشروي‌ها مراحل رشد يک معدن روباز را در طي زمان نشان مي‌دهند. بسته به ابعاد معدن، مي‌توان براي يک پيت حتي ١٠ پيشروي طراحي کرد. البته بايد به اين نکته توجه داشت که در طراحي پيشروي‌ها بايد حداقل فضاي کافي براي استخراج هر پيشروي در نظر گرفته شود تا ماشين‌آلات بتوانند عمليات استخراج را به راحتي انجام دهند. بعد از طراحي پيشروي‌ها و قبل از برنامه‌ريزي توليد سالانه، بايد فرآيند هموارسازي و طراحي جاده بالابري روي هر پيشروي انجام گيرد تا پيشروي مربوطه يك پيشروي كاملاً عملياتي و قابل اجرا باشد.

در اين مرحله، مدل رياضي برنامه‌ريزي توليد در محدودة هر پيشروي پياده مي‌شود. مدل‌هاي رياضي علاوه بر اين‌كه قادراند الگوي استخراج بلوك‌ها را با حداكثر سود به دست دهند، بلكه ارضاي محدوديت‌هاي توليدي و هندسي را نيز تضمين مي‌نمايند.برای نشان دادن تاثير زمان‌بندی استخراج بلوک‌ها در ارزش خالص فعلی يک پروژه، يک مثال ذکر می‌شود. فرض کنيد يک کانسار شامل 10 بلوک کانسنگ و 10 بلوک باطله است (شکل 1-2). بلوک‌های باطله دقيقاً روی بلوک‌های کانسنگ قرار دارند. با توجه به امکانات و تجهيزات معدن، سالانه حداکثر 5 بلوک (شامل بلوک‌های کانسنگ و باطله) می‌توان استخراج نمود. ارزش هر بلوک کانسنگ 20000 ريال و ارزش هر بلوک باطله 10000-  بوده و نرخ بهره 10%  است.

  به هر يک از گزينه‌های بررسی شده در مثال فوق يک گزينه ممکن برای برنامه‌ريزی توليد معدن گويند، زيرا هم محدوديت زاويه شيب رعايت شده است (يعني قبل از استخراج هر بلوك، همة بلوك‌هاي بالاي سر آن برداشت شده‌ است) و هم تعداد بلوک‌های استخراج شده در هر سال از حداکثر ظرفيت استخراج سالانه معدن (5 بلوک) فراتر نرفته است. تعداد گزينه‌های ممکن در مسئلة برنامه‌ريزی توليد به تعداد بلوک‌های موجود در مدل، تعداد دوره‌های زمانی سالانه و تعداد محدوديت‌های توليدی بستگی دارد. تعداد جواب‌هاي ممكن با افزايش تعداد بلوك‌هاي موجود در كانسار به سرعت افزايش يافته به طوري‌كه يافتن همة گزينه‌هاي ممکن و سپس انتخاب بهترين گزينه به عنوان گزينه بهينه برای زمان‌بندي استخراج بلوک‌ها به صورت دستی و بدون استفاده از الگوريتم‌هاي پيشرفتة رياضی، تقريباً غيرممکن است. حتی يافتن گزينه‌های ممکن در يک مدل بلوکی خيلی کوچک شامل 1000 بلوک که قرار است برای 5 سال برنامه‌ريزی توليد روی آن انجام گيرد خيلي پيچيده خواهد بود. بنابراين، استفاده از روش‌های بهينه‌سازی رياضی در يافتن گزينة بهينه برای زمان‌بندي استخراج بلوک‌های کانسنگ و باطله، اجتناب ناپذير است. استفاده از الگوريتم‌های بهينه‌سازی رياضی علاوه بر آن‌که برنامه‌ای را برای استخراج بلوک‌ها ارايه می‌دهند که در آن، همة محدوديت‌های موجود مثل محدوديت زاويه شيب، محدوديت ظرفيت توليد و … برآورده مي‌شود، بلكه حداکثر سود نيز عايد معدن خواهد شد. البته بايد متذكر شد كه در مدل‌هاي بزرگ، به جاي تعيين تركيب بهينه‌ براي استخراج بلوك‌ها در محدودة پيت نهايي، مي‌توان ابتدا پيت نهايي را به چندين پيشروي تقسيم كرد و سپس الگوريتم‌هاي برنامه‌ريزي براي توليد را در محدوده هر پيشروي به طور جداگانه به كار برد. در واقع با اين كار مسئله بزرگ به تعدادي زير مسئله فرعي كوچك‌تر تقسيم مي‌شود.

الگوريتم‌هاي موجود براي حل مسئلة برنامه‌ريزي توليد بلندمدت، در بين بلوك‌هاي نامزد شده جستجو كرده و بلوك‌هايي را براي استخراج در هر دورة زماني براي استخراج در نظر مي‌گيرد كه علاوه بر ارضاي محدوديت‌ها، ارزش خالص بيشينه را براي كانسار به دست دهد. از آنجا كه فرآيند طراحي و برنامه‌ريزي معدن روي مدل بلوكي اقتصادي انجام مي‌شود، مسلماً طرح و الگوي استخراج بهينة معدن، متاثر از داده‌ها و اطلاعات به كار رفته براي ساخت اين مدل بلوكي است. هر چقدر قطعيت اين داده‌ها بيشتر باشد، طرح و برنامة تهيه شده براي استخراج معدن از قطعيت و ثبات بيشتري برخوردار خواهد بود.

برنامه‌ريزي توليد در معادن بسته به افق زماني و اهداف در نظر گرفته شده مي‌تواند بلند‌مدت، ميان‌مدت و کوتاه‌مدت باشد.برنامه ریزی تولید بلند مدت

اهداف برنامه‌ريزي توليد بلند مدت عبارتند از:

• بيشينه سازي ارزش خالص فعلي پروژه
• کمينه‌سازي ريسک دستيابي به اهداف توليدي
•  بيشينه‌سازي عمر معدن

• حداقل و حداکثر تناژي از کانسنگ كه در هر بازه زماني بايد توليد شود
• حداقل و حداکثر کنسانتره‌اي که بايد در هر بازه زماني توليد شود
• حداقل تناژ باطله‌اي كه بايد در هر دورة زماني استخراج شود تا در دوره‌هاي زماني بعد كانسنگ براي استخراج به مقدار كافي در دسترس باشد.
•  حداکثر تعداد پله‌هايي که در هر بازه زماني، استخراج از آن‌ها صورت مي‌گيرد
• بالاترين و پايين‌ترين پله‌اي که در هر بازه زماني، استخراج از آنها صورت مي‌گيرد
• حداقل و حداکثر پارامترهاي کيفي مربوط به محصول نهايي توليدي
•  حداقل تناژ کانسنگ باقيمانده در هر بازه زماني
• حداقل تناژ باطله باقي مانده در هر بازه زماني
• محدوديت زاويه شيب
• محدوديت هاي مربوط به دپوهاي کانسنگ
• حداقل عرض کف پيت
• وجود معادن زيرزميني يا فضاهاي زيرزميني بزرگ در اطراف معدن  روباز که باعث تغيير در برنامه‌ريزي توليد بلند مدت مي‌شود
• وجود دمپ باطله يا ضايعات کارخانه فرآوري به خاطر فعاليت‌هاي معدني که قبلاً در آن منطقه در جريان بوده است
• وجود خطوط انتقال برق و جاده‌هاي برون شهري در اطراف معدن

برنامه ریزی تولید میان مدت

•  ميزان توليد و کارکرد شاول و کاميون و تجهيزات حفاري در بازه‌هاي يک تا شش ماهه
• عيارها، مقدار بازيابي و مشخصات فيزيکي و شيميايي بلوک‌ها به منظور برنامه‌ريزي كوتاه مدت توليد درمراحل بعدي
• پيش بيني کارهاي ساخت ‌و ساز و آماده‌سازي که نياز است در سال‌هاي بعدي انجام گيرد (نظير جاده‌ها، باز کردن ناحيه جديدي از معدن، ساخت حوضچه آبکشي و غيره)
• دمپ‌هاي باطله‌اي که مي‌بايست در آينده براي انباشت باطله مورد استفاده قرار گيرد.

برنامه ریزی تولید کوتاه مدت

• تامين نيازهاي اختلاط
• از نظر کيفيت مواد ارسالي به كارخانه در هر زمان. هدف از اختلاط، فرستادن کانسنگ با كيفيت ثابت به کارخانه فرآوري است. کنترل عيار مشکل‌ترين و مهمترين مرحله برنامه‌ريزي توليد است، زيرا وقتي کارخانه فرآوري با بالاترين بازدهي کار مي‌کند که تغييرات در خوراک ورودي به کارخانه به حداقل برسد.
•  تامين نيازهاي کمي سايت اختلاط و کارخانه فرآوري به منظور فراهم آوردن تناژ مورد نياز كارخانة فرآوري.
• حداكثر استفاده از ظرفيت تجهيزات معدني. اين مهم با به حداقل رساندن زمان بيکاري ماشين‌آلات و جلوگيري از جابه جايي بيش از حد آنها امکان‌پذير است.
• به حداقل رساندن انحراف از برنامه‌ريزي توليد بلند مدت.
•  اطمينان يافتن از اين که در سال‌ها يا ماه‌هاي بعد بتوان به اهداف فوق دست يافت.
• برنامه‌ريزي توليد بايد به گونه‌اي انجام شود که علاوه بر قابليت کاربري آن در شرايط معمولي کانسار، بتوان آن را به سرعت در موارد اضطراري پيش بيني نشده نيز به‌کار برد.
• برنامه‌ريزي بايد از حداکثر قابليت انعطاف برخوردار باشد، يعني اينکه مهندس برنامه‌ريز امکان  اعمال نظر در برنامه‌ريزي را از طريق حذف يکي از محدوديت‌هاي ذکر شده، داشته باشد.
•  اطمينان يافتن از اين که براي استخراج کانسنگ در هر زمان، باطله برداري مربوط به آن قبلاً انجام شده باشد.
• در نظر گرفتن زواياي شيب پايدار در نقاط مختلف معدن.
• فراهم آوردن جاده دسترسي به تمام پله‌هاي در حال کار معدن.
• اطمينان يافتن از اينکه حداقل عرض لازم براي مانور شاول و کاميون در پله وجود دارد.

3.     Whittle J. (1989): The Facts and Fallacies of Open Pit Optimization. Whittle Programming Pty., Ltd., North Balwyn, Victoria, Australia.

4.     Lerchs H. and Grossman F. (1965): Optimum design of open-pit mines. Transaction CIM, Vol. 58, No.633, pp 47-54.

5.     Johnson T.B. and Barnes J. (1988): Application of Maximal Flow Algorithm to Ultimate Pit Design. Engineering Design: Better Results through Operations Research Methods. North Holland, pp 518-531.

6.     Dagdelen Kadri (2000): Open pit optimization- Strategies for improving economics of mining projects through mine planning. Application Computers for Mining Industry, pp. 125-129

7.     Bernabe D. and Dagdelen K. (2002): A comprehensive analysis of open pit mine scheduling techniques for strategic mine planning of the TINTAYA copper mine in Peru. 2002 SME Annual meeting, Feb. 25-27,Phpenix, Arizona, Preprint 02-125.

8.     Steffan O.K.H. (1997): Planning of open pit mines on a risk basis. The journal of the South African institute of mining and metallurgy, March/April1997, pp 47-56.

9.     Fytas K. and Calder P.N. (1986): A computerized model of open pit short and long range production scheduling. Proceeding of Application of Computers and Operations Research in the Mineral Industry, 1986, pp 109-119.

10.  Ten Brink O.E.E. (2002): The impact on NPV due to political and geographical constraints. A Whittle case study.

11.  Silva K.S., Moura M.M., Lanna, Saliby E. and Fleurisson J-A. (1999): Short term mine planning: Selection of working sites in iron ore mines”. Proceeding of Application of Computers and Operations Research in the Mineral Industry, 1999, pp 763-770.

12.  Smith. M.L. (1998): Optimization short-term production schedules in surface mining: Integrating mine modeling software with AMLP/CPLEX. International journal of surface mining, reclamation and environmental, Vol. 12, 1998, pp 149-155.

13.  Wilke F.L. and Reimer TH. (1979): Optimizing the short-term production schedule for an open-pit iron ore mining system. Computer methods for the 80’s in the mineral industry, society of mining engineers of A.I.M.E pp 642-646.