重载铁路在化解我国煤炭资源产需地不匹配问题上有着举足轻重的作用,关于重载铁路空重车流组织优化的研究有利于提高能源匹配效率,节约运输企业生产成本,对于我国现代能源综合运输体系的建设和运用具有重要的现实指导意义。本文综合借鉴了国内外相关学者的研究成果,在充分考虑我国煤运重载运输组织模式与线站设施特点的基础上,对重载铁路动态空车调配与动态重车组织问题进行了深入研究,细化问题本质并提出相应的理论原则以及方法措施。本论文主要研究内容如下:首先,确定以煤运重载铁路运输系统的空重车流为研究对象,界定以中观层面的运输组织优化为研究范畴。在分析了重载铁路的空车调配以及重车组织的特点、运作模式、基本技术作业流程等基本理论以及重载铁路系统空重车流组织协同过程与原则的基础上,明晰了从空车、重车以及空重协同三个角度进行组织优化研究的思路。接着,结合煤运重载运输系统的运输组织特点,考虑车站装卸车作业能力、技术站分解组合能力、线路通过能力等约束,基于离散时空网络方法分别构建了以"列"为单位的空、重列动态优化模型;然后基于协同思想,以空(重)列在装(卸)车作业过程的转换关系为纽带,以车列走行费用和兑现时间误差最小化为目标,建立了基于时空网络的动态空重车流组织优化模型,并初步分析了模型的适应性。然后,对重载铁路动态空重车流组织优化模型的特点与难点进行分析,提出了分别应用遗传算法和遗传-模拟退火算法对模型进行求解的策略,并对算法的解码、初始解生成等的具体实现流程与步骤进行了详细说明。最后,选取神华集团重要煤运通道包头-神木铁路东线的运营组织为案例,对模型的可行性和算法的有效性进行验证分析。包神铁路东线动态空重车流组织策略与方案的对比分析结果表明了以"列"为单位的考虑时间维度的动态空重车流组织优化模型与本文设计算法的实用性,为煤运重载铁路的空重车流组织提供了有意义的参考。