露天矿最终境界的经济-生态一体化优化.pdf

书书书收稿日期２０１３－０３－１１基金项目辽宁省自然科学基金资助项目（２０１１０２０６５，２０１２０２０７５）；教育部新世纪优秀人才支持计划项目（ＮＣＥＴ－１１－００７３）．作者简介顾晓薇（１９７１－），女，辽宁凤城人，东北大学教授，博士生导师；王青（１９６２－），男，内蒙古兴和人，东北大学教授，博士生导师．第３４卷第９期２０１３年９月东北大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２０１３露天矿最终境界的经济－生态一体化优化顾晓薇１，胥孝川１，王青１，刘剑平１，２（１．东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳１１０８１９；２．东煤沈阳基础工程公司，辽宁沈阳１１００１６）摘要基于规则块体品位模型和地表模型，使用锥体排除法产生地质最优境界序列和地质最优开采体序列．建立动态排序模型，对每个境界的地质最优开采体序列进行动态排序，使用动态规划方法以净现值最大为目标函数，找出最佳开采路径作为最优开采方案．根据每一个地质最优境界的最优生产计划选出净现值最大的境界作为最优境界，该境界的最佳开采路径作为最优生产计划，实现境界与生产计划同时优化．基于生态足迹理论构建矿山生态成本模型，结合各候选境界生产计划计算矿山生态成本，并纳入到露天矿境界中，使外生成本内生化，实现矿山项目评价和设计方案的“ 经济－生态一体化” 优化．应用表明，生态成本对最终境界及矿山投资回报有重要影响．关键词露天矿；境界优化；生产计划；生态成本；净现值中图分类号ＴＤ８５４文献标志码Ａ文章编号１００５－３０２６（２０１３）０９－１３４７－０５Ｅｃｏｎｏｍｉｃ  ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＵｌｔｉｍａｔｅＢｏｕｎｄａｒｙｏｆＭｅｔａｌＯｐｅｎ  ＰｉｔＭｉｎｅＧＵＸｉａｏ  ｗｅｉ１，ＸＵＸｉａｏ  ｃｈｕａｎ１，ＷＡＮＧＱｉｎｇ１，ＬＩＵＪｉａｎ  ｐｉｎｇ１，２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓ＆ＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｏｎｇｍｅｉＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙｏｆＳｈｅｎｙａｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６，Ｃｈｉｎａ．ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒＸＵＸｉａｏ  ｃｈｕａｎ，Ｅ  ｍａｉｌ４９３２１２７５５＠ｑｑ．ｃｏｍ）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｂｌｏｃｋｇｒａｄｅｍｏｄｅｌａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｅｌ，ｃｏｎｅｅｘｃｌｕｓｉｖｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｏｂｔａｉｎａｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆ “ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｏｐｔｉｍｕｍｆｉｎａｌｐｉｔｓ ”ａｎｄ“ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｏｐｔｉｍｕｍｐｕｓｈ  ｂａｃｋｓ ” ．Ｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｏｐｔｉｍｕｍｐｕｓｈ  ｂａｃｋｓｗｅｒｅｐｕｔｉｎｔｏａｎａｓ  ｂｕｉｌｔｄｙｎａｍｉｃｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍＮＰＶａｓｔｈｅｔａｒｇｅｔｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｆｏｕｎｄｏｕｔｔｈｅｂｅｓｔｗａｙａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｍｉｎｉｎｇｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅｎｔｈｅｂｅｓｔｍｉｎｉｎｇｐａｔｈｏｆｅｖｅｒｙｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｏｐｔｉｍｕｍｆｉｎａｌｐｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｏｕｔａｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｍｉｎｉｎｇｓｃｈｅｍｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｎｏｆｅｖｅｒｙｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｏｐｔｉｍｕｍｆｉｎａｌｐｉｔ，ｔｈｅｆｉｎａｌｐｉｔｗｉｔｈｔｈｅｌａｒｇｅｓｔＮＰＶｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｏｐｔｉｍｕｍｆｉｎａｌｐｉｔ，ｔｈｅｂｅｓｔｍｉｎｉｎｇｐａｔｈｏｆｗｈｉｃｈｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｎａｌｐｉｔａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｍｉｎｅｅｃｏ  ｃｏｓｔｍｏｄｅｌｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｍｉｎｅｅｃｏ  ｃｏｓｔｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｎ，ｗｈｉｃｈｗａｓａｄｄｅｄｔｏｂｏｕｎｄａｒｙｔｏｍａｋｅｔｈｅｅｘｏｇｅｎｏｕｓｅｃｏ  ｃｏｓｔｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ，ａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃ  ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｉｎｅｐｒｏｊｅｃｔａｎｄｄｅｓｉｇｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｅｃｏ  ｃｏｓｔｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｕｌｔｉｍａｔｅｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｍｉｎｅｒｅｔｕｒｎｉｎｇｏｎｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｏｐｅｎ  ｐｉｔｍｉｎｅ；ｂｏｕｎｄａｒｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｎ；ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｓｔ；ｎｅｔｐｒｅｓｅｎｔｖａｌｕｅ（ＮＰＶ）最终境界的设计以及境界中生产计划的安排是露天矿山生产的两个重要环节，对露天矿最终经济效益有重大影响．最终境界优化的方法很多，比如准优化算法中的浮锥法和储量参数化法，数学优化方法中的图论法和动态规划法是比较具有代表性的算法［１－４］．然而这些优化算法及理论一般都是先依据经济合理剥采比设计最终境界，然后在境界中按照给定的生产能力安排生产计划，最终境界是设计计划的前提．实质上，最终境界和生产计划之间存在着相互作用的关系最终境界的设计需要知道相关的技术经济参数，而成本与生产计划有关，另外生产计划是在最终境界中做的，是最终境界的函数．因此二者是互为前提的，所以需要对最终境界、开采顺序、生产能力及开采寿命进行同时优化，即整体优化［５］．无论是依据经济合理剥采比设计最终境界还是整体优化，一直都只考虑矿山建设与生产中发生的各项投资和经营费用，而矿山生产对生态系统的损害所造成的生态功能的损失的大部分是 “ 外生成本” ，不予考虑．从生态或环境角度讲，露天开采境界的设计不仅需要考虑经济效益，而且需要考虑生态效率设计准则和目标函数不应仅仅是经济效益（总利润或总净现值）最大，而应该是经济和生态总效益最大．包括我国在内的许多国家已颁布法规，要求矿产开发者提交环境评价报告和土地复垦方案，许多学者也做了大量的学术研究，例如金丹研究了矿山生态系统能学过程，同时考察矿山特定生命周期阶段主要年份的代谢机制［６］；加拿大的ＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｉｎｅｒａｌｓＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓａｎｄｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｘｃｅｌｌｅｎｃｅｉｎＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＧｕｉｄｅ［７］，Ｍｏｌｏｔｉｌｏｖ等［８］研究了露天开采中通过坑内排弃废石减少环境冲击的开采顺序设计问题，但只能用于特定的矿床赋存条件．因此，本文在研究露天矿境界优化的同时将生态成本内化，纳入到矿山生产整体评价中，使外生成本内化，是实现矿山项目和设计方案的 “ 经济－生态一体化” 评价的基础．１地质最优境界序列一般最终境界的获得是基于经济合理剥采比，然后在最终境界中做生产计划．本文考虑实现境界与生产计划同时优化，所以首先产生一系列基于品位大小关系的地质最优境界（与经济参数无关）．地质最优境界是指对于给定的最终帮坡角，一个具有矿岩总量Ｖｉ的地质最优境界，是所有具有相同矿岩总量Ｖｉ的境界中平均品位最高的境界．地质最优境界序列的获得是基于一个剥采比最大境界（见文献［９］）开始的，产生地质最优境界序列的基本思路是首先构造一个足够大的锥体模板，将锥顶置于第一个模柱最下一个完整模块的中心，如果锥内矿岩总量不大于预先设定的境界之间的矿岩增量 Δ Ｖ，则计算锥内平均品位，并将该锥体按照品位大小放入一个锥体序列中，否则不考虑该锥体；然后将锥体移至下一模柱进行同样的比较和计算，当考虑完所有模柱后，得到一个按平均品位大小排列的锥体序列；最后从锥体序列中找出平均品位最小且矿岩总量最接近增量 Δ Ｖ的锥体联合体，将它们从境界中删除，刷新边界，完成“ 一轮扫描” ，得到一个新的境界；以这个新境界为当前境界，进行下一轮扫描，直至得到的境界矿岩量等于或接近于设定的最小境界矿量（Ｖ１），就得到了一个地质最优境界序列｛Ｖ ｝Ｎ．２境界中开采计划优化得到地质最优境界序列后，需要找出每个境界的最优开采计划，以计算其ＮＰＶ．最优开采计划就是在境界中对最优开采体序列进行动态排序，寻找使净现值最大的开采方案．地质最优开采体是指在境界内，如果一个采剥量为Ｐ、以工作帮坡角ａ开采的区段，所含有的有用矿物量是所有采剥量和工作帮坡角相同的区段中的最大者，该区段称为对于Ｐ和ａ的地质最优开采体，用Ｐ  表示．地质最优开采体序列产生方法与上述地质最优境界序列类似，唯一不同的是锥体的锥面与水平面的夹角不再是境界的最终帮坡角而是工作帮坡角．得到地质最优开采体序列后，就可以建立动态规划模型，动态规划模型的阶段变量定义时间（年）用ｉ表示，阶段数等于Ｎ，即采场序列｛Ｐ ｝Ｎ中的采场数；状态变量定义为阶段末的采场，取序列｛Ｐ ｝Ｎ中的采场，用Ｓ（ｉ，ｊ）表示第ｉ阶段的状态ｊ．每一阶段ｉ（ｉ＝１，２，，Ｎ）的状态都是从状态ｉ到状态Ｎ，其状态ｊ（ｊ＝ｉ，ｉ＋１，，Ｎ）对应于采场Ｐ  ｊ．由于采场是逐年扩大的，第ｉ阶段的状态ｊ（Ｓ（ｉ，ｊ））只能从前一阶段（ｉ－１）上那些比状态ｊ低的状态（Ｓ（ｉ－１，ｋ），ｉ－１ ≤ｋ ≤ｊ－１）转移而来．当状态Ｓ（ｉ，ｊ）从状态Ｓ（ｉ－１，ｋ）转移而来时，状态转移方程为ｑ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）＝Ｑｊ－Ｑｋ，（１）ｗ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）＝Ｗｊ－Ｗｋ，（２）ｕ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）＝Ｕｊ－Ｕｋ．（３）式中ｑ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ），ｗ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ），ｕ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）分别为状态Ｓ（ｉ－１，ｋ）８４３１东北大学学报（自然科学版）第３４卷所对应的第ｉ年的采矿量、岩石剥离量、精矿量；Ｑｊ，Ｗｊ，Ｕｊ分别为状态Ｓ（ｉ，ｊ）对应的采场Ｐ  ｊ含有的矿量、岩石量、精矿量；Ｑｋ，Ｗｋ，Ｕｋ分别为状态Ｓ（ｉ－１，ｋ）对应的采场Ｐ  ｋ含有的矿量、岩石量和精矿量．这样一个状态转移代表从ｉ－１年末到ｉ年末，采场从Ｐ  ｋ扩展为Ｐ  ｊ．因此，如果在第ｉ年按该状态转移开采，假定矿山的销售产品为精矿，实现的利润ｙ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）可简单计算为ｙ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）＝ｐｉｕ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）ｒｍｒｐｇｐ－ｑ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）ｒｍ（１＋ｒｒ）（ｃｍ＋ｃｐ）－ｗ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）ｃｗ．（４）式中ｒｍ为矿石回采率；ｒｐ为精矿回收率；ｇｐ为精矿品位；ｐｉ为精矿售价；ｒｒ为废石混入率；ｃｍ，ｃｐ，ｃｗ分别为采矿、选矿和剥岩的单位成本．该状态转移对应的第ｉ年末的累计净现值（从时间０开采到第ｉ年末的总净现值）ＮＰＶ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）为ＮＰＶ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）＝ＮＰＶ（ｉ－１，ｋ）＋ｙ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）（１＋ｄ）ｉ．（５）最优方案的确定是基于一个净现值最大的目标函数ＮＰＶｉ，ｊ＝ｍａｘｉ－１ ≤ｋ ≤ｊ－１ＮＰＶ（ｉ－１，ｋ）＋ｙ（ｉ－１，ｋ）（ｉ，ｊ）（１＋ｄ） {} ｉ．（６）式中ＮＰＶｉ，ｊ为从０沿最佳路径到达状态Ｓｉ，ｊ的最大累计净现值；ｄ为折现率．根据每一个候选境界的最终优化结果，本文从中选出一个净现值最大的境界作为最优境界，当然得到的这个最优境界是不考虑生态成本的．３生态足迹模型矿山生产的生态足迹是提供矿石生产过程中所消耗和破坏的资源与吸收所排放的废弃物需要的生态生产性土地的面积，对于露天矿来说，主要包括直接生态足迹（直接挖损和占压的土地，这里指采场、排土场、尾矿库、生活区）和间接生态足迹（露天开采能耗排放的生态足迹，主要是指二氧化碳排放），具体的计算过程和方法见文献［１０］Ａｄ＝Ａｗ＋Ａｐ＋Ａｔ＋Ａｏ＋ＡＥ．（７）式中Ａｄ为总的直接足迹，ｈｍ２；Ａｗ为排土场生态足迹，ｈｍ２；Ａｔ为尾矿库生态足迹，ｈｍ２；Ａｐ为露天采场生态足迹，ｈｍ２；ＡＥ为能耗生态足迹，ｈｍ２；Ａｏ为生活区生态足迹，ｈｍ２．４生态成本模型露天矿山生态成本主要由四部分组成，土地占用的直接经济损失，外生生态损失，复垦成本，能源生态成本，具体的计算过程和方法见文献［１０］．ＰＶ＝（Ａｗ＋Ａｐ＋Ａｔ＋Ａｏ）（ｐ＋ＶＮＰＶ＋ＦＮＰＶ）＋ＡＥＣｆ．（８）式中ＰＶ为总的生态成本，元；ｐ为土地占用地产量、地价及其附属值的净现值，元；ＶＮＰＶ为单位外生生态成本净现值，元；ＦＮＰＶ为复垦成本净现值，元；Ｃｆ为造林成本，元ｈｍ－２．５实例应用以本钢下属的某露天矿为例，应用ＳｍａｒｔＭｉｎｅｒ软件对该露天矿进行境界优化开采．该露天矿全长１０００ｍ，矿体从１８０ｍ延深到最深约－３００ｍ．由３条矿体组成，分别命名为Ｆｅ６，Ｆｅ７和Ｆｅ８，其中Ｆｅ８和Ｆｅ７为主要矿体，南北走向，倾角５３～６０，矿体品位稳定，平均品位２５％．贾家堡铁矿床决定０ｍ以上用露天开采，以下用地下开采．５  １境界优化参数设置产生地质最优候选境界序列的参数设置最大剥采比为８，工业边界品位为２０％，最小境界含矿量为２０００１０４ｔ，最小境界矿岩量为８０００１０４ｔ，境界含矿增量为６００１０４ｔ，境界矿岩量增量为２０００１０４ｔ；最终帮坡角根据不同方位岩石稳定性进行设置，这里依据矿山地质资料，在方位为４５，１３５，２２５，３１５，分别设置最终帮坡角为４６，４８，４４，４５．境界中做生产计划优化的参数设置采矿成本２４元ｔ－１，剥离成本１５元ｔ－１，选矿成本１３５元ｔ－１，精矿售价７００元ｔ－１，采矿回收率９５％，选矿回收率８２％，原矿平均品位２５％，精矿品位６６％，年生产能力为３３０１０４ｔ，年采矿量下限为２８０１０４ｔ，年采矿量上限为３５０１０４ｔ，最大年采剥总量为１８００１０４ｔ．５  ２生态足迹及生态成本计算参数设置露天采场可根据软件所得的采场境界圈定出面积，其面积与通过计算得到的面积基本吻合．由于生活区占地面积相对于其他占地面积来说很小，所以在这里就不考虑生活区的占地面积．这里设排土场高为５０ｍ，尾矿库深为７０ｍ，岩石密度为２  ７ｔｍ－３，矿石密度为３  ２ｔｍ－３，尾矿密度为１  ７５ｔｍ－３，单位采剥量的汽油消耗为０  ０４１ｔ／（１０４ｔ），９４３１第９期顾晓薇等露天矿最终境界的经济－生态一体化优化柴油消耗为５  ６６４ｔ／（１０４ｔ），露天矿单位采剥量耗电量为１  ２ｋＷｈｔ－１，选矿厂单位选矿量耗电量为２８  ５ｋＷｈｔ－１．由于所研究露天矿占用的大部分是林地，所以本文按照东北主要是以温带常绿针叶林和亚热带落叶阔叶林选择参数，计算生态成本．５  ３优化结果通过使用ＳｍａｒｔＭｉｎｅｒ软件按照前面参数的设置对该矿山进行优化，得出７个候选境界以及对应的采剥量、选矿量、年生产能力、利润现值等，如表１所示．由于篇幅限制，这里没有列出各境界的年生产能力．表１不同境界的优化结果Ｔａｂｌｅ１Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ参数境界１境界２境界３境界４境界５境界６境界７开采年限６８１０１２１３１５１７采矿量／１０４ｔ１９０９  ２２４６２  ５３０９９  ４３６３６  ４４１９９  ４４７３５  ７５２６７  ４剥岩量／１０４ｔ１０３５  ５１６７９２５９３  ８３６０９  ９４８８２  ９６５２４  ６９２１４  ７选矿量／１０４ｔ１９０９  ２２４６２  ５３０９９  ４３６３６  ４４１９９  ４４７３５  ７５２６７  ４尾矿量／１０４ｔ１０２３  ５１３２０  １１６６１  ５９１９４９  ５２２５１  ３２５３８  ８２８２３  ９直接足迹５３  ６６７３  ０６９６  １１１２３  ５１１５２  ４１９０  ６５２４７  ２能耗足迹／ｈｍ２８９８６  １１９２４４  ８７９３３７  ７５９４７１  ５９６５５  ５９８３２  ７４１００８８  ９２利润值／亿元６  ９３７  ９６８  ６７９  ２１９  ２３９  ０８８  ２９从表１可以看出，从境界１到境界５净现值都是在逐渐增大的，增加量呈递减趋势，过了境界５，净现值就开始减少了．造成这种现象的直接原因就是随着境界的增大，采矿量虽然在增加，但是剥岩量增加得更快，导致剥岩成本快速增大，最终大于了精矿利润增量，所以可以确定在只考虑经济收益不考虑生态成本的情况下，最优境界为候选境界５．同时可以看出，直接足迹随着开采境界的增大而快速增大，平均增长率为２９％．根据生态足迹计算结果结合生态成本计算模型得出矿山生产中的生态成本如图１所示．图１生态成本随采剥量的变化Ｆｉｇ  １Ｔｈｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｓｔｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｍｉｎｉｎｇａｎｄｓｔｒｉｐｐｉｎｇ从图１中可以看出，随着采剥量的增加，总生态成本几乎成线性增加，境界间生态成本平均增加量为９５９５万元；每一个境界不同生态成本随着境界的变大而变化，其中能耗的生态成本变化不大，复垦成本增长缓慢，而征地成本和外生生态成本越来越大．６生态成本对最终境界的影响根据优化结果以及计算得出的生态成本进行综合考虑，得到如图２所示的在不考虑生态成本和考虑生态成本两种情况下，利润净现值随采剥量的变化情况．图２净现值比较Ｆｉｇ  ２ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅＮＰＶｓ从图２可以看出，生态成本对矿山投资回报及最优境界影响很大．当考虑生态成本时，最优境界由境界５变为境界３，采剥量少了３３８９１０４ｔ，占地面积少了５６  ３１ｈｍ２，生态成本少了１  ６２亿元，开采时间减少了３年．其中境界３生态成本占矿山生产利润现值（不考虑生态成本及基建投资）的５４  ７％，不由矿山经营者负担的外生生态价值损失和能耗生态成本是矿山生产利润现值（不考虑生态成本及基建投资）的２６  ６％．０５３１东北大学学报（自然科学版）第３４卷７结论１）基于锥体排除算法和动态规划方法，得出在不考虑生态成本时的最优境界为境界５，利润现值为９  ２３亿元．２）通过将生态成本融入到露天矿境界优化开采当中，得出最优境界为境界３，利润现值为３  ９３亿元．从优化结果看，从境界３到境界５，生态成本占利润净现值比例增加了１４  ２％，而到境界７时，比例增加了５４  ３％．３）当生态成本纳入到境界优化当中时，生态成本对最终境界的影响很大，即使经济合理、技术可行也未必能盈利最大．所以如果国家将生态成本纳入矿山企业成本计算中，会对资源和环境起到很好的保护作用的．参考文献［１］ＬｅｍｉｅｕｘＭＪ．Ｍｏｖｉｎｇｃｏｎｅｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｃ］／／ＣｏｍｐｕｔｅｒＭｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅ８０ ’ ｓｉｎｔｈｅＭｉｎｅｒａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ．ＮｅｗＹｏｒｋＳＭＥ  ＡＩＭＥ，１９７９３２９－３４５．［２］ＬｅｒｃｈｓＨ，ＧｒｏｓｓｍａｎｎＩＦ．Ｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆｏｐｅｎｐｉｔｍｉｎｅｓ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇＢｕｌｌｅｔｉｎ，１９６５，５８（６３３）４７－５４．［３］ＤｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓＲ，ＭａｒｔｉｎｅｚＬ，ＲａｍａｚａｎＳ．Ａｍａｘｉｍｕｍｕｐｓｉｄｅ／ｍｉｎｉｍｕｍｄｏｗｎｓｉｄｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｐｅｎｐｉｔｍｉｎｅｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２００７，４３（１）７３－８２．［４］ＪａｌａｌｉＳＥ，Ａｔａｅｅ  ＰｏｕｒＭ，ＳｈａｈｒｉａｒＫ．Ｐｉｔｌｉｍｉｔｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｕｓｉｎｇａｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇＭａｇａｚｉｎｅ，２００６，１（６）９０－９４．［５］ＷａｎｇＱ，ＳｅｖｉｍＨ．Ｏｐｅｎｐｉｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｐｉｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｐｉｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＭｉｎｉｎｇ，Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ａｎｄＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，１９９４，２９４１９６８－１９７４．［６］金丹．矿山生态系统物能流核算［Ｊ］．煤炭学报，２０１１，３６（４）７１１－７１２．（ＪｉｎＤａｎ．ＭＥＦＡｉｎｍｉｎｅｅｃｏｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，３６（４）７１１－７１２．）［７］ＯｄｅｌｌＣＪ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙｉｎｔｏｔｈｅｍｉｎｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｄ］．ＶａｎｃｏｕｖｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＢｒｉｔｉｓｈＣｏｌｕｍｂｉａ，２００４．［８］ＭｏｌｏｔｉｌｏｖＳＧ，ＮｏｒｒｉＶＫ，ＣｈｅｓｋｉｄｏｖＶＩ，ｅｔａｌ．Ｎａｔｕｒｅ  ｏｒｉｅｎｔｅｄｏｐｅｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｕｓｉｎｇｍｉｎｅｄ  ｏｕｔｓｐａｃｅｉｎａｎｏｐｅｎｐｉｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２００６，４２（６）６２２－６２７．［９］ＧｕＸＷ，ＷａｎｇＱ，ＧｅＳ．Ｄｙｎａｍｉｃｐｈａｓｅ  ｍｉｎｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｎｏｐｅｎ  ｐｉｔｍｅｔａｌｍｉｎｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＳｏｃｉｅｔｙｏｆＣｈｉｎａ，２０１０，２０（１０）１９７４－１９８０．［１０］王青，胥孝川，顾晓薇，等．金属露天矿开采的生态足迹和生态成本［Ｊ］．资源科学，２０１２，３４（１１）２１３３－２１３８．（ＷａｎｇＱｉｎｇ，ＸｕＸｉａｏ  ｃｈｕａｎ，ＧｕＸｉａｏ  ｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｏｔｐｒｉｎｔａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｓｔｓｉｎｏｐｅｎ  ｐｉｔｍｅｔａｌｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＲｅｓｏｕｒｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１２，３４（１１）２１３３－２１３８．檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼）（上接第１３４６页）２）旋流器内存在负压区，并从沉砂口和溢流口吸入空气．最终形成空气柱的空气是从沉砂口吸入并从溢流口排出．在沉砂管上端空气柱发生大幅度的径向偏摆；空气柱进入溢流管后，会产生 “ 喉结” 状突起．通过考察溢流口压力降和零速包络面可以发现，空气柱确实消耗了一部分不必要的能量，但并不对流场造成明显的额外扰动．３）结构参数一定的情况下，给矿速度的变化对旋流器内空气柱的直径几乎没有影响．旋流器锥角越大，空气柱直径越大；旋流器溢流口直径对空气柱直径影响最为明显，溢流口直径过小会造成空气柱的中断；沉砂口直径过大或过小都会使空气柱直径变小．操作参数和结构参数对旋流器内空气柱直径的影响可以从侧面反映出不同参数对分离特性的影响．参考文献［１］徐继润．水力旋流器强制涡及内部损失的研究［Ｄ］．沈阳东北大学，１９８９．（ＸｕＪｉ  ｒｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｆｏｒｃｅｄｖｏｒｔｅｘａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｌｏｓｓｅｓｉｎｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅ［Ｄ］．ＳｈｅｎｙａｎｇＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９８９．）［２］ＷｅｅＥＬＣ，ＣｈｅｎＹＲ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｉｎａｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｅｐａｒａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１０，６５（２４）６４１５－６４２４．［３］ＪｏｓｅＡＤ，ＲａｊａｍａｎｉＲＫ．Ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｒｅｅｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ  ｃｌｏｓ

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