资源描述：
收稿日期 ２０１６ －１０ －１７ 基金项目 国家自然科学基金青年基金资助项目５１６０４０６１ꎻ 国家自然科学基金资助项目５１４７４０４９ꎬ ５１６７４０６２ꎻ 辽宁省自然科 学基金资助项目２０１４０２００４０ꎻ 教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目２０１３００４２１１００１２ꎻ 中央高校基本 科研业务费专项资金资助项目Ｎ１６０１０４００９. 作者简介 胥孝川１９８６ － ꎬ男ꎬ四川绵阳人ꎬ东北大学博士后研究人员ꎻ 顾晓薇１９７１ － ꎬ女ꎬ辽宁凤城人ꎬ东北大学教授ꎬ博士生 导师. 第３９卷第４期 ２０１８ 年 ４ 月 东北 大 学 学 报 自 然 科 学 版 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ. ３９ꎬＮｏ. ４ Ａｐｒ.２ ０ １ ８ ｄｏｉ １０.１２０６８/ ｊ. ｉｓｓｎ.１００５ －３０２６.２０１８.０４.０２３ 多因素对露天矿最终境界设计的影响 胥孝川１ꎬ 顾晓薇１ꎬ 王 青１ꎬ 刘剑平１ꎬ２ １ 东北大学 资源与土木工程学院ꎬ 辽宁 沈阳 １１０８１９ꎻ ２ 东煤沈阳基础工程公司ꎬ 辽宁 沈阳 １１００１６ 摘 要 以技术经济参数及矿体赋存条件为依据ꎬ基于锥体排除法生成利润值最大的无约束境界ꎻ根据 地表构筑物在矿区的地理位置ꎬ建立境界优化范围约束线ꎬ在约束范围内优化最终境界并计算境界外矿石采 用地下开采的利润值ꎻ建立矿山开采生态成本计算模型ꎬ分别计算两种优化方案的生态成本. 研究结果表明 当只考虑经济因素时ꎬ如果地表构筑物的移动成本低于 ０ ９９ 亿元净现值ꎬ矿山适合采用无约束境界开采ꎻ 当综合考虑生态成本时ꎬ应该选择在受约束境界内开采. 关 键 词 露天矿ꎻ最终境界ꎻ生态成本ꎻ利润ꎻ地表约束 中图分类号 ＴＤ ８ 文献标志码 Ａ 文章编号 １００５ －３０２６２０１８０４ －０５７０ －０５ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ￣ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ Ｕｌｔｉｍａｔｅ Ｐｉｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｏｐｅｎ Ｐｉｔ Ｍｉｎｅ ＸＵ Ｘｉａｏ￣ｃｈｕａｎ１ꎬ ＧＵ Ｘｉａｏ￣ｗｅｉ１ꎬ ＷＡＮＧ Ｑｉｎｇ １ꎬ ＬＩＵ Ｊｉａｎ￣ｐｉｎｇ１ꎬ２ １ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０８１９ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２ Ｄｏｎｇｍｅｉ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇꎬ Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６ꎬ Ｃｈｉｎａ. Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ ＧＵ Ｘｉａｏ￣ｗｅｉꎬ Ｅ￣ｍａｉｌ ４９３２１２７５５＠ ｑｑ. ｃｏｍ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ￣ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｏｒｅｂｏｄｙꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｅ ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｔ￣ｍａｘｉｍｕｍ ｐｉｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｔ ｔｈｅ ｏｒｅ ｄｉｓｔｒｉｃｔꎬ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｌｉｎｅｓ ｗｅｒｅ ｂｕｉｌｔ ｔｏ ｒｅｓｔｒａｉｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｔ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｏｒｅｓ ｏｕｔｓｉｄｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｌｉｎｅｓ ｂｙ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ. Ａｎ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｓｔｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｉｎｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｗｏ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｏｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎬ ｉｔ’ｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ａ ｕｎｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｐｉｔ ｔｏ ｍｉｎｅ ｉｆ ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｃｏｓｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０ ９９ １０８ ＮＰＶ. Ｔｈｅ ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｐｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｈｏｉｃｅ ｗｈｉｌｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｓｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｅꎻ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｐｉｔꎻ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｓｔꎻ ｐｒｏｆｉｔꎻ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｓ 矿产资源开采作为一个高风险行业ꎬ受到市 场行情及地质条件等不确定性因素影响ꎬ其中对 露天矿境界的确定影响最大. 露天矿最终境界设 计不仅涉及到矿区开采范围ꎬ同时还关系到矿岩 总量、生产能力大小、需要准备的尾矿库面积及排 土场面积等ꎬ这些都直接关系到矿山最终盈利大 小. 对露天矿境界优化的影响因素ꎬ国内外专家从 不同方面进行了研究. 文献[１ －２]考虑品位分布 的不确定性ꎬ对露天矿最终境界进行设计ꎻ文献 [３]分析了金属价格的变化特性ꎬ基于风险成本 最小化策略建立境界优化算法ꎻ文献[４]从资金 的时间价值考虑境界优化问题ꎻ文献[５]综合考 虑不同地质条件对境界的影响ꎬ并用神经网络算 法求解最优境界ꎻ文献[６]考虑不同方位帮坡角 的变化及复杂边坡角情况ꎬ采用浮动圆锥法优化 境界ꎻ文献[７]将采区、岩性及矿石品位等因素变 化而引起的生产成本及选矿回收率的变化反映在 境界优化中. 但在境界优化过程中ꎬ将环境成本作 为影响境界确定的因素的研究还相对较少. 虽然 目前国内外对矿山环境问题高度重视ꎬ如文献 [８]中提到加拿大颁布了采矿与矿物可持续开 发指南与探矿环保指导ꎻ文献[９]将生命周期评 价法用于矿山开采的整个生产流程ꎬ但很少有将 环境成本用于指导矿山设计. 鉴于此ꎬ本文以司家 营露天矿为例ꎬ分别从经济角度和生态环境角度 评价受地质条件约束下的最终境界选择. １ 境界优化算法 露天矿境界优化方法很多ꎬ包括浮锥移动法、 图论法、线性规划法及动态规划法等ꎬ本文使用的 锥体排除法是正锥排除法ꎬ即锥体顶点向上ꎬ排除 的是不盈利部分ꎬ改善了锥体排除法中锥体重叠 的影响ꎬ设置了多级优化. 其基本思想就是从模型 底部开始逐步排除那些满足一定几何约束条件且 不盈利的部分ꎬ剩下部分构成了最终境界. 根据矿 山地质资料ꎬ矿区范围及受高压线等地表构筑物 约束所圈定的开采范围如图 １ 所示ꎬ为 －３０ ｍ 水 平的品位模型ꎬ图中空白部分表示目前该水平已 开采ꎬ空白范围内的深色部分代表矿石已采 出ꎬ根据剖面线 Ｉ － Ｉ′得到的剖面如图 ２ 所示简 化后的规则块体矿床模型. 图 １ －３０ ｍ 品位模型 Ｆｉｇ １ Ｇｒａｄｅ ｍｏｄｅｌ ｏｎ －３０ ｍ ｌｅｖｅｌ 图 ２ 锥体排除法示意图 Ｆｉｇ ２ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｃｏｎｅ ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ 在图 ２ 中ꎬ首先从最低层 Ｌ ＝１ 开始ꎬ构造 一个足够大的锥体ꎬ锥体的锥面倾角在不同方位 等于矿山设计的最终帮坡角ꎬ将锥顶点置于模块 的中心ꎬ判断是否有地表约束线. 如果有ꎬ则要判 断该模块是否位于图 ２ 中虚线圈定的范围内ꎬ如 果在虚线内ꎬ计算锥体内矿石量和岩石量. 根据采 矿、剥岩、选矿单位成本ꎬ精矿售价ꎬ采、选回收率 及精矿品位等判断采出锥体内的矿石和岩石是否 盈利ꎬ如果不盈利ꎬ则将锥体内的矿石和岩石都排 除掉即将图 ２ 中受该锥体影响的所有模块的底 部标高提升到锥面位置ꎻ如果盈利小于零ꎬ不作 任何处理ꎻ如果模块不在虚线内ꎬ则不用进行计算 和判断ꎬ直接删除ꎬ然后将锥顶点沿同一水平移动 到下一个模块中心ꎬ直到遍历完该水平所有的模 块ꎬ再将锥体向上移动一个水平根据需要ꎬ可以 是一个台阶高度ꎬ也可以是半个台阶高度或者１/４ 台阶高度ꎬ判断这一水平的所有模块ꎻ当锥体从 最低水平移动到最高水平地表后ꎬ就完成了一 轮扫描ꎬ如果在此轮排除过程中ꎬ有锥体被排除ꎬ 则再进行下一轮扫描ꎬ否则算法结束ꎬ剩下模块组 成的境界即为最终境界. ２ 生态成本计算模型 矿山生态成本就是对矿山开采造成的环境问 题的具体量化. 不同的采矿设计必然引起不同的 环境问题ꎬ比如最终境界圈定的范围大小将会直 接影响到矿区地表植被破坏的面积ꎬ剥离的岩石 越多ꎬ那么需要的排土场面积越大ꎬ产生的环境影 响也就越深远. 考虑到矿山的实际情况及数据的 可获得性ꎬ这里将矿山生态成本分为直接经济损 失、复垦成本、能源消耗的生态成本及外部生态价 值损失. ２ １ 直接经济损失 对于以生物质生产为目的的土地ꎬ其直接生 态价值是能够提供的生物产品粮食、肉类、奶 类、林产品等在特定市场条件下的价值. 除市场 价格外ꎬ这一经济价值取决于土地的生物质生产 力生态系统的主要功能之一. 矿山对土地的直 接占压和挖损造成了土地直接经济价值的损失ꎬ 因此把它纳入生态成本是完全合理与必要的. 地 价是土地能够在未来为拥有者或使用者带来的直 接经济价值在当时当地市场条件下的一种体现 Ｃｚ＝ ＡＶ － Ｃ .１ 式中Ｃｚ为直接生态价值ꎬ元ｈｍ －２ꎻＡ 为植被破 坏面 积ꎬ ｈｍ２ꎻ Ｖ 为 单 位 面 积 的 年 总 收 益ꎬ 元 ｈｍ －２ ａ －１ꎻ Ｃ 为 单 位 面 积 的 年 总 费 １７５第 ４ 期 胥孝川等 多因素对露天矿最终境界设计的影响 用ꎬ元 ｈｍ －２ ａ －１. ２ ２ 复垦成本 复垦成本是把矿山生产所破坏的各类土地ꎬ 按复垦方案中确定的复垦方向恢复到具有破坏前 或期望的生态生产力所需要的费用ꎬ包括复垦工 程结束后一个时期的养护费用 Ｃｒ＝ Ａ ｃｒ.２ 式中Ｃｒ为复垦和养护总成本ꎬ１０４元ꎻｃｒ为单位 面积复垦和养护的费用ꎬ１０４元 ｈｍ －２. ２ ３ 能源消耗的碳排放成本 矿山生产中化石能源的消耗及爆破活动都会 向大气排放 ＳＯ２ꎬＣＯ２及 ＮＯｘ等ꎬ其中 ＣＯ２是导 致温室效应的主要气体成分. 处理 ＣＯ２排放有两 个途径①根据林地具有吸收 ＣＯ２的特性ꎬ通过 种植当量的林地以吸收矿山每年排放的 ＣＯ２ꎻ② 碳捕 捉 和 贮 存 ｃａｒｂｏｎ ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅꎬ ＣＣＳ. 一些国家正在进行火电厂 ＣＣＳ 的实验ꎬ国 际能源署Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｇｅｎｃｙꎬ ＩＥＡ 也 在对 ＣＣＳ 的成本和效率进行评估. 所以ꎬ能耗的 生态成本可依据能耗的碳排放量和碳捕捉与贮存 成本来计算. 碳捕捉法只需要知道由于能源消耗产生的 ＣＯ２ꎬ然后使用相关技术进行处理 ＣＥ＝ ＱＮ＋ Ｑｆ＋ Ｑｅ ｃｅ.３ 式中ＣＥ为露天煤矿能耗生态成本总现值ꎬ１０４ 元ꎻｃｅ为碳捕捉成本ꎬ元 ｔ －１ꎻＱ Ｎ 为爆破作业产生 的 ＣＯ２排放量ꎬ １０４ｔ ꎻＱｆ为化石能源消耗的 ＣＯ２ 排放量ꎬ １０４ｔꎻＱｅ为电消耗的 ＣＯ２排放量ꎬ１０４ｔ. ２ ４ 外部生态价值损失 外部生态价值是土地可提供的除了带来直接 生态价值的生态服务之外的其他生态服务的价 值ꎬ这些生态服务没有直接进入经济系统或矿山 企业的财务核算体系ꎬ故称之为“外部生态价 值”. 不同类型土地的生态服务功能不同ꎬ其外部 生态价值也不同. 土地及其上的植被被破坏后ꎬ可 以认为生态系统失去了提供生态服务的功能ꎬ也 就失去了这部分价值ꎬ所以它是生态成本的重要 组成部分. 不同生态系统的生态功能不一样ꎬ以林 地为例ꎬ具有吸收二氧化碳、释放氧气的功能ꎬ同 时还具有分泌杀菌素、保持水土促进养分循环、调 节气候、净化空气等功能. 所以ꎬ外部生态价值损 失可以根据这些生态功能进行估算 Ｃｅｃｏ＝ ｎ ＋ ｌ Ａ ＶｆＥＥ.４ 式中Ｃｅｃｏ为外部生态价值损失ꎬ１０４元ꎻｎ 为矿山 开采寿命ꎬａꎻｌ 为矿山开采结束后复垦和生态恢 复时间ꎬａꎻＶｆＥＥ为单位面积林地的生态服务价值ꎬ １０４元 ｈｍ －２. ３ 最终境界设计 司家营露天矿位于河北省滦县ꎬ初期在东邦 设计的主运输干道由于边坡不稳定需要改设ꎬ考 虑将主运输干道布置在西帮ꎬ但西帮由于高压线 及公路约束ꎬ无法扩帮ꎬ势必造成原设计境界底部 抬高ꎬ损失矿量. 根据矿山目前的地质资料ꎬ如果 只移动高压线ꎬ境界范围变化不大ꎻ但在高压线和 公路同时移动时ꎬ最终境界相当于在 １ 个无约束 状态进行优化ꎬ境界范围和矿岩量可能会发生很 大变化ꎬ产生的环境影响也会相应增加. 哪种方案 最好ꎬ需要从经济角度和环境保护角度进行评价. 本文从两方面进行考虑①考虑高压线等地表构 筑物约束条件ꎬ进行最终境界优化ꎬ即有约束优 化ꎻ②不考虑任何地表构筑物的约束ꎬ进行最终境 界优化ꎬ即无约束优化. 并分别计算两方面的生态 成本ꎬ最终选出生态 － 经济最优的境界设计方案. 目前ꎬ矿区分两个采场进行生产ꎬ如图 １ 所 示. 其中 Ｉ 采场属于新建采场ꎬ各项技术经济数据 还不够稳定ꎬ所以对两个采场均使用 ＩＩ 采场的数 据进行优化. 境界优化技术经济参数如表 １ 所示ꎬ 其中废石混入率为 １０％ ꎬ废石品位为 ０ꎬ精矿品位 为 ６５％ ꎬ精矿售价为 ５６０ 元 ｔ －１. 表 １ 境界优化技术经济参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｐｉｔ 采矿成本/ 元 ｔ －１ 选矿成本/ 元 ｔ －１ 剥离成本/ 元 ｔ －１ 选矿回收率/ ％采矿回收率/ ％ 氧化矿原生矿氧化矿原生矿剥岩剥土氧化矿原生矿氧化矿原生矿 ６５６５６４６２７５７２８１９４９４ 矿山不同方位的最终帮坡角如表 ２ 所示ꎬ考 虑如果在西帮布置坑线ꎬ帮坡角必须变缓ꎬ故在 ＩＩ 采场西帮方位 １８０根据实际情况变缓 ７相 对初始帮坡角设计ꎬ为了保证相邻方位过渡不 至于突变ꎬ所以在方位 １６２ ５取 １０２ ５方位与 １８０方位帮坡角的平均值ꎬ同样ꎬ在方位 ２０２ ５ ２７５东北大学学报自然科学版 第 ３９ 卷 取 １８０与 ２７５的平均值. 表 ２ 帮坡角 Ｔａｂｌｅ ２ Ｗａｌｌ ｓｌｏｐｅ ａｎｇｌｅ 方位角０３０ ０１０２ ５１６２ ５１８０２０２ ５２７５３４２ ５ 初始帮坡角３９ ０４０ ５４２ ０４４ ５４７ ０４６ ０４５ ０４２ ０ 帮坡角３９ ０４０ ５４２ ０４１ ０４０ ０４２ ５４５ ０４２ ０ 基于上述参数设置ꎬ以地表范围约束线为限 制条件ꎬ分别考虑有约束和无约束的境界优化ꎬ优 化结果如表 ３ 所示. 表 ３ 优化结果 Ｔａｂｌｅ ３ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ 约束 矿石量/ 亿 ｔ岩石量/ 亿 ｔ精矿量/ 亿 ｔ境界范围/ ｈｍ２Ｉ 采场最终深度/ ｍ ＩＩ 采场最终深度/ ｍ利润/ 亿元 无６ １５７ ５２１ ０４８ ４１ ９７４ ０４２１－５６２－４１２１７５ ８ 有５ ２６１ ４１４ ７２１ ５１ ６７８ ９３４５－５１７－３８２１６８ ５ 由表 ３ 可知ꎬ受地表构筑物影响ꎬ境界矿岩 量、开采范围和开采深度均发生了较大变化. 相对 于无约束移动地表构筑物条件下的境界优化 结果ꎬ有约束不移动地表构筑物条件下优化得 到的境界中矿石量考虑废石混入率及矿石回 采率减少 ０ ８９６ １ 亿 ｔꎬ下降 １４ ５５％ ꎻ岩石量减 少 ６ ３２６ ９ 亿 ｔꎬ下降 ３０ ０６％ ꎻ矿岩总量减少 ２７％ ꎻ精矿量矿山最终产品ꎬ考虑选矿回收率 减少 ０ ２９５ １ 亿 ｔꎬ下降 １５％ ꎻ境界范围ꎬ即采区地 表最终破坏面积缩小 ７６ ｈｍ２ꎬ减小 １８％ ꎻＩ 采场ꎬ 即采场北区ꎬ开采深度减少 ４５ ｍ上升 ３ 个台 阶ꎻＩＩ 采场ꎬ即采场南区ꎬ开采深度减少 ３０ ｍ上 升２ 个台阶. 由表３ 可知ꎬ只从利润值角度考虑ꎬ 当铁精矿市场价格为 ５６０ 元/ ｔ 时ꎬ如果高压线及 公路移动的成本小于 ７ ３ 亿元净现值为 ０ ９９ 亿ꎬ其中生产能力 ２ ０００ 万 ｔ/ ａꎬ折现率７％ ꎬ就值 得移动ꎬ否则就不移动. 优化结果的三维实体图如 图 ３ 所示. 图 ３ 三维境界模型 Ｆｉｇ ３ ３Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｐｉｔ 根据上述优化结果ꎬ可以初步估计在有约束 和无约束方案下各自的生态成本. 矿山目前的占 地主要包括采场、尾矿库和排岩场等ꎬ其中矿山剥 离的岩石一部分４０％ 是外委给运输公司进行 填海ꎬ另外的部分用于修筑尾矿库和铁路ꎬ所以司 家营没有排土场. 根据选矿工艺ꎬ平均 １ｔ 精矿的 尾矿量为 ２ ４５ ｔ. 参考王青等[１０]关于尾矿库占地 面积计算方法尾矿品位为 ６ ５％ ꎬ尾矿库深度为 ７０ ｍꎬ尾矿库形态系数为 １ ５ꎬ尾矿沉实后的体重 为 １ ７５ ｔ/ ｍ３ꎬ 可 得 尾 矿 库 的 面 积 分 别 为 ５９２ ２ ｈｍ２无约束和 ５０３ ６７ ｈｍ２有约束ꎬ司 家营 采 场 面 积 分 别 为 ４２１ ｈｍ２ 无 约 束 和 ３４５ ｈｍ２无约束. 对于露天矿ꎬＣＯ２的来源包括爆破、采场耗 电及选矿厂耗电. 根据炸药反应化学式ꎬ一般１ ｔ 铵油炸药的 ＣＯ２放量为 ３ ｔꎬ１ 度电需要标准煤 ０ ４０４ ｋｇꎬ１ｔ 标准煤的 ＣＯ２放量为 ２ ４９ ｔ. 根据统 计ꎬ司家营矿露天采场每万吨采剥量的炸药消耗 为 ２ ２ ｔꎬ耗电为 ０ ３５ ｋｗ ｈ/ ｔꎻ选矿厂入选矿石耗 电为 ２８ ０７ ｋＷ ｈ/ ｔ. 区域复垦成本为 ４０ 万元/ ｈｍ２假设土地复 垦和生态恢复总共时间为 ５ａꎬ复垦时间发生在矿 山开采结束后ꎬ每年复垦面积相同ꎬ征地成本 １２０ 万元/ ｈｍ２ꎬ林地外部生态价值损失为 ２ ３１ 万元/ ｈｍ２[１１]年矿山生产能力为 ２ ０００ 万 ｔꎬ所以 两种方案的外部生态价值损失会持续到第 ３６ａ 和 第 ３１ａꎬ根据美国最新标准知碳排放社会成本大 概为 ２６０ 元/ ｔ. 将上述参数设置代入式１ 式４ꎬ可知司 家营露天矿在两种境界设计方案下的生态成本分 别为 ８３ ３２ 亿元无约束ꎬ其中直接经济损失 ２４ ３２ 亿元ꎬ复垦成本 ４ ０５ 亿元ꎬ能源消耗的碳 排放成本 ４７ ７０ 亿元ꎬ外生生态价值损失 ７ ２６ 亿 ３７５第 ４ 期 胥孝川等 多因素对露天矿最终境界设计的影响 元和 ６９ ３２ 亿元有约束ꎬ其中直接经济损失 ２０ ３７ 亿元ꎬ复垦成本 ３ ３９ 亿元ꎬ能源消耗的碳 排放成本 ４０ ４６ 亿元ꎬ外生生态价值损失 ５ １０ 亿 元. 综合考虑两种方案的境界利润值及对应的 矿山生态成本ꎬ得到考虑生态成本的矿山生态 － 经济整体利润分别为 ９２ ４８ 亿元无约束 和 ９９ １８ 亿元有约束. 可以看出ꎬ当考虑生态成本 时ꎬ无约束境界的利润值反而比有约束的少了 ６ ７１ 亿元. 即ꎬ如果考虑环境问题的话ꎬ不值得移 动高压线等地标构造物. 上述两种方案的比较只是以当前既定高压 线、公路等为约束条件进行讨论ꎬ即不是从优化角 度考虑布置的ꎬ假设构筑物可以任意移动ꎬ那么很 有可能存在一个更合适的构筑物布置位置ꎬ使得 综合生态成本的总盈利更高ꎬ即比当前构筑物所 在位置得到的综合盈利更大. ４ 结 论 １ 受地表构筑物影响ꎬ最终境界在开采范 围、采剥量及开采深度等都发生了很大变化. 矿岩 量减少了 ２７％ 矿石量减少 ０ ９ 亿 ｔꎬ精矿量减 少 １５％ ꎬ境界开采范围缩少 １８％ ꎬ北区开采深度 减少 ４５ ｍ３ 个台阶ꎬ南区减少 ３０ ｍ２ 个台 阶. 其中对境界起主要影响的因素是西帮高 压线. ２ 地表构筑物是否值得移动受生态环境影 响较大. 不考虑生态成本时ꎬ在当前技术经济参数 下ꎬ无约束境界盈利比受约束境界盈利高出 ７ ３ 亿元净现值 ０ ９９ 亿元ꎬ即如果地表构筑物移 动成本低于该净现值ꎬ就值得移动ꎻ考虑生态成本 时ꎬ有约束境界利润值反而比无约束境界高出 ６ ７１ 亿元ꎬ即地表构筑物不值得移动. 参考文献 [ １ ] Ｋｅｎｔ Ｍꎬ ＰｅａｔｔｉｅＲꎬ ＣｈａｍｂｅｒｌａｉｎＶ. 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