一、前言

　　我國近年來露天礦開采的方案很多，就探討露天礦開采的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，如合理生產(chǎn)規(guī)模、開采工藝、開采程序和開拓運輸系統(tǒng)等，給出了實用決策模型，就能在實際應用中取得滿意的效果。相信本文的優(yōu)化方案會對我國近年來合理開發(fā)礦產(chǎn)資源具有一定的實用價值。露天開采方案涉及的因素很多，諸如地質(zhì)、地理、氣候、經(jīng)濟等條件，無不影響露天開采方案，開采方案因其構(gòu)成因素的種種變化，而使方案數(shù)量多不勝舉，在眾多的開采方案中，能否含有最優(yōu)方案和怎樣找出最優(yōu)方案？這就是本文探討的課題。

　　露天開采方案的技術(shù)因素分析在一定的礦床地質(zhì)條件下，任何一個露天開采方案都是由許多技術(shù)因素構(gòu)成的，包括設(shè)備選型、開采參數(shù)、開采程序、開拓運輸系統(tǒng)、總平面布置和選礦等，這些因素是相關(guān)的，某一因素發(fā)生變化，往往會影響到其他因素的變化和總的經(jīng)濟效果，上述因素的變化可產(chǎn)生出眾多的開采方案，例如，僅按以上每個因素有三種可能的變化計算，就可以派生出萬余個方案。為了在擬定露天開采方案的最優(yōu)化設(shè)計時，該方法可以直接對露天開采的最終開采境界、長期開采計劃（即開采順序）、生產(chǎn)能力和開采壽命等重要參數(shù)實施以最大凈現(xiàn)值為目標的同時優(yōu)化。但是， 應做到在有限的開采方案中不要有重大的遺漏。

　　二、構(gòu)成露天開采方案的主要技術(shù)因素

　　在一定的礦床地質(zhì)條件下， 任何一個露天開采方案都是由許多技術(shù)因素構(gòu)成的， 礦山生產(chǎn)能力、設(shè)備選型、開采參數(shù)、開采程序、開拓運輸系統(tǒng)、總平面布置、選礦等。這些因素之間是相關(guān)的，某一因素發(fā)生變化， 往往會影響到其他因素的變化和總的經(jīng)濟效果。這些因素的變化可產(chǎn)生出無限的開采方案。如果以某個因素僅有三種可能的變化計算，由上列因素就可以派生出上萬個方案，這對用計算機進行開采方案優(yōu)化來說， 也是十分繁重和不經(jīng)濟的。

　　為了在擬定露天開采方案的過程中不遺漏最優(yōu)的開采方案， 以及盡可能減少設(shè)計和計算工作量， 應區(qū)分主要因素和次要因素，抓住影響全局的主要因素， 就能把握住最優(yōu)的開采方案。

　　構(gòu)成露天開采方案的主要技術(shù)因素為開采工藝、開采程序和開拓運輸系統(tǒng)。在某開采工藝條件下， 可采取不同的開采程序， 從中得出最優(yōu)的開采程序。最優(yōu)開采程序的主要標志為露天礦生產(chǎn)過程中剝離量的逐年分配比較有利， 即礦山基建工程量小， 初期生產(chǎn)剝采比小和露天礦的盈利的現(xiàn)值大。在某一開采程序條件下， 可以采取不同的開拓運輸系統(tǒng)。開拓運輸系統(tǒng)在露天開采過程中是動態(tài)變化的， 一方面它應滿足露天礦在一定的開采程序條件下礦山工程不同發(fā)展時期建立運輸通道的需要， 另一方面應力求礦巖的運距短和開拓工作量小。

　　同一開采工藝條件下， 由于設(shè)備選型和開采參數(shù)不同， 也將派生出許多子方案。開采程序是露天開采方案中很活躍的因素。在一定的露天開采境界范圍內(nèi)， 可以全境界開采， 分區(qū)開采或分期開采， 可以有不同的開段溝位置， 不同的工作線推進方向和礦山工程延深方向， 以及不同的臺階劃分方式，工作幫結(jié)構(gòu)和工作幫坡角等。這些都將影響露天礦的礦山基建工程量、生產(chǎn)剝采比和運距。在以靜態(tài)經(jīng)濟分析為基礎(chǔ)的情況下，只要開采境界不變， 采剝總量是一個常數(shù)，剝離時間早晚沒有經(jīng)濟意義， 而趨向于以較均衡的生產(chǎn)剝采比進行生產(chǎn)， 以減小采剝生產(chǎn)能力的峰值及其相應的設(shè)備數(shù)量和地面設(shè)施。而從動態(tài)經(jīng)濟分析的觀點， 則開采程序的優(yōu)選能為露天礦提供最大的盈利凈現(xiàn)值，有利于積累資金和擴大再生產(chǎn)， 對經(jīng)濟的發(fā)展是有實際意義的， 應引起重視。

　　應指出，露天礦的礦石生產(chǎn)能力是一個重要因素。一般情況下它是根據(jù)礦山企業(yè)規(guī)模由設(shè)計部門制定的， 設(shè)計中按規(guī)定的礦石生產(chǎn)能力擬定開采方案， 雖然因此也影響開采方案，但不涉及更多的生產(chǎn)能力方案。在可行研究階段， 有時需對礦石生產(chǎn)能力進行論證， 這時對開采方案的影響增大。 在可行性研究階段， 對礦石生產(chǎn)能力進行論證是非常必要的。露天開采境界與露天開采技術(shù)水平及露天開采與地下開采技術(shù)的相對水平有關(guān)， 是與露天開采工藝密切相關(guān)的。露天開采工藝和露天開采的技術(shù)水平將影響露天礦的投資和成本，從而影響露天開采境界， 但是， 開采方案是在一定的開采境界的基礎(chǔ)上擬定的，因此， 應先根據(jù)預定采用的開采工藝和技術(shù)裝備水平， 參考類似礦山的經(jīng)濟指標或預測的指標， 初步確定露天開采境界， 在此基礎(chǔ)上進行露天開采方案的優(yōu)化。開采方案優(yōu)化后得出的經(jīng)濟指標， 與上述初步確定露天開采境界所用的指標相差較大時， 需將開采境界重新修正?？偲矫娌贾门c開拓運輸系統(tǒng)同時考慮，可達到布局合理、有利生產(chǎn)、礦巖運距短等要求。選礦工藝與露天開采工藝結(jié)合考慮， 使露天礦綜合效益最好。露天礦礦石生產(chǎn)能力、開采工藝、開采程序及開拓運輸系統(tǒng)是構(gòu)成露天開采方案的主體。在某一開采工藝條件下， 相應地需確定開采境界、設(shè)備選型、開采參數(shù)和選礦工藝等， 一定的開拓運輸系統(tǒng)則有相應的總平面布置， 或者兩者同時研究確定。這些因素將構(gòu)成許多子方案。

　　三、開采方案的建立及優(yōu)化

　　根據(jù)上述對構(gòu)成露天開采方案的有關(guān)技術(shù)因素的分析， 開采方案可按主要因素并按一定的層次建立：

　　第一層次為露天礦生產(chǎn)能力， 有A1、A2、......Am個方案；

　　第二層次為露天開采工藝， 有B1、B2、......Bn個可能的方案， 分別與某一生產(chǎn)能力相適應；

　　第三層次為露天礦開采程序， 有C1、C2、......Co個方案， 分別與某一生產(chǎn)能力和開采工藝相適應；

　　第四層次為開拓運輸系統(tǒng)， 有D1、D2、......Dp個方案， 分別與某一生產(chǎn)能力開采工藝及開采程序相適應。

　　開采方案的優(yōu)化可按多階段決策問題處理， 可采用類似動態(tài)規(guī)劃的方法得出多階段決策的最優(yōu)策略的方法優(yōu)化。上述分層次建立露天開采方案中的層次相當于動態(tài)規(guī)劃法的分階段。分階段決策亦采取逆序解法， 即采取由上述第四層次到第一層次連續(xù)遞推優(yōu)化的過程。 第一步， 對某一開采程序下若干可能的開拓運輸系統(tǒng)進行優(yōu)選， 得出該開采程序下最優(yōu)的開拓運輸系統(tǒng)方案;第二步， 對某一開采工藝條件下若干可能的開采程序進行優(yōu)選，得出一定開采工藝條件下最優(yōu)的開采程序；第三步， 對某一生產(chǎn)能力條件下若干可能的開采工藝進行優(yōu)選， 得出該生產(chǎn)能力條件下最優(yōu)的開采工藝;第四步， 對生產(chǎn)能力進行優(yōu)選， 得出露天礦最優(yōu)的生產(chǎn)能力， 以及相應的由最優(yōu)的開采工藝、開采程序和開拓運輸系統(tǒng)組成的最優(yōu)的露天開采方案。

　　應指出， 本文談到的上述連續(xù)遞推優(yōu)化過程， 各階段的指標可以不同，因此各階段指標不能相加。例如， 按礦巖運費和開拓工程費(包括設(shè)置開拓坑線引起的補加擴幫費)優(yōu)選出某一開采程序下開拓運輸系統(tǒng)， 而按最大盈利凈現(xiàn)值對某一開采工藝條件若干可能的開采程序進行優(yōu)選時， 某一開采程序的盈利凈現(xiàn)值對某一開采工藝條件若干可能的開采程序進行優(yōu)選時， 某一開采程序的盈利凈現(xiàn)值是指該開采程序的最優(yōu)開拓運輸系統(tǒng)條件的指標。其他因素構(gòu)成的子方案， 可分別進行優(yōu)化。

　　四、開采方案優(yōu)化指標和優(yōu)化方法

　　1、優(yōu)化的指標

　　根據(jù)分階段優(yōu)選的內(nèi)容不同， 可采取不同的優(yōu)化指標。這是本文提出的采用動態(tài)規(guī)劃法進行開采方案優(yōu)化的特點。選取指標的出發(fā)點是為了簡化計算和能得出準確評價。

　　常用的優(yōu)化指標有：運距、運費、礦山基建工程量、生產(chǎn)剝采比、開拓工程量、投資、成本、投資回收年限、盈利、投資利潤率、凈現(xiàn)值、勞動生產(chǎn)率等。

　　某一開采程序條件下的開拓運輸系統(tǒng)優(yōu)選， 一般可采用運距、運費、線路工程費、開拓及擴幫工程費等指標。

　　某一開采工藝條件下的開采程序優(yōu)選，一般采用礦山基建工程量、一期生產(chǎn)剝采比和成本、投資回收期及凈現(xiàn)值等指標?？紤]費用時間因素的凈現(xiàn)值指標是客觀評價不同開采程序的較適用的指標，它能反映不同開采程序條件下所形成的不同剝采關(guān)系的經(jīng)濟效果，從而對開采程序作出正確評價。露天礦服務年限很長時， 可比較前10年的凈現(xiàn)值， 以減少計算工作量。生產(chǎn)能力和開采工藝優(yōu)選， 可采取投資、單位投資、成本、凈現(xiàn)值、補加投資回收期、投資利潤率等指標。開采方案有時不能用單一指標評價， 需輔以其他指標。

　　2、優(yōu)化方法

　　優(yōu)化方法應在確保結(jié)果準確的前提下，力求簡便和工作量小， 分階段遞推優(yōu)化常用的方法有：

　　（1）邏輯判斷：利用理論和實際知識進行邏輯分析， 刪去一些明顯不合理的方案。例如平朔、準格爾等近水平煤田， 采用單斗挖掘機——汽車運輸開采工藝條件下，工作線過長將使剝離物繞端幫運往內(nèi)排土場的運距增大， 導致汽車運費增高， 明顯是不合理的。這時， 應舍棄鐵道運輸露天礦慣用的長工作線方案，采取短工作線的分區(qū)開采。類似問題用邏輯判斷決定取舍是最省事的， 可以減少許多計算工作量。

　　（2）分析計算：用數(shù)學分析法得出最優(yōu)的開采參數(shù)， 例如前面提到的半連續(xù)開采工藝情況下， 半固定破碎機的移動步距， 露天開采境界以及外部溝開拓深度等問題，都可用分析法確定。

　?。?）方案比較法：這是露天開采方案優(yōu)化中最常用的方法。通過不同方案的運距、運費、礦山基建工程量、生產(chǎn)剝采比、投資、成本、凈現(xiàn)值、投資回收期等指標的對比，進行開采方案分階段遞推優(yōu)化和達到綜合優(yōu)化。例如不同開采工藝方案的優(yōu)化， 某一開采工藝條件下不同開采程序的優(yōu)化和不同設(shè)備選型的優(yōu)化等， 都可采取方案比較法。重要是根據(jù)不同的優(yōu)化內(nèi)容， 選取適當?shù)膬?yōu)化指標。

　　按一定的順序擬定開采方案和進行優(yōu)化， 以及由簡到繁選取適宜的優(yōu)化指標和方法， 可以達到不遺漏最優(yōu)方案和簡化計算工作的目的。即便采用計算機設(shè)計的情況下， 也應當發(fā)揮人的主觀能動性， 以提高開采方案選取的準確性和減少機時。

　　五、開采方案優(yōu)化應注意的問題

　　1、按類似動態(tài)規(guī)劃法逆序分階段遞推優(yōu)化過程得出最優(yōu)的開采方案，不同的開采方案應在各自進行局部優(yōu)化的基礎(chǔ)上再進行對比和優(yōu)中選優(yōu)。這點很重要。開采方案優(yōu)化中常出現(xiàn)的失誤是由于參與優(yōu)選的開采方案的不可比性引起的，有的方案是經(jīng)過局部優(yōu)化得出的最優(yōu)方案，有的方案卻是未經(jīng)局部優(yōu)化的漏洞百出的方案， 這種情況下的優(yōu)選結(jié)果是不可靠的。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因很多，可能出于經(jīng)驗不足， 或者出于對某方案的偏愛，也可能出于某種主觀意愿，有意維護或排斥某個開采方案， 這種不科學地對待開采方案優(yōu)化是極端有害的。

　　2、計算數(shù)據(jù)的選取應符合礦山實際，否則難以得出真實的優(yōu)化方案。計算機是一種很好的工具， 但僅僅是一種工具， 數(shù)據(jù)是靠人提供的，如果提供的數(shù)據(jù)不符合礦山的實際情況， 其優(yōu)化結(jié)果也將是錯誤的。這是具有一定難度而必須認真對待的問題。

　　3、開采方案必須是技術(shù)可行的。

　　4、開采方案優(yōu)化包括技術(shù)優(yōu)化和經(jīng)濟優(yōu)化。開采方案的經(jīng)濟指標相差不大時， 應采取其中技術(shù)較優(yōu)和有較大發(fā)展前景的方案。

　　六、總結(jié)

　　1、開采方案優(yōu)化應能真正得出最優(yōu)的開采方案和減少計算工作量。

　　2、按礦石生產(chǎn)能力、開采工藝、開采程序和開拓運輸系統(tǒng)的層次建立開采方案，以及采取逆序分階段遞推優(yōu)化過程得出最優(yōu)的開采方案， 亦即從局部到整體進行優(yōu)化，可避免重大失誤， 并可減少計算工作量。

　　3、優(yōu)化指標和優(yōu)化方法應服從于優(yōu)化的具體內(nèi)容。

　　4、數(shù)據(jù)的選取應符合礦山實際情況，這是優(yōu)化結(jié)果是否可靠的重要基礎(chǔ)。建立以設(shè)計單位為主的投資控制系統(tǒng)，對于解決基本建設(shè)項目投資超概算的問題具有重要意義， 必須引起建設(shè)單位的高度重視， 要把控制投資工作作為質(zhì)量管理的一個重要內(nèi)容來抓。

　　參考文獻：

     《運籌學》、《現(xiàn)代采礦工程設(shè)計》、《采礦工程手冊》、《露天采礦優(yōu)化理論》、《采礦生產(chǎn)技術(shù)》。