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鍵技術問題，如合理生產規模、開采工藝、開采程序和開拓運輸系統等，給出了實用決策模型，就能在實際應用中取得滿意的效果。相信本文的優化方案會對我國近年來合理開發礦產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、地理、氣候、經濟等條件，無不影響露天開采方案，開采方案因其構成因素的種種變化，而使方案數量多不勝舉，在眾多的開采方案中，能否含有最優方案和怎樣找出最優方案？這就是本文探討的課題。

　　露天開采方案的技術因素分析在一定的礦床地質條件下，任何一個露天開采方案都是由許多技術因素構成的，包括設備選型、開采參數、開采程序、開拓運輸系統、總平面布置和選礦等，這些因素是相關的，某一因素發生變化，往往會影響到其他因素的變化和總的經濟效果，上述因素的變化可產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化設計時，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）、生產能力和開采壽命等重要參數實施以最大凈現值為目標的同時優化。但是， 應做到在有限的開采方案中不要有重大的遺漏。

　　二、構成露天開采方案的主要技術因素

　　在一定的礦床地質條件下， 任何一個露天開采方案都是由許多技術因素構成的， 礦山生產能力、設備選型、開采參數、開采程序、開拓運輸系統、總平面布置、選礦等。這些因素之間是相關的，某一因素發生變化， 往往會影響到其他因素的變化和總的經濟效果。這些因素的變化可產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化來說， 也是十分繁重和不經濟的。

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

　　構成露天開采方案的主要技術因素為開采工藝、開采程序和開拓運輸系統。在某開采工藝條件下， 可采取不同的開采程序， 從中得出最優的開采程序。最優開采程序的主要標志為露天礦生產過程中剝離量的逐年分配比較有利， 即礦山基建工程量小， 初期生產剝采比小和露天礦的盈利的現值大。在某一開采程序條件下， 可以采取不同的開拓運輸系統。開拓運輸系統在露天開采過程中是動態變化的， 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， 由于設備選型和開采參數不同， 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， 可以全境界開采， 分區開采或分期開采， 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，工作幫結構和工作幫坡角等。這些都將影響露天礦的礦山基建工程量、生產剝采比和運距。在以靜態經濟分析為基礎的情況下，只要開采境界不變， 采剝總量是一個常數，剝離時間早晚沒有經濟意義， 而趨向于以較均衡的生產剝采比進行生產， 以減小采剝生產能力的峰值及其相應的設備數量和地面設施。而從動態經濟分析的觀點， 則開采程序的優選能為露天礦提供最大的盈利凈現值，有利于積累資金和擴大再生產， 對經濟的發展是有實際意義的， 應引起重視。

　　應指出，露天礦的礦石生產能力是一個重要因素。一般情況下它是根據礦山企業規模由設計部門制定的， 設計中按規定的礦石生產能力擬定開采方案， 雖然因此也影響開采方案，但不涉及更多的生產能力方案。在可行研究階段， 有時需對礦石生產能力進行論證， 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水平及露天開采與地下開采技術的相對水平有關， 是與露天開采工藝密切相關的。露天開采工藝和露天開采的技術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上擬定的，因此， 應先根據預定采用的開采工藝和技術裝備水平， 參考類似礦山的經濟指標或預測的指標， 初步確定露天開采境界， 在此基礎上進行露天開采方案的優化。開采方案優化后得出的經濟指標， 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。總平面布置與開拓運輸系統同時考慮，可達到布局合理、有利生產、礦巖運距短等要求。選礦工藝與露天開采工藝結合考慮， 使露天礦綜合效益最好。露天礦礦石生產能力、開采工藝、開采程序及開拓運輸系統是構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、設備選型、開采參數和選礦工藝等， 一定的開拓運輸系統則有相應的總平面布置， 或者兩者同時研究確定。這些因素將構成許多子方案。

　　三、開采方案的建立及優化

　　根據上述對構成露天開采方案的有關技術因素的分析， 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， 分別與某一生產能力和開采工藝相適應；

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

　　開采方案的優化可按多階段決策問題處理， 可采用類似動態規劃的方法得出多階段決策的最優策略的方法優化。上述分層次建立露天開采方案中的層次相當于動態規劃法的分階段。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遞推優化的過程。 第一步， 對某一開采程序下若干可能的開拓運輸系統進行優選， 得出該開采程序下最優的開拓運輸系統方案;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選，得出一定開采工藝條件下最優的開采程序；第三步， 對某一生產能力條件下若干可能的開采工藝進行優選， 得出該生產能力條件下最優的開采工藝;第四步， 對生產能力進行優選， 得出露天礦最優的生產能力， 以及相應的由最優的開采工藝、開采程序和開拓運輸系統組成的最優的露天開采方案。

　　應指出， 本文談到的上述連續遞推優化過程， 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(包括設置開拓坑線引起的補加擴幫費)優選出某一開采程序下開拓運輸系統， 而按最大盈利凈現值對某一開采工藝條件若干可能的開采程序進行優選時， 某一開采程序的盈利凈現值對某一開采工藝條件若干可能的開采程序進行優選時， 某一開采程序的盈利凈現值是指該開采程序的最優開拓運輸系統條件的指標。其他因素構成的子方案， 可分別進行優化。

　　四、開采方案優化指標和優化方法

　　1、優化的指標

　　根據分階段優選的內容不同， 可采取不同的優化指標。這是本文提出的采用動態規劃法進行開采方案優化的特點。選取指標的出發點是為了簡化計算和能得出準確評價。

　　常用的優化指標有：運距、運費、礦山基建工程量、生產剝采比、開拓工程量、投資、成本、投資回收年限、盈利、投資利潤率、凈現值、勞動生產率等。

　　某一開采程序條件下的開拓運輸系統優選， 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選，一般采用礦山基建工程量、一期生產剝采比和成本、投資回收期及凈現值等指標。考慮費用時間因素的凈現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系的經濟效果，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年的凈現值， 以減少計算工作量。生產能力和開采工藝優選， 可采取投資、單位投資、成本、凈現值、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、優化方法

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

　　（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：用數學分析法得出最優的開采參數， 例如前面提到的半連續開采工藝情況下， 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。

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

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

　　五、開采方案優化應注意的問題

　　1、按類似動態規劃法逆序分階段遞推優化過程得出最優的開采方案，不同的開采方案應在各自進行局部優化的基礎上再進行對比和優中選優。這點很重要。開采方案優化中常出現的失誤是由于參與優選的開采方案的不可比性引起的，有的方案是經過局部優化得出的最優方案，有的方案卻是未經局部優化的漏洞百出的方案， 這種情況下的優選結果是不可靠的。產生此現象的原因很多，可能出于經驗不足， 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化是極端有害的。

　　2、計算數據的選取應符合礦山實際，否則難以得出真實的優化方案。計算機是一種很好的工具， 但僅僅是一種工具， 數據是靠人提供的，如果提供的數據不符合礦山的實際情況， 其優化結果也將是錯誤的。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可行的。

　　4、開采方案優化包括技術優化和經濟優化。開采方案的經濟指標相差不大時， 應采取其中技術較優和有較大發展前景的方案。

　　六、總結

　　1、開采方案優化應能真正得出最優的開采方案和減少計算工作量。

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

　　3、優化指標和優化方法應服從于優化的具體內容。

　　4、數據的選取應符合礦山實際情況，這是優化結果是否可靠的重要基礎。建立以設計單位為主的投資控制系統，對于解決基本建設項目投資超概算的問題具有重要意義， 必須引起建設單位的高度重視， 要把控制投資工作作為質量管理的一個重要內容來抓。

　　參考文獻：

     《運籌學》、《現代采礦工程設計》、《采礦工程手冊》、《露天采礦優化理論》、《采礦生產技術》。