一、标准编号及标准名称
由中国国际科技促进会归口管理、东北大学提出的《金属露天矿绿色低碳优化设计规范指南(T/CI 438—2024)团体标准，于2024年8月1日
正式发布实施。
二、标准制定背景
新时代全球矿业发展将全面进入“绿色、低碳、智能、安全、高效”的全新历史阶段。露天开采是我国矿产资源开采的重要方式，为解决我国露天开采面临的生态环境损害严重、绿色低碳设计理论及方法缺失等迫切问题，规范露天矿绿色低碳设计方法，大力发展露天矿色低碳优化技术，革新露天开采传统设计及生产模式。
三、规程制定的必要性
新时代全球矿业发展将全面进入“绿色、低碳、智能、安全、高效”的全新历史阶段。露天开采是我国矿产资源开采的重要方式，为解决我国露天开采面临的生态环境损害严重、绿色低碳设计理论及方法缺失等迫切问题，规范露天矿绿色低碳设计方法，大力发展露天矿色低碳优化技术，革新露天开采传统设计及生产模式。
四、编制过程
在编制过程中，充分考虑了规程的目的和必要性，对当前市场上已有的相关技术标准和应用进行调研，了解国内外在露天开采方面的最新进展和趋势最终形成了《金属露天矿绿色低碳优化设计规范指南》标准编制具体如下：
1、前期准备工作
项目立项前，标准编制小组查阅、研读相关国内外文献，广泛收集金属露天矿绿色低碳优化设计规范指南相关的材料和数据。同时，小组成员构思系统的框架及模块，进行系统建设需求分析。并与该领域的相关专家和用户进行调研、交流，广泛征求标准制定方面的意见和建议，以确保团体标准的科学性和实用性。
2、标准起草过程
团体标准立项通知公示后，标准编制小组首先组织了标注制定工作会议，各编写人员根据工作计划分工和编写要求开展了相关工作。在标准起草期间，编制小组主编单位及参编单位组织了数次内部研讨会和专家咨询会，经过多次修改，于2023年11月完成了标准初稿及编制说明的撰写⼯作。
3、工作计划
标准立项后计划6个月完成。
计划2024年1月提交标准初稿，2024年3月提交征求意见稿，2024年5月提交标准送审稿，2024年7月提交标准报批稿，2024年8月标准发布。
五、标准主要内容
本标准适用于金属露天矿山
1、主要架构
本标准按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草，主要章节内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、总则、生态冲击量化、生态成本量化、最终境界绿色低碳优化、生产计划绿色低碳优化等。
2、主要技术内容
本标准规定了金属露天矿绿色低碳优化设计基本原则及要求。
六、标准实施意义
1、环境保护：通过制定绿色低碳设计规范，能够有效减少露天矿开采过程中的环境污染和生态破坏，保护生物多样性与水土资源。
2、资源节约：该标准鼓励合理利用资源，优化矿山布局与设计，减少资源浪费，提高矿山资源的利用率，实现可持续发展。
3、能效提升：绿色低碳优化设计有助于降低矿山作业中的能源消耗，提高能效，减少温室气体排放，从而对抗气候变化。
4、经济效益：通过实施低碳设计，企业可以降低运营成本，提升竞争力，同时也能够满足市场对绿色产品与服务的需求，从而带来更多的经济利益。
5、政策合规：随着环保法规的日益严格，遵循绿色低碳设计标准有助于企业符合国家及地方政府的相关政策要求，避免法律风险和潜在的罚款。
6、社会责任：实施绿色低碳设计体现了企业的社会责任，增强企业的社会形象，有助于树立良好的企业品牌，赢得公众信任。
7、推动科技创新：在设计过程中，企业需要积极引入新的技术和管理理念，推动行业的技术进步与创新发展。
七、主要工程实践与产业化应用
以某露天矿为例，基于矿山已有的地质数据和矿山目前开采现状，应用前面介绍的理论、算法和模型，在不同成本和价格上升率条件下分别对矿山进行以下条件的境界和开采计划优化：不考虑生态成本的境界单独优化和生态成本内生化的境界单独优化;在已知境界中进行考虑和不考虑生态成本的开采计划优化;考虑和不考虑生态成本的境界-开采计划整体优化。对上述优化结果进行比较分析，得出境界-开采计划整体优化的优越性以及生态成本对露天矿最终境界以及开采计划的影响。
1 矿床数值模型
该矿山是一个在采矿山，相关模型的建立是基于矿山生产现状和勘探数据。地表地形模型、矿体线框模型和品位模型是矿山优化的基础模型。
1.1地表地形模型
地表地形模型是把矿区范围的平面离散为规则网格，网格尺寸为25m×25m，每个网格中心对应一个地表标高，标高值的计算用采场台阶线和矿区等高线对每一个网格(地表模块)进行线性插值，如图1和图2所示，分别为矿区地表地形等高线图和矿区地表标高模型的三维实体图。
1.2 矿体及品位模型
该矿床为大型铁矿床，全长约3400米，工业矿段总长约2900米。由3条矿体组成，分别命名为Fe1、Fe2和Fe3，其中Fe3为主要矿体，储量占全区的82.6%，矿体走向北西，倾向南西，倾角为40°~55°，矿体品位变化不大，平均品位31%。采场目前已采到262m水平，现有探明矿石储量6.8亿吨。矿体在274m，193m，-122m水平的分层平面图如图3所示，图中阴影部分为矿体，其他界线为不同岩性的岩石。
矿床的品位模型含有2044224个模块，模块在水平面上的尺寸为25m×25m，其高度等于台阶高度，238m水平以上的台阶高度为12m，以下为15m。一般情况下，模块的品位应该依据钻孔取样进行估值，本例中品位模型的模块品位不是由估值求得，而是把分层平面图上的矿体离散为模块，模块品位取分层平面图上矿体的品位。品位模型如图4所示，每一小方格为一模块，阴影部分为矿石模块，其他模块为废石模块。剖面线I-I处的品位模型剖面如图5所示。
2 境界优化
2.1 境界优化参数设置
对于最终帮坡角，MetalMiner软件提供了灵活的帮坡角表述方式：可以把矿区分为几个分区，每一分区在不同方向上具有不同的帮坡角;可以不分区，但在不同方向上具有不同的帮坡角;也可以不分区并在所有方向上用相同的帮坡角。本次设计采用第二种方式，不同方位对应的帮坡角如表1所示。
表1 不同方位帮坡角 单位：度
方位角2141.5119200.5225.5291353.5
最终帮坡角34.834.5514248.147.534.8
表中方位角以东为0°，逆时针方向旋转，即正北方位角为90°。
根据矿床地质报告，表2给出了不同岩性的矿、岩容重，其中，“其他”是指在分层平面图上没有圈定矿、岩界线处的缺省岩石。
表2 不同岩性的矿岩容重 单位：t·m-3
名称Fe1Fe2Fe3ppAmLAmAm1Am2TmQQpzd其他
矿/岩矿矿矿岩岩岩岩岩岩岩岩岩
容重3.393.433.333.332.692.872.872.852.632.692.62.63
境界优化技术经济参数设置如表3所示，其中采矿成本、剥岩成本和选矿成本在后面的生态成本内生化境界优化中将会随着境界的变化而变化，其余参数不变。
表3 技术经济参数
项目采矿成本(元·t-1)剥岩成本(元·t-1)选矿成本(元·t-1)精矿售价(元·t-1)
取值2415135700
项目矿石回采率(%)选矿回收率 (%)边界品位(%)精矿品位(%)
取值95822566
项目废石混入率(%)废石品位(%)
取值3.510
2.2 不考虑生态成本的境界优化
根据上述参数设置，优化级别选择三级，境界优化结果如表4所示。该境界是基于当前技术经济参数，以经济效益最大化为目标优化得到的，即不考虑生态成本，为了与后面的各优化境界区别，把该境界称为经济最优境界。
表4 经济最优境界优化结果
项目原地矿石量(104t)原地岩石量(104t)采出矿量
(104t)剥离岩量
(104t)矿石平均品位(%)境界总盈利(104元)
取值55546.40192494.9154682.98193358.3330.21982776859.28
由于经济最优境界是在不考虑生态成本情况下优化得到的，即开采成本是最小的，所以该境界必定是所有后面考虑生态成本境界优化中最大的(无论是开采境界范围还是采剥量)。图6和图7是经济最优境界的三围实体图和等高线图。图中，最低开采水平为-122m。
2.3 生态成本内生化的境界优化
首先需要得到一个单位采矿、剥岩和选矿生态成本为0的初始境界，即前面优化得到的经济最优境界，基于该境界优化结果(表4)，就可计算其可能产生的生态足迹和生态成本，并将生态成本分配到单位采矿、剥岩和选矿成本上。其中，采出矿石全部送到选矿厂，所以入选矿量为54682.98万吨。
2.3.1生态足迹计算
(1)直接足迹计算
矿山直接足迹分为4大部分，其中露天采场的足迹(开采范围)可以根据优化结果，使用软件在图中直接圈定，不需要通过采场足迹计算公式计算，经济最优境界的开采范围圈定结果为515.41 hm2。对于一个给定的矿山，其矿山的矿山专用道路，选矿厂、办公区和专用设施及场地等的占地面积基本上是一定的，无论开采境界如何变化，这些“其他直接足迹”变化不大，并且相对于采场、排岩场和尾矿库占地面积来说很小，所产生的生态成本对各境界的影响较小且基本一致，因而在计算中不考虑“其他直接足迹”。
估算排土场足迹、尾矿量以及尾矿库的足迹。其中，岩石膨胀系数为1.25，排岩场形态系数为1.5，岩石平均比重为2.7 t·m-3，排岩场高度为200 m;回采率为95%，尾矿品位为8.1%，选矿回收率为82%，尾矿库形态系数为1.5，尾矿比重为1.75 t·m-3，尾矿库深度为100 m。根据以上参数设置，得出经济最优境界剥离的岩石所需排土场的足迹为671.38hm2;选矿产生的尾矿量为36722.42×104t，尾矿库足迹为314.76 hm2。因此，直接占地面积(直接足迹)为1501.56 hm2。
(2)间接足迹(能耗足迹)计算
根据南芬露天矿实际生产情况，目前南芬露天矿每万吨采剥量的汽油消耗为0.041t，柴油消耗为5.664t，单位采剥量耗电量为1.2 kwh/t，选矿厂单位选矿量耗电量为28.5 kwh/t。矿山计划今后年生产能力达到1500×104t以上，根据表4经济最优境界优化结果，粗略估计该境界开采寿命为36.5年，年均采剥量为6795.65×104t。所以经济最优境界的汽油年消耗量为278.62 t，柴油年消耗量为3.85×104t，露天采场年耗电量为81.55GWh，选矿厂耗电量为426.98GWh。
估算经济最优境界的一次能源足迹、电能耗足迹以及总能耗足迹。其中，消费的一次化石能源种类数为2(柴油和汽油)，两种一次化石能源的年消耗量如上面所述，汽油和柴油的热值分别为10300 kcal/kg和10200 kcal/kg，汽油和柴油的碳排放系数分别为0.829 t·kcal-7和0.852 t·kcal-7，碳到二氧化碳的转换系数为3.6667，当地林地的CO2年吸收能力为10.627 t·hm-2·a-1，露天矿年均用电量如上所述(包括露天采场和选矿厂)，每度电标准煤消耗量为0.404 kg·kWh-1，火力发电占总发电的比例为0.8，标准煤碳排放系数为1.065 t·kcal-7，单位重量标准煤的热值为7000 kcal·kg-1。根据以上数据得出经济最优境界的一次能源足迹中汽油的能耗足迹为82.09 hm2，柴油的能耗足迹为11541.41 hm2;电能耗的足迹中露天开采电能耗足迹为6779.48hm2，选矿厂电能耗足迹为35496.7hm2;总能耗足迹(每年)为53899.67hm2。
2.3.2 矿山生态成本计算
(1)直接经济损失
直接经济损失是由于直接足迹占用所造成的。考虑到该露天矿占用土地类型以林地为主，所以征地单元都以林地处理，即征地单元数为1。根据矿山调研知，矿区的征地价格约为240×104元·hm-2，境界的直接足迹如前所述为1501.56 hm2。可以得出对应于经济最优境界的直接经济损失(征地成本)为36.04×108元。
(2)复垦成本
复垦对象主要针对采场、排土场和尾矿库，即矿山占用的直接足迹。根据前面所述，矿山主要占用的是林地，所以这里研究的复垦也主要考虑进行林地复垦。根据已有矿山林地复垦经验知，复垦成本约为40×104元·hm-2，可以得出，经济最优境界的复垦成本为6.01×108元。
(3)外生生态价值损失
林地外生生态价值的损失是由于矿山直接足迹的占用所造成的林地生态功能的损失，不同的林种其自身的生态功能存在一定的差异。所研究的矿山所处地区的林种为温带常绿针叶林和落叶阔叶林，所以其净初级生产力取两种林地的平均值，为6.56 t·hm-2·a-1;CO2固定系数为1.62，二氧化碳处理成本为441元·t-1，林地损毁面积为1501.56 hm2(直接足迹);释氧系数为1.2，氧气成本取氧气的工业成本701.4元·t-1;区域年平均降雨量800 mm，产生径流降雨量占降雨总量的比例为0.4 (北方约0.4，南方约0.6)，与裸地(或皆伐迹地)比较林地减少径流的系数为0.26，水源蓄水成本取1.25元·m-3;土壤保持能力为60.2915 t·hm-2·a-1，林地保持的土壤转换为农田的单位面积收益估计为22655.56元·hm-2，农田的土壤厚度取0.6 m，土壤容重取1.3 t·m-3;SO2吸收能力为0.1521t·hm-2·a-1，SO2处理成本为1116.1767元·t-1;NOX吸收能力为0.38 t·hm-2·a-1，NOX的处理成本根据汽车尾气脱氮处理成本为1.6×104元;林地的滞尘能力为21.655 t·hm-2·a-1，除尘成本为316.25元·t-1;P到P2O5的转换系数为2.2903，林地净初级生产量中的氮、磷、钾元素含量分别为0.0033、0.00036、0.00231，氮肥、磷肥(P2O5)、钾肥的价格分别为2200元·t-1、650元·t-1、2259元·t-1;林地的杀菌素分泌能力为10.95 t∙hm-2·a-1，杀菌素市场价格为150元∙t-1;根据植物的生长周期假设露天开采结束后5年时间恢复生态能力，经济最优境界总共开采36.5年，即生态功能损失一直要延续到第41年才能恢复。
基于以上参数设置可以得出对应于经济最优境界的年均固碳价值为703.72×104元，释氧价值为829.07×104元，涵养水价值为156.16×104元，土壤保持价值为26.30×104元，SO2净化价值为25.49×104元，NOX净化价值为912.95×104元，滞尘价值为1028.33×104元，养分循环价值为12.82×104元，林地灭菌价值为246.63×104元;年均总的外生生态价值损失为3941.46×104元;境界从时间0点开始一直到矿区生态功能回复这段时间(41年)，外生生态价值损失的总额为16.36×108元。
(4) 能耗生态成本计算
根据能耗足迹计算使用到的相关参数，计算得到，经济最优境界露天采场总的电能耗产生的二氧化碳量为262.97×104t，汽油能耗产生二氧化碳量为3.18×104t，柴油能耗产生的二氧化碳量为447.68×104t，选矿厂电能耗产生的二氧化碳量为1376.87×104t。当前二氧化碳捕捉成本每吨大概在35~75美元之间，这里取碳捕捉成本为441元·t-1，得到露天采场总的能耗生态成本为31.48×108元，选矿厂总的能耗生态成本为60.72×108元。
2.3.3 生态成本分配
得到经济最优境界总的生态成本后(直接经济损失、复垦成本、外生生态价值损失和能耗生态成本)，将上述计算得到的直接经济损失、复垦成本、外生生态价值损失以及能耗生态成本分配到单位采矿、剥岩以及选矿成本上，得到单位采矿生态成本为1.953元·t-1，单位剥岩生态成本为3.463元·t-1，单位选矿生态成本为13.343元·t-1。
2.3.4 生态成本内生化的境界迭代优化
将上述经济最优境界的单位采、剥、选生态成本分别加到基准开采成本(采矿成本24元·t-1，剥岩成本15元·t-1，选矿成本135元·t-1)上，其他技术经济参数不变，进行新一轮境界优化，根据优化得到的新境界的输出数据再次计算新境界的生态成本并按生态成本分配原理分配到单位采、剥、选上，这样反复迭代优化，直到算法收敛。迭代优化结果如表5所示，表中给出了不同境界的单位采矿、剥岩、选矿生态成本和基准成本，以及在该成本下得到新境界的矿岩量和利润值。
表5 境界迭代优化结果
境界采矿成本
(元·t-1)剥岩成本
(元·t-1)选矿成本
(元·t-1)采出矿
石量
(104t)剥离岩
石量
(104t)利润值
(108元)直接占地面积(hm2)
基准生态基准生态基准生态
经济最优境界240150135054682.98193358.33277.691501.56
境界1241.953153.46313513.34341948.76109559.49169.921046.48
境界2242.148153.62613513.21642037.76110485.76166.901048.95
境界3242.139153.61513513.21642406.82112293.16166.911064.85
境界4242.144153.62413513.22042338.62111965.49166.811060.63
境界5242.140153.61813513.21942191.06111138.60167.151055.97
境界6242.143153.62113513.21742191.06111138.60167.121055.97
从表中可以看出，从经济最优境界到境界1的矿石量和岩石量减幅很大，之后矿岩量变化幅度逐渐减小，当进行完第7次境界(即得到境界6)优化后，境界6内的矿岩量与境界5的矿岩量完全相同，即生态成本内生化的境界优化收敛于境界5，所以境界5可看做是迭代优化的收敛境界，将境界5作为考虑生态成本的最优境界(为了方便说明，该境界在后面统称生态最优境界)。相对于经济最优境界，生态最优境界采出矿石量减少22.84%，排弃废石量减少42.52%，二者总和减少38.18%，采区总占地面积(采场、排土场、尾矿库)减小29.68%。生态最优境界的生态成本分摊到采矿、剥岩和选矿的单位成本分别为2.14元·t-1、3.618元·t-1 和13.219元·t-1，占基准采矿、剥岩和选矿单位成本的8.93%、24.14%和9.79%。生态最优境界的总盈利比经济最优境界(不考虑生态成本)的总盈利下降了39.82%。可见，如果政策要求矿山经营者以某种方式支付本研究估算的全部生态成本，境界的大小和矿山项目的盈利能力都将显著下降。这有助于保护临界资源，即支付生态成本后不再带来盈利的那部分资源。
实际上，先不考虑生态成本优化得到经济最优境界，并根据其优化结果计算出总的生态成本，属于“末端治理”，按照这种矿山设计思想，矿山最终盈利为127.08×108元(经济最优境界总的生态成本为150.61×108元);而在境界优化过程中考虑生态成本属于“源头减量”，最终盈利为167.15×108元，比“末端治理”高出31.53%。即“源头减量”(生态成本内生化境界优化)要优于“末端治理”。图8和图9为生态最优境界的三维实体图和等高线图。图中，境界最低开采水平为-107m。
图9 生态最优境界等高线图
图10为经济最优境界(虚线)与生态最优境界(实线)在不同水平的最终开采范围，阴影部分为矿体。从图10可以看出，生态最优境界上盘境界线相对于经济最优境界缩进了180m左右，下盘缩进20m左右。从178m开始生态最优境界有挂帮矿，经济最优境界则在73m水平开始形成挂帮矿。
3 已知境界中开采计划优化
完成境界设计后，露天矿设计的下一步就是在已知境界中进行开采计划优化。对已知境界做开采计划优化，就是在已圈定好的境界中确定每一年的最佳采剥量(生产能力)以及采剥位置(开采顺序)，使净现值最大。这里分别以不考虑生态成本时得到的最优境界(经济最优境界)以及考虑生态成本(生态成本内生化)时得到的最优境界(生态最优境界)为已知境界，进行开采计划优化。
3.1 经济最优境界开采计划优化
根据前面阐述的开采计划优化模型与算法，首先需要在已知经济最优境界中产生一系列地质最优开采体，然后对开采体序列进行动态排序，使用动态规划法从所有满足要求的路径中找出NPV最大的开采路径，该路径上每一年的采剥量即为最佳采剥量，对应的开采体即为年最佳采剥位置，所对应的开采时间即为矿山开采寿命。
产生地质最优开采体序列的控制参数如表6所示。
表6 产生地质开采体序列的控制参数
工作帮坡角(°)年采矿量上限(104t)年采矿量下限(104t)年采矿量分辨率(104t)
2518001400120
基于以上参数设置，经济最优境界中共产生开采体序列461个，最小开采体(开采体1)矿石量为109.7×104t，相邻开采体之间矿石增量基本保持在120×104t，第461个开采体即为最大开采体(经济最优境界)。各开采体对应的矿岩量如图11示。
开采计划优化过程中相关技术经济参数设置如表7所示。表中成本、价格上升率取0表示矿山从开采初期一直到开采结束，成本、价格不随时间的变化而变化，用(0%，0%)表示，即每年的经济参数均取时间零点的值。假设矿山年矿石生产能力为1500×104t，生产能力波动范围控制在1400×104t—1600×104t，年采剥总量上限为20000×104t，闭坑期设置为1年。
表7 开采计划优化参数
项目采矿成本(元·t-1)剥岩成本(元·t-1)选矿成本(元·t-1)精矿售价(元·t-1)
取值2415135700
项目矿石回采率(%)选矿回收率 (%)边界品位(%)精矿品位(%)
取值95822566
项目废石混入率(%)废石品位(%)成本上升率(%)价格上升率(%)
取值3.51000
基于以上参数设置以及条件假设，对经济最优境界进行以下开采计划优化。优化结果如表8所示。
表8 经济最优境界开采计划优化结果
从表8可以看出，矿山开采寿命为36年，每年采出矿石量(即表8中的入选矿石量)基本上保持在1540×104t(优化参数设置中，生产能力范围是1400×104t -1600×104t)，除最后1年为闭坑期，采出矿石量不足1000×104t;岩石剥离高峰发生在9-11年，年剥离量均达到了1×108t以上，其中第10年的剥离量达到1.3×108t以上;表中最后一列开采体序号表示对应年份采场推进的位置。净现值为68.18×108亿。
3.2 生态最优境界开采计划优化
在生态最优境界中优化开采计划的方法同在经济最优境界中一样，首先根据表6中的参数设置，在生态最优境界中共产生开采体356个，其中最小开采体原地矿石量为80.5×104t，相邻开采体之间矿石增量基本保持在120×104t，第356个开采体即为最大开采体(生态最优境界)，原地矿石量为42857.2×104t，原地岩石量为110472.4×104t。各开采体对应的矿岩量如图12所示。
在生态最优境界进行生态成本内生化的开采计划优化，不同时间点以及不同工艺环节上的生态成本动态分布如下：
征地时间、征地面积和征地资金确定。根据征地成本的时间分布及作用对象分析，矿山的征地包括采场、排土场和尾矿库征地，征地面积和征地时间受矿区地理地质条件、开采境界范围、境界矿岩量以及开采计划等影响。采场的征地面积，即经济最优境界的境界大小，可以通过软件直接在图上量取，假设采场不分期征地，那么采场在时间0点一次性完成全部征地。假设矿山只有一个排土场，根据境界内岩石量可以计算排土场总面积，如果排土场不分期征地，则在时间0点一次性完成排土场的全部征地。假设矿山只有一个尾矿库，根据尾矿库建库特点，尾矿库需要一次性完成征地，征地时间发生在时间0点，尾矿库面积根据境界内矿石量进行计算。根据上述对采场、排土场和尾矿库在不同时间征地面积的计算，结合矿山当地的单位面积征地成本(240×104元·hm-2)，就可以计算出矿山直接经济损失。
外生生态价值损失时空动态分配。根据外生生态价值损失的时间分布及作用对象分析，采场的外生生态价值损失与采场每年推进位置(开采体的地表面积)有关，考虑到矿山目前采场的开采范围已经扩展到300 hm2以上，即境界内植被破坏面积已达300 hm2，所以在计算采场外生生态价值损失时，当开采体地表面积小于300 hm2时，按照每年土地损毁面积为300 hm2计算，当某年对应开采体的地表面积大于300hm2时，按开采体地表面积计算。如果排土场近似为梯台体，排土场帮坡角为20°，形态系数为1.5，并假设排土场初期建设用地可以容纳境界内岩石总量的十分之一，则可根据梯台体(排土场)几何关系计算出排土场初期的土地平整面积以及初期堆置高度，那么在累计排土总量未达到排土场初期容量之前，排土场每年的外部生态价值损失根据排土场初期土地损毁面积进行计算。由于尾矿库是一次建成，所以尾矿库的外生生态价值损失从时间0点开始每年都按照尾矿库总占地面积进行计算。根据外生生态价值损失计算参数设置，每公顷土地外生生态价值为2.63×104元，结合采场、排土场和尾矿库每年总的土地损毁面积，就可得到每一年的外生生态价值损失。假设矿山是在开采结束后才进行复垦，且需要5年的时间才能完全恢复矿区损毁土地的生态功能，那么矿山的外生生态价值损失一直持续到矿山开采结束后5年，这5年时间的外生生态价值损失均按照采场、排土场和尾矿库总面积计算。
能耗生态成本确定。根据矿山目前生产过程中的能源消耗情况看，每万吨采剥量的汽油消耗为0.041t，柴油消耗为5.664 t，露天矿单位采剥量耗电量为1.2 kwh·t-1，选矿厂单位选矿量耗电量为28.5 kwh·t-1。对于处理能源消耗排放的二氧化碳最有效的办法就是进行碳捕捉和碳储存，分别得出采出1t矿石的能源生态成本和剥离1t岩石的能耗生态成本均为1.269元，选矿能耗生态成本为11.104元·t-1。
复垦成本确定。假设矿山在开采结束后进行复垦，复垦时间为3年，复垦年金为40×104元·hm-2，每年的复垦面积相等，即需要复垦土地总面积(采场、排土场和尾矿库)除以复垦时间(3年)。
开采计划优化过程中，成本均发生在年初，即在进行经济计算的时候，无论是表7中的各项开采成本，还是上面提到的矿山开采造成的各项生态成本，均认为是在每一年的年初产生，而精矿销售产生的利润发生在每年的年末。其他参数设置参考表7，生态成本内生化的开采计划优化结果如表9所示。
表9 生态最优境界开采计划优化结果
从表9可以看出，在生态最优境界中进行生态成本内生化的开采计划优化，矿石年采出量基本在1540×104t左右，岩石剥离高峰发生在第21年和第22年，开采寿命为28年;生态复垦时间发生在开采结束后(第29—31年)，年均复垦成本为1.4×108元;开采结束后一直到生态功能恢复前(第33年)，年均外生生态价值损失为2763.47×104元;征地时间发生在矿山开采初期，征地成本为25.22×108元;矿山累计净现值为43.57×108元。
图13分别给出了在第10年(图a)、第20年(图b)和第28年(图c)，在经济最优境界中进行开采计划优化(不考虑生态成本)的年末采场推进位置以及在生态最优境界中进行生态成本内生化开采计划优化的年末采场推进位置。从图中可以看出，生态成本的考虑，使不同年份采场的最终推进位置相差较大。以第10年采场推进位置为例，生态最优境界内的采场推进速度在矿体上盘远滞后于经济最优境界中的推进速度，即前期岩石剥离量相对于经济最优境界要小很多，这从表8和表9也可以看出：在生态最优境界中进行生态成本内生化的开采计划优化，前10年的岩石剥离总量为2.73×108t，而在经济最优境界中前10年的岩石剥离总量为6.29×108t;二者年采出矿石量基本上都在1540×104t左右(除最后一年闭坑期)。生态最优境界中的开采寿命(28年)也要小于在经济最优境界中的开采寿命(36年)。
从图13可以看出，从第10年到第28年，不考虑生态成本的开采计划是由西北向东南推进，而考虑生态成本的开采计划是由东南向西北推进;推进过程中受生态成本影响，在生态最优境界内上盘的推进速度要远滞后于在经济最优境界中的推进速度。综合上述分析得出，生态成本的考虑，使露天矿最终境界和开采计划都发生了很大变化。总的来说就是，当在最终境界优化过程中考虑生态成本，会缩小最终境界开采范围，减少矿岩采剥量(其中岩石量大幅降低)，抬升境界最低水平;当在开采计划中考虑生态成本，趋于放缓采场推进速度，降低前期岩石剥离量。
从上述境界和开采计划优化可以看出，无论是考虑生态成本还是不考虑生态成本，境界优化和开采计划优化都是独立进行的，即首先以利润值最大为准则得到一个最优境界，然后再在对应境界中以NPV最大为准则进行开采计划优化。那么按照这种方法(境界、开采计划单独优化)得到的最终境界和开采计划是否就是矿山最佳设计方案呢，下面将基于前面构建的境界-开采计划整体优化理论、算法和模型，对境界-开采计划方案进行境界-开采计划整体优化，并与境界、开采计划独立优化结果进行对比分析。
八、小结
《金属露天矿绿色低碳优化设计规范指南》的制定与实施，为我国露天矿绿色、低碳、高效开采和评价提供依据。不仅能够提升矿山企业的可持续发展能力，还有助于实现经济、社会和环境的协调统一。
