《金屬礦山生態化設計最佳化理論與方法研究》是依託東北大學，由顧曉薇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬礦山生態化設計最佳化理論與方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：顧曉薇
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金屬礦業在近代工業文明的進程中可謂居功至偉，但它對生態環境的破壞給人類帶來巨大衝擊。我國金屬礦山頗多，金屬礦開採已成為各行業中最嚴重的污染源和災害源之一。礦山設計最佳化理論和方法一直以經濟效益和生產效率為目標，結果往往是造成更大的生態環境衝擊。.本項目基於金屬礦產生產系統的資源代謝、生態足跡理論和採礦學等，開展交叉研究；從源頭減量視角出發，緊緊結合金屬礦床開採系統及其生產工藝過程，開展礦床開採的生態壓力度量、開採工藝與生態壓力的耦合關係、生態壓力的成本化、生態化設計最佳化理論和方法等關鍵問題的研究，革新礦山設計理念，逐步構建生態化設計最佳化原理和方法體系。目前，金屬礦山生態化設計在國內外幾乎還是空白，本項目具有前沿性和開拓性，其成果不但有重要學術價值，而且對金屬礦山節能、減排、降耗，推進金屬礦業的可持續發展具有重大現實意義。
結題摘要
礦產資源對於我國的工業化和城鎮化發展可謂居功至偉。然而，礦產開採（尤其是露天開採）損毀大面積的土地及其承載的生態系統，使之喪失為我們提供各種生態服務的功能，並造成環境污染。迄今為止，國內外礦山項目評價和開採方案設計都是以經濟效益作為決策的主要標準，而經濟效益的計算只考慮投資和正常的生產經營成本，開採造成的生態功能喪失被看作“外部效應”不加考慮。應對生態環境問題的主要途徑也一直是“末端治理”，如土地復墾和生態恢復。雖然為了降低環境風險，許多國家都對採礦項目設定了環境評價的前置條件，但環境評價並不反作用於具體的開採方案。顯然，不同的開採方案對生態環境的衝擊程度是不同的，在開採方案的設計階段就考慮最大限度地降低生態衝擊，是更應該提倡的“源頭減量”途徑。 本項目在國內外第一次提出生態成本內生化的礦山設計思想，即在礦山開採方案的設計和評價中納入生態成本，尋求經濟與生態總效益最大的開採方案。為此，針對金屬礦露天開採，基於生態足跡方法，開展了礦山生態壓力與生態成本量化研究和生態成本內生化的礦山開採方案最佳化方法研究，形成了一套具有實用價值的理論、模型與算法體系。模型可以用於估算一個礦山的生態成本總額或單位礦量的生態成本，更有意義的套用是用於比較不同開採方案的生態成本。 對露天開採的總體經濟效益影響最大的設計要素包括：最終境界、每年的礦石開採量和廢石剝離量（即生產能力）、每年採礦和剝岩位置（即開採順序）。本研究就這些要素的生態成本內生化最佳化建立了一個完整的模型和算法體系---境界最佳化的錐體排除疊代算法、境界和生產計畫整體最佳化模型與算法。 基於研發的模型和算法體系，開發了軟體系統。套用這一軟體系統和南芬礦的地質和技術經濟數據，進行了實例套用研究。結果表明，生態成本對最終境界和生產計畫均有重要影響：生態成本使以總盈利最大為設計準則的最終境界縮小了40%以上，總盈利降低了25%；以NPV最大作為境界和開採計畫方案的設計準則時，最終境界縮小了40%，NPV降低了22%。因此，在礦山開採方案設計中考慮生態成本具有現實意義。實例套用證實了本研究中提出的生態成本內生化設計思想是可以實現的，所建立的最佳化設計模型與算法體系具有實際套用價值。 本項目的執行，培養碩士研究生11名、博士生1名；已發表相關論文18篇，專注1部；2011年參加在澳大利亞召開的第35屆“國際計算機與最佳化在礦業套用會議”。
