《金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計規(guī)范》

ICS

CCS

團體標準

T/CIXXX—2024

金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計規(guī)范

Greenandlow-carbonoptimizationdesignofmetalopen-pitmines

（征求意見稿）

2024-X-X發(fā)布2024-X-X實施

?中國國際科技促進會?發(fā)布

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金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計規(guī)范

1.適用范圍

本文件規(guī)定了金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計基本原則及要求。

本文件適用于金屬露天礦山。

2.規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期

的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

本文件沒有規(guī)范性引用文件。

3.術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

綠色低碳優(yōu)化設計（GreenandLow-carbonOptimizationDesign）

在露天礦最終境界設計和開采計劃優(yōu)化設計過程中，把土地破壞、碳排放等環(huán)境問題考

慮到優(yōu)化模型和算法中，使生態(tài)成本像生產成本一樣在最佳方案的求解中直接發(fā)揮作用，使

求得的最佳方案在經濟效益最大化和生態(tài)沖擊最小化之間達到最佳平衡，實現(xiàn)礦山生產“源

頭減量”，最大限度降低礦山開采產生的生態(tài)沖擊。

3.2

生態(tài)沖擊（EcologicalImpact）

采礦對土地、水、大氣、生物質等造成不同程度的破壞或損害。土地、水、大氣、生物

質是構成自然生態(tài)系統(tǒng)的基本要素，所以這里把這種破壞和損害統(tǒng)稱為生態(tài)沖擊或生態(tài)壓

力。

3.3

露天采場的土地損毀面積（LandDamageAreaofOpenPitStope）

露天采場指露天礦最終境界圈定的范圍，其挖損的土地總面積等于開采方案中最終境界

的地表面積。

3.4

排土場的土地損毀面積（LandDamageAreaofWasteDump）

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排土場用于堆放采場剝離出來的廢石，其壓占的土地總面積取決于廢石排棄總量、排土

場地形、堆置高度和邊坡角等。

3.5

尾礦庫的土地損毀面積（LandDamageAreaofTailingPond）

有選礦廠的礦山，需要建立尾礦庫以安置選礦廠排放的尾礦，其損毀的土地總面積取決

于尾礦排棄總量、尾礦庫地形、排棄深度和邊坡角等。

3.6

地面設施的土地損毀面積（LandDamageAreaofGroundFacilities）

地面設施包括礦山專用道路和廠房、倉儲、辦公、供電、供水、排水等設施，地面設施

的占地面積與開采方案的生產能力有一定的關系。

3.7

表土堆放場的土地損毀面積（LandDamageAreaofTopsoilStorageYard）

按照礦山土地復墾的相關規(guī)定，需要對生產中將要損毀的土地上的表土進行剝離并妥善

保存，以備復墾時使用。需要堆存表土的占地面積與露天采場、排土場、尾礦庫和地面設施

區(qū)的表土剝離量，以及表土堆置地形、堆置高度、堆置形態(tài)等有關。

3.8

溫室氣體排放（GreenhouseGasEmissions）

礦山生產過程中的溫室氣體排放主要包括二氧化碳、甲烷、氮氧化物等，主要來源于柴

油、電力和炸藥消耗。

3.9

增溫潛勢（WarmingPotential）

某種氣體的增溫潛勢可以理解為該種氣體的潛在增溫效應與CO2的潛在增溫效應的比

值。

3.10

二氧化碳當量（CarbonDioxideEquivalent）

為了便于衡量礦山開采產生的溫室效應，一般把氮氧化物、甲烷等的量根據(jù)其“增溫潛

勢”換算為CO2當量。

3.11

柴油的溫室氣體排放因子（GreenhouseGasEmissionFactorsofDiesel）

單位重量的柴油消耗所產生的溫室氣體排放量定義為柴油的溫室氣體排放因子。排放包

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括兩部分：一是直接排放，即內燃機的尾氣，直接排放量主要取決于柴油的熱值和內燃機的

單位熱值排放量；二是間接排放，即從石油開采到加工成柴油的各個生產環(huán)節(jié)所產生的溫室

氣體排放，在一些文獻中也稱為攜帶排放。

3.12

電力消耗的溫室氣體排放因子（GreenhouseGasEmissionFactorsofElectricity

Consumption）

電網(wǎng)提供單位電量所產生的溫室氣體排放量。電力消耗的溫室氣體排放不是在礦山生產

過程中直接產生的，而是在發(fā)電和輸送中產生的。從這個意義上講，電力消耗的溫室氣體排

放對礦山而言屬于間接排放。但礦山只要消耗電能，就會連帶產生這一排放，所以必須計算

在內。

3.13

炸藥的溫室氣體排放因子（GreenhouseGasEmissionFactorsofExplosive）

炸藥的溫室氣體排放包括炸藥爆炸產生的直接排放和炸藥組分在其生產過程中產生的

排放（即間接排放）。單位重量的炸藥消耗所產生的溫室氣體排放量定義為炸藥的溫室氣體

排放因子。

3.14

單位作業(yè)量的溫室氣體排放量（GreenhouseGasEmissionFactorsofUnitWorkload）

把露天礦生產的各種作業(yè)歸納為廢石剝離、礦石開采和選礦三大類，分別計算其單位作

業(yè)量的溫室氣體排放量。

3.15

污染足跡（PollutionFootprint）

礦山生產所產生的污染足跡是為吸收礦山生產中排放的除溫室氣體之外的其他空氣污

染物以及水和土壤污染物所需要的土地面積。

3.16

攜帶足跡（CarryingFootprints）

攜帶足跡是礦山生產中消耗的輔助材料（鋼材、水泥、木材等）和設備在其制造過程中

的各種消耗和排放的足跡。攜帶足跡的計算需要從輔助材料和產品一直追蹤到原料開采，需

要大量的相關數(shù)據(jù)。

3.17

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土地生態(tài)功能（LandEcologicalFunction）

土地的生態(tài)服務功能可分為兩大類：一是為人類提供生活需要的生物質，如糧食、肉、

奶、木材等；二是為人類的生活和各種生物的生存提供適宜穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境。

3.18

礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)分類（ClassificationofEcologicalSystemsinMiningAreas）

我國的金屬礦山一般地處山區(qū)（包括丘陵），按照我國生態(tài)學界對此類地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的

分類，分為森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)和農耕生態(tài)系統(tǒng)三個大類。這三類生態(tài)系統(tǒng)恰好與

生態(tài)足跡對生態(tài)生產性土地分類中的林地、牧草地和農耕地相對應。

3.19

礦山生態(tài)成本（EcologicalCostofMining）

礦產開采的生態(tài)成本的主體是對遭到破壞的生態(tài)系統(tǒng)的功能損失的經濟度量，包括：礦

山生產對生態(tài)系統(tǒng)的破壞和損害所造成的生態(tài)功能的價值損失，以及礦山企業(yè)為恢復生態(tài)功

能而支出的各種費用。

3.20

直接生態(tài)價值損失（DirectEcologicalValueLoss）

直接生態(tài)價值是給定的生態(tài)系統(tǒng)能夠提供的生物產品（糧食、肉類、奶類、林產品等）

在特定市場條件下的價值，因此又稱為生物質生產價值，可用收益法計算。

3.21

復墾成本（ReclamationCosts）

把礦山生產所破壞的各類土地，按復墾方案中確定的復墾方向，恢復到具有破壞前或期

望的生態(tài)生產力所需要的費用，又稱為生態(tài)恢復成本。

3.22

環(huán)境治理成本（EnvironmentalGovernanceCosts）

礦山生產過程中復墾以外的與環(huán)境治理有關的費用，環(huán)境治理的目的是防止對生態(tài)系統(tǒng)

造成污染和對人體健康造成損害，因此也是生態(tài)成本的一部分。環(huán)境治理成本主要是污染治

理、檢測、監(jiān)測等費用。

3.23

外部生態(tài)價值損失（ExternalEcologicalValueLoss）

外部生態(tài)價值是土地可提供的除了帶來直接生態(tài)價值的生態(tài)服務之外的其他生態(tài)服務

的價值，這些生態(tài)服務沒有直接進入經濟系統(tǒng)或礦山企業(yè)的財務核算體系，故稱之為“外部

生態(tài)價值”。主要體現(xiàn)在：涵養(yǎng)水源、防風固沙、凈化環(huán)境、調節(jié)氣候、光合固碳、釋放氧

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氣、土壤保持、養(yǎng)分循環(huán)、維持生物多樣性等。

3.24

溫室氣體排放生態(tài)成本（EcologicalCostofGreenhouseGasEmissions）

為了處理掉由于礦山生產排放的溫室氣體，所需要投入的成本即為溫室氣體排放的生態(tài)

成本。

3.25

最優(yōu)采場（OptimalMiningStope）

一個采場C*是所有含礦量為Q，且工作幫坡角不大于給定最大工作幫坡角θ的采場中，

剝采比（即(V-Q)/Q）和單位采礦量的地表挖損面積（即A/Q）均最小的那個采場即為最優(yōu)

采場。

3.26

浮錐排除法（FloatingConeExclusionMethod）

構造一個錐面傾角等于露天礦最終幫坡角的錐體，通過在礦床數(shù)值模型中移動該錐體并

計算落入錐體內的礦巖量和利潤值，做出是否排除掉錐體內礦巖的決策。

3.27

最終境界綠色低碳優(yōu)化（GreenandLow-carbonOptimizationofUltimatepit）

在境界優(yōu)化過程中，使用浮錐排除法，同時考慮生態(tài)環(huán)境影響和技術經濟影響，獲得露

天礦最佳地表開采范圍、豎直開采深度和三維幾何形態(tài)。

3.28

開采計劃綠色低碳優(yōu)化（GreenandLow-carbonOptimizationofMiningPlans）

在開采計劃優(yōu)化過程中，對所有最優(yōu)采場序列進行動態(tài)排序，將每年可能開采的礦巖量

以及開采區(qū)域與單位生產量的生態(tài)成本結合，使用枚舉法和移動產能域法等數(shù)學方法，獲得

考慮生態(tài)影響的年采剝量、最佳推進位置和開采年限。

4.總則

4.1應在礦山開采方案的設計和評價中納入生態(tài)成本，尋求經濟與生態(tài)總效益最大的開采方

案，即以實現(xiàn)露天開采總體效益（經濟和生態(tài)效益）最大化為目標。

4.2金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計需在最終境界和生產計劃優(yōu)化過程中，把生態(tài)成本納入

進去。

4.3在礦產開發(fā)項目的規(guī)劃設計中就要考慮礦山生產對生態(tài)環(huán)境的沖擊問題，把“為環(huán)境設

計”的新理念貫穿于技術經濟決策之中。

4.5金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計在需要優(yōu)化的眾多要素中，確定各種方案和眾多參數(shù)，

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組成露天開采的大方案，做出科學的決策。

4.6優(yōu)化設計的最佳方案在經濟效益最大化和生態(tài)沖擊最小化之間達到最佳平衡。

4.7金屬露天礦綠色低碳優(yōu)化設計標準，具有專業(yè)化的專業(yè)隊伍，保障標準持續(xù)運行。

4.8根據(jù)企業(yè)運行的深度和廣度及要求，可單純經濟優(yōu)化，也可考慮生態(tài)成本的生態(tài)化優(yōu)化，

根據(jù)自身實際情況確定設計方案。

5.生態(tài)沖擊量化

5.1一般規(guī)定

我國的金屬礦山一般地處山區(qū)（包括丘陵），按照我國生態(tài)學界對此類地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的

分類，分為森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)和農耕生態(tài)系統(tǒng)三個大類。根據(jù)礦山生產對生態(tài)系

統(tǒng)造成的生態(tài)沖擊的特點，礦山生態(tài)沖擊可分為土地直接占用、礦山能源消耗的溫室氣體排

放、污染足跡和攜帶足跡四大部分。

5.2生態(tài)沖擊量化要求

5.2.1礦山直接破壞的土地單元包括：露天采場挖損、排土場或廢石堆場占壓、尾礦庫挖損

和占壓、表土堆放場占壓、塌陷區(qū)破壞、專用道路挖損和占壓、選礦廠挖損和占壓、辦公區(qū)

占壓、專用設施及場地占壓等。

5.2.2礦山開采直接破壞的土地單元面積與礦山儲量規(guī)模、生產規(guī)劃、工業(yè)場地布置、礦區(qū)

地形和礦巖特性等有關。

5.2.3在最終境界優(yōu)化過程中，露天采場挖損總面積可以依據(jù)其最終境界的地表周界線（閉

合多邊形）上的頂點坐標直接計算。在生產計劃優(yōu)化過程中，需要考慮采場每年隨采剝位置

變化的實時采場占地面積。

5.2.4在最終境界優(yōu)化設計階段，一般沒有排土場的完整設計，只能按容量需求對排土場

的占地總面積進行估算。在生產計劃優(yōu)化過程中，需要考慮每年巖石剝離量對排土場面積的

需求量。

5.2.5在最終境界優(yōu)化設計階段，尾礦庫的占地面積可以根據(jù)尾礦產生量結合尾礦庫設計參

數(shù)進行估算；在生產計劃優(yōu)化過程中，如果擬建多個尾礦庫，可以根據(jù)各個尾礦庫的最大容

量和相關參數(shù)，分別估算每個尾礦庫的占地總面積，并基于開采方案的累計入選礦量隨時間

的變化關系和各個尾礦庫的使用順序安排，估算每個尾礦庫的投入使用時間和尾礦庫的土地

損毀面積隨時間的變化關系。

5.2.6地面設施的土地損毀面積在一定的生產能力范圍內變化不大，可以看作常數(shù)；當生

產能力的變化足以引起這一面積變化時，二者之間的函數(shù)關系也難以確定。而且這一面積與

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采場、排土場和尾礦庫的占地總面積相比非常小，沒有必要在開采方案優(yōu)化中詳細考慮其隨

開采方案的變化。

5.2.7根據(jù)場地條件，表土可以集中堆存（全礦只設一個表土場）或就近分散堆存。后者是

在露天采場、排土場、尾礦庫等附近分別設置表土場，把剝離的表土就近堆存在各自的表土

場中，這樣可以最大限度地縮短表土搬運距離。

5.2.8為了便于在開采方案優(yōu)化中應用，把露天礦生產的各種作業(yè)歸納為廢石剝離、礦石開

采和選礦三大類，根據(jù)不同溫室氣體排放當量將不同溫室氣體等量轉換為二氧化碳排放，結

合柴油、電力、炸藥等的碳排放因子和單位采、剝、選工藝的能源消耗量，計算單位作業(yè)量

的碳排放量。

5.2.9污染足跡可以收集、測算類似礦山的水體和土壤的污染面積進行評估。水污染足跡的

占地類型為水產地；土壤污染足跡的土地類型可視為林地，因為金屬礦山大都地處山區(qū)，其

植被多為林地。另外，被污染的土壤的生物生產力大幅降低或完全被破壞，所以土壤污染相

當于直接破壞。

5.2.10攜帶足跡的計算需要從輔助材料和產品一直追蹤到原料開采，需要大量的相關數(shù)

據(jù)。

6.生態(tài)成本量化

6.1一般規(guī)定

對生態(tài)功能的價值損失的計量，首先需要找到對生態(tài)系統(tǒng)性質的表征和對生態(tài)功能損失的計

量基礎。可以以生態(tài)沖擊中對生態(tài)系統(tǒng)的分類作為對生態(tài)系統(tǒng)的性質的表征，以礦區(qū)各類土

地的需求面積和溫室氣體排放量作為生態(tài)系統(tǒng)的功能損失的計量。如果礦區(qū)占用多類型生態(tài)

系統(tǒng)，為了體現(xiàn)不同類型土地的當?shù)亟洕鷥r值和生態(tài)價值，各類土地的面積均為生態(tài)足跡中

同類土地的當?shù)孛娣e，即不換算為全球公頃（或國家公頃）。

6.2生態(tài)成本量化要求

6.2.1對于森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)和農耕生態(tài)系所對應的林地、草地和農耕地，土地

價格是被占用土地的直接生態(tài)價值的一種綜合體現(xiàn)，因此，用土地價格度量這三類生態(tài)系統(tǒng)

的直接生態(tài)價值是合理的。

6.2.2不同地區(qū)、不同類型的土地的價格不同，在同一地區(qū)，同一類型、不同植物種類（如

不同林種的林地、不同作物的農耕地）或不同生態(tài)條件的土地的價格也不同。可視具體情況，

根據(jù)當?shù)赝愅恋睾皖愃粕鷳B(tài)條件的土地價格、與土地所有權（或使用權）人的協(xié)商價格、

政府的征地補償費指導價格等確定。

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6.2.3復墾工程完成后，需要一段時間（一般為3~5年）的養(yǎng)護，以保障生態(tài)恢復質量（如

植物成活率、植被覆蓋率等）符合要求。所以，復墾成本應包含養(yǎng)護成本。

6.2.4由于在開采方案確定之前，不可能有土地復墾計劃和預算，所以在新礦山的開采方

案優(yōu)化中，單位面積的復墾成本取值只能參照條件類似的礦山的復墾成本估算。

6.2.5對于生產礦山，環(huán)境治理成本可從企業(yè)的財務賬目中查得，對新建礦山可參照類似礦

山的相應成本估算。復墾過程中為復墾目的進行的污染物治理費用可歸到復墾成本之中。

6.2.6對外部生態(tài)價值的估算中所考慮的生態(tài)功能沒有包括許多人類已經認識到的但不易

量化的功能（如景觀、旅游、文化等），更沒有涵蓋人類尚未意識到的功能。

6.3生態(tài)成本分配說明

6.3.1為了便于把生態(tài)成本納入優(yōu)化過程中的盈利計算，需要把各項生態(tài)成本進行歸納和

分攤，得出廢石剝離、礦石開采和選礦的單位生態(tài)成本，分別稱之為單位剝離生態(tài)成本、單

位采礦生態(tài)成本和單位選礦生態(tài)成本。為此，需要把各個土地損毀單元的面積依據(jù)它們與廢

石剝離、礦石開采和選礦之間的關系，進行歸納和分攤，得出由廢石剝離、礦石開采和選礦

造成的土地損毀面積。

6.3.2排土場對土地的損毀完全源于巖石剝離，所以排土場的占地面積全部歸入巖石剝離

的土地損毀面積。尾礦庫對土地的損毀完全源于選礦，所以尾礦庫的占地面積全部歸入選礦

的土地損毀面積。

6.3.3采場（境界）的土地挖損面積是由巖石剝離和礦石開采造成的，所以按境界內的廢

石體積和礦石體積分攤到巖石剝離和礦石開采。

6.3.4考慮到選礦專用設施的體量占全部地面設施的比例較小，而廢石量一般大于礦石量，

可以把地面設施的占地總面積分別按約0.45、0.35和0.20的比例分攤到廢石剝離、礦石開

采和選礦。

6.3.5根據(jù)土地損毀面積在單位采礦、剝巖和選礦上的分攤，結合廢石剝離、礦石開采和

選礦回收造成的土地損毀生態(tài)成本和溫室氣體排放生態(tài)成本，計算單位剝離生態(tài)成本、采礦

成本和選礦成本。

6.3.6生態(tài)成本中，土地生態(tài)系統(tǒng)的外部生態(tài)價值的損失是持續(xù)性的，從土地被損毀開始

一直到完成復墾并恢復生態(tài)功能的時間跨度內，每年都發(fā)生這些價值的損失，因此這部分生

態(tài)成本計算需要逐年累加。

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7.最終境界綠色低碳優(yōu)化

7.1一般規(guī)定

7.1.1由于在境界的最終設計確定之前沒有生產計劃，無法估算各個土地損毀單元的面積隨

時間的變化關系，也就無法估算其處于損毀狀態(tài)的持續(xù)時間。土地處于損毀狀態(tài)的持續(xù)時間

最長為F年，最短為1年，用一個時間系數(shù)ft估算其平均持續(xù)時間（即Fft年）。

7.1.2考慮到礦山生產初期損毀的土地面積大于后期，如果假設絕大部分被毀土地是在礦山

開采結束后復墾的，時間系數(shù)ft可以取0.75左右。

7.1.3對于F，在沒有生產計劃的條件下，可按境界中的可采礦量估算一個合理的年礦石生

產能力，并據(jù)此計算境界的開采壽命；F等于開采壽命加上復墾和養(yǎng)護時間，后者一般為3~5

年。

7.2最終境界綠色低碳優(yōu)化方法

7.2.1設置cw、cm、cp分別表示只考慮生產成本（即不考慮生態(tài)成本）的單位剝離、采礦

和選礦成本；cw,i、cm,i和cp,i分別表示第i次迭代中加入生態(tài)成本后的單位剝離、采礦和

選礦成本；i為迭代序數(shù)。

7.2.2優(yōu)化步驟如下：

第一步：令i=0；cw,i=cw，cm,i=cm，cp,i=cp，即不考慮生態(tài)成本。

第二步：應用錐體排除法優(yōu)化境界。在錐體的排除過程中，以cw,i、cm,i和cp,i為成本參數(shù)

計算錐體的利潤，排除那些利潤為負的錐體。得到的境界為當前境界，記為Vi。

第三步：如果i=0，轉到第五步；如果i>0，執(zhí)行下一步。

第四步：比較當前境界Vi和上一次迭代得到的境界