首頁 / 高考三級 採礦工程考古題 / 民國115年 高考三級 採礦工程 礦山評估與礦場設計 民國115年 高考三級 採礦工程 礦山評估與礦場設計考古題
民國115年 高考三級 採礦工程 礦山評估與礦場設計收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
編製大型礦山總投資預算時，需嚴謹界定預算投資範圍與項目。請回答
下列問題：
請詳述礦山工程建設總投資（Total Capital Investment）涵蓋的三大核
心預算項目之具體內容。（15 分）
在礦床探勘評估時，「多邊形法（Polygonal Method）」與「距離反比加
權法（IDW）」皆屬常見的資源評估方法。請詳述兩者之幾何或數學原
理差異及適用時機。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、總投資之定義與範圍：礦山工程建設總投資（Total Capital Investment, TCI）是指礦山從籌建到達產期間投入的全部資金，也是可行性研究與融資評估的基準。其範圍涵蓋採礦、選礦、冶煉、尾礦及輔助公用設施，並以礦區紅線內外明確劃分，以免重複或漏列；一般歸為工程建設費、建設期利息與鋪底流動資金三大核心，另加預備費。 二、工程建設費（固定資產投資）：包含採礦工程（露天剝離、井巷開拓、通風、排水、運輸巷道）、選礦廠與破碎篩分廠、尾礦庫與排土場、供配電與供水、壓氣與機修、廠內外道路及鐵路專用線、行政生活建築、土地取得與拆遷補償、環境保護與水土保持、安全衛生設施，以及設計、監理與試運轉費用。 三、建設期利息與鋪底流動資金：建設期利息指籌建期間借款、債券之利息、承諾費、擔保費及匯兌損益；鋪底流動資金按定額流動資金之一定比例（約三成）計入，供投產初期周轉。另應編列基本預備費（不可預見費，約工程費5~10%）與價差預備費，以因應地質變異與物價波動。 四、多邊形法（Polygonal Method）：屬幾何法，以各鑽孔或取樣點為中心，作相鄰點連線之垂直平分線，構成 Voronoi 多邊形（影響域），域內品位視為該孔品位定值，再以面積×厚度×體重×品位求得各塊資源量後加總。適用於鑽孔分布均勻、品位變化平緩、礦體規則之淺部礦床，具計算簡便、可快速估算之優點。 五、距離反比加權法（Inverse Distance Weighting, IDW）：屬數學內插法，以鄰近樣品距離之倒數冪次（一般 n=2）為權重加權平均，Z(x)=Σ(Zi/di^n)/Σ(1/di^n)，並須設定搜索半徑、最少樣品數與冪次。適用於品位連續性佳、鑽孔不均、需建立塊體模型（block model）供採礦設計者；惟具平滑效應、低估極值，且不提供估計誤差，宜以克利金法（Kriging）交叉驗證。
某金屬礦山採用「無軌分段充填法」之地下採掘巷道。請回答下列問題：
在深部高地應力區開鑿運輸巷道，岩體評分（RMR）介於35~40 之間，
請規劃針對此坑道的「主動支撐（Active Support）」與「被動支撐
（Passive Support）」聯合支撐設計原理。（9 分）
地下運輸巷道與採掘工作面之通風設計，需考量有害氣體稀釋與設備
散熱。請詳細說明「串聯通風」與「並聯通風（獨立通風）」之優缺點。
並說明為何法規強烈建議在此作業環境採用並聯通風。（8 分）
若預估突發湧水量將達正常湧水量的3 倍，在設計井下中央水泵房與
排水管路時，應採取那些冗餘備援（Redundancy）配置原則？（8 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、岩體條件與設計原則：RMR 35~40 屬 IV 級（Poor rock），對應 Q 值約 0.5~1.5，圍岩自承能力低；深部高地應力易引致擠壓、片幫與岩爆。支撐設計應依新奧工法（NATM）「先柔後剛、及時支撐、量測回饋」原則，以主動支撐形成承載環、被動支撐承擔殘餘荷載，並以變形監測動態調整。 二、主動支撐（Active Support）：以預力或岩體改良使圍岩自行承載。內容包括系統岩栓（全長灌漿或樹脂錨固，長 2~2.5 m、間距 1.0~1.5 m、梅花形布置）、預力錨索（長 6~8 m、預力 100~150 kN）錨固鬆動區於深部穩定岩體、鋼纖維噴凝土初噴 50 mm 封閉岩面，必要時採超前管棚或灌漿改良，形成壓縮拱（pressure arch）。 三、被動支撐（Passive Support）與聯合配置：以鋼拱架（可縮性 U 型鋼或 H 型鋼，間距 0.8~1.0 m）、鋼筋網、二次混凝土襯砌及仰拱被動承受荷載。施作順序為初噴、架鋼拱掛網、打設岩栓、二次噴凝土至 100~150 mm、仰拱閉合；並以收斂計、多點位移計與錨栓荷重計監測，位移速率趨緩後施作永久襯砌。 四、串聯與並聯通風之比較：串聯通風係新鮮風流依次流經各工作面，優點為風量需求小、風筒與風機少、工程簡便；缺點為炮煙、粉塵、柴油廢氣與熱量逐段累積，下游工作面空氣品質惡化，風量無法獨立調節，漏風與風阻大，一處災變即波及全線。並聯（獨立）通風係各工作面配置獨立進、回風巷，優點為空氣新鮮、污染不疊加、風量可獨立調節、易於隔離災變與控制溫度；缺點為巷道工程量大、投資與管理成本高。 五、採並聯通風之法規理由與排水冗餘：礦場安全規則要求坑內作業場所每人每分鐘三立方公尺以上新鮮空氣，並限制 CO、NO2、H2S 濃度，串聯通風難以確保下游達標，故法規強制採並聯。排水則採工作泵、備用泵、檢修泵 N+1 以上配置，總能力達最大湧水量 1.2 倍；雙管路、雙迴路電源加柴油發電機與自動切換；主副水倉總容積逾 8 小時正常湧水量，並設防水閘門、水位警報與分區接力排水。
某臺灣南部大型露天石灰石礦礦場面臨機械老化問題，礦廠考慮以混合
動態機械更新之方式提升生產效率並降低成本。請回答下列問題：
詳細說明石灰石礦床常見的地質特徵與賦存形式為何？（8 分）
該露天礦場年產量700 萬噸，如果執行採礦流程最佳化，應注意那些
關鍵因素？（8 分）
假設鑽裝一體機每日可開鑿斜井300 米（其中含服務通道），設計斜井
開挖時應考量那些地質與岩體因素？並具體說明斜井開挖的岩體支
護方式。（9 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、石灰石礦床之地質特徵：石灰石主要為生物化學沉積之石灰岩、白雲岩及變質之大理岩，礦物以方解石為主，CaCO3 品位多在 90~98%，雜質為 MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3 及磷、硫。台灣南部多屬上新世至更新世隆起珊瑚礁石灰岩，呈透鏡狀、礁塊狀，受斷層與節理切割，喀斯特（karst）溶洞與地下水發達，覆蓋層厚度變化大。 二、賦存形式：常見層狀（bedded）、透鏡狀或凸鏡體、礁體（reef）及脈狀裂隙充填四類。層狀者延伸穩定、厚度均一，宜大規模階梯開採；透鏡狀與礁體厚度變化大、邊界不規則，須以密集鑽孔界定礦體；脈狀者品位波動大。南部礦區應特別注意紅土覆蓋、溶洞塌陷與地下水湧入對採掘安全與品位的影響。 三、年產七百萬噸之流程最佳化關鍵：包括礦量與品位配礦（blending）以穩定 CaCO3 與 MgO，設置均化堆場；剝採比與採掘順序（pushback）排程；鑽、爆、裝、運能力匹配與卡車鏟裝匹配係數；坑內破碎與膠帶運輸（IPCC）縮短運距；爆破孔網與塊度控制減少過粉碎；機械混合動態更新（mixed integer dynamic programming）權衡維修成本、殘值與資本支出；並兼顧粉塵、振動、水土保持與社區溝通。 四、斜井開挖之地質與岩體因素：應先完成岩體分類（RMR、Q、GSI）與地質調查，掌握岩性界面與軟弱夾層、斷層與剪裂帶、節理組位態、褶皺、喀斯特溶洞與湧水、深部地應力與擠壓性、洞口風化層與崩積層穩定，以及斜井傾角（一般 15~30 度）與排水、通風、逃生通道之配置；高進尺須以並行作業與超前地質預報支撐。 五、斜井岩體支撐方式：洞口段採超前管棚、鋼拱與仰拱閉合；一般段依 NATM 施作鋼纖維噴凝土 50~100 mm、系統岩栓（長 2~3 m、間距 1~1.5 m）、鋼網與可縮性鋼拱（間距 0.8~1.0 m）；斷層破碎帶加強超前注漿、前進式支撐與密集錨索；最終施作混凝土二次襯砌與防水層，並以收斂與多點位移監測回饋調整。
規劃露天礦場時，地形地質圖與邊坡設計剖面圖是決定礦場生命週期的
關鍵。請回答下列問題：
請解釋經濟剝離率（Break-Even Stripping Ratio, BESR）之定義。在繪
製開採最終境界圖（Ultimate Pit Limit）時，如何利用瞬時剝離率與
BESR 的關係來決定境界範圍？（10 分）
在露天開採的邊坡設計剖面圖中，請說明區分台階坡面角（Bench Face
Angle）、段間坡角（Inter-ramp Angle）與總體坡角（Overall Slope Angle）
之定義差異。若礦區地層走向與邊坡平行且傾角屬順向坡，應如何調
整總體坡角以防止平面滑動？（15 分）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、經濟剝離率之定義：經濟剝離率（Break-Even Stripping Ratio, BESR）指剝除一單位礦石所伴隨之廢石量，其剝離成本恰等於該單位礦石之淨價值，即 BESR＝（單位礦石售價×回收率－採選冶成本－運費與稅費）／單位廢石剝離成本。當瞬時剝離率小於 BESR 時開採有利，大於時則虧損，故 BESR 為境界圈定之經濟門檻。 二、以瞬時剝離率決定最終境界：繪製最終境界（Ultimate Pit Limit）時，自地表逐階向下擴充，計算每一增量塊體之邊際（瞬時）剝離率 SR_i＝廢石量／礦石量；當 SR_i＝BESR 時之塊體邊界即為經濟極限，所有 SR_i＜BESR 之塊體均應納入。實務上並以 Lerchs-Grossmann 三維演算法或浮錐法（floating cone）求最大淨現值境界，再以階段設計軟體檢核幾何可行性。 三、三種坡角之定義：台階坡面角（Bench Face Angle, BFA）為單一台阶坡面與水平面之夾角，介於坡腳與坡頂之間，通常 60~80 度；段間坡角（Inter-ramp Angle, IRA）為含台阶坡面與其上方安全平台之連線與水平面夾角，通常 35~50 度；總體坡角（Overall Slope Angle, OSA）為自最下階坡腳至最上階坡頂連線與水平面之夾角，涵蓋全部台阶、平台與運輸道路，通常 25~45 度，三者關係為 OSA＜IRA＜BFA。 四、順向坡平面滑動之機制：當地層走向與邊坡平行、層面傾角小於坡面角且大於層面摩擦角時，岩體沿層面滑動，安全係數 FS＝（cL＋W cosα tanφ）／（W sinα），一般要求 FS≥1.3~1.5。層面若有泥質夾層或水壓升高，FS 更低；坡腳被開挖解除支撐（toe unloading）亦為常見誘因，故順向坡為露天礦最典型之平面破壞型態。 五、總體坡角之調整與加固：首要使 OSA 小於層面傾角並保留 5~10 度安全餘裕，作法包括增加台阶數、加寬安全平台、削坡減緩坡度；其次調整邊坡走向與地層走向斜交，避免平行；無法調整時採預力錨索穿過滑面錨固、坡腳回填反壓（buttress）、抗滑樁、地表與地下排水降低孔隙水壓，並設置位移監測與警報。