108 高普考高考三級 採礦工程 礦山評估與礦場設計 考古題詳解

核心觀念 RMR 是 Bieniawski 提出的岩體工程分類系統，用來把岩體的地質與力學條件量化，評估岩體品質，並作為隧道支撐、開挖方式及岩體穩定性判斷的參考。它是經驗性分類，不能取代現地調查與詳細分析。

基本分數由五項岩體特性加總，再依節理方向對工程的影響修正：

其中：

• $R_1$：完整岩石單軸抗壓強度，或岩石品質指標 $RQD$。
• $R_2$：不連續面間距。
• $R_3$：不連續面狀況，如延續性、張開度、粗糙度、充填物及風化程度。
• $R_4$：地下水狀況。
• $R_5$：節理方向對隧道、邊坡或基礎工程的有利或不利修正。
• $R_6$：部分版本將岩體完整性或其他工程條件納入；考試作答宜以命題採用的 RMR 版本說明，並指出基本評分主要依前五項。

常見 RMR 分級如下：

解題方法 本小題為名詞解釋，依「提出者與用途—評分因素—分級與應用」說明即可。若題目要求計算，須先按各項標準取得分數，再加總並加上節理方向修正，最後判定岩體等級。

解題技巧 易與 Q-system 混淆：RMR 是多項指標加總後分類；Q-system 則以 $RQD$、節理組數、節理粗糙與充填、地下水及應力等因素構成乘除式指標。作答時列出 RMR 的主要評分項目，比分級數字更能呈現分類法的意義。

（二）昇井工法（Raise Boring Method）

核心觀念 昇井工法是由下方巷道向上鑽進，先以導孔鑽機自下而上鑽出小直徑導孔，貫通至上方巷道；再於上端裝上擴孔刀頭，將鑽桿向下拉回，同時旋轉切削，使導孔擴大成所需直徑的豎井或斜井。破碎岩屑落至下方，由下方巷道清除。

解題方法 作答要抓住「先上鑽導孔、再由上往下拉擴孔」這個施工順序，並說明設備與適用條件。此工法通常需要上下兩端可進入，岩層須具有足夠穩定性，且鑽機與擴孔刀頭須能配合預定井徑及岩體條件。

其優點是井壁較平整、施工效率較高，作業人員不必進入井筒直接鑽爆，通常可降低暴露於落石及爆破風險的程度；限制則包括設備成本高、井徑與長度受設備能力限制，並不適合嚴重破碎或不穩定地層。

解題技巧 勿將昇井工法寫成「由上往下鑽孔後直接擴孔」。關鍵流程是導孔由下往上貫通，擴孔刀頭在上方安裝後，拉回擴孔。

（三）平滑開炸（Smooth Blasting）

核心觀念 平滑開炸是控制爆破的一種，目的在於使隧道或地下開挖的輪廓平順，減少超挖、欠挖及周圍岩體的爆破損傷。

核心觀念

現金流量折現法（Discounted Cash Flow, DCF）是礦山經濟評估的動態分析方法。其核心是：把礦山各年度預期發生的現金流量，按適當折現率換算為同一基準時點的現值，再據以判斷投資是否具有經濟效益。

DCF 建立在貨幣時間價值的觀念上：今天取得的一元可投入運用，因此通常比未來取得的一元有價值。礦山開發期間長、初期投資大，且生產、成本與收益分年發生，若只比較未折現的總收入與總支出，便無法反映資金占用時間及投資風險。

常用評估指標包括：

• 淨現值（NPV）：各期淨現金流量折現後的總和。
• 內部報酬率（IRR）：使淨現值恰等於零的折現率。
• 折現回收期間：累積折現淨現金流量轉為非負所需的時間。

本題詢問 DCF 的基本假設及運算步驟，作答重點是先交代評估前提，再依序說明現金流量的估算、折現與投資判斷。

基本假設

1. 評估期間明確 礦山具有可估計的建設期、生產期與閉礦期，並依年度或其他適當期間編列現金流量。

2. 現金流量可合理估計 各期產量、產品價格、回收率、營運成本、資本支出、稅費及閉礦復原成本等，可依地質資料、採礦計畫、選冶條件、工程設計與市場假設加以估算。

3. 各期金額與時點具有可比性 現金流量須按一致的幣值基礎與期間表示，並明確設定現金流量發生或期末折現的時點。若採名目價格，應配合名目折現率；若採實質價格，則配合實質折現率。

4. 折現率能代表資金時間價值與風險 折現率反映資金成本、投資者要求報酬及相關風險。通常在現金流量口徑與折現率口徑一致的前提下，對每期淨現金流量折現。

5. 評估邊界與經濟條件一致 須明確界定評估對象、成本及收益範圍，並使產量、價格、成本、稅務、融資及閉礦等假設彼此一致。基本 DCF 常以預估值進行單一情境分析；若要呈現變動風險，另以敏感度分析或情境分析處理。

解題方法與運算步驟

一、設定評估基準與期間

先確定評估基準日、預測期間、各期長度，以及現金流量採期初或期末發生的慣例。礦山專案通常須涵蓋建設、營運、閉礦及復原等階段。

二、建立各期收益與支出預測

依年度預估可銷售產品的數量與價格，計算營業收入；再估算採礦、選礦、運輸、管理等營運支出，以及開發、設備、土地、環境保護、稅費與閉礦復原等支出。

每期淨現金流量可概括表示為：

若評估的是專案整體經濟性，應以一致的專案現金流量口徑處理，不可將融資方式或融資現金流量與專案營運現金流量混用。

三、選定折現率

核心觀念

本題考查鄰近聚落的露天礦場如何在礦場設計與作業管理中，控制兩類主要衝擊：

1. 落石與坡面崩塌：可能危及礦場作業人員、運輸道路及聚落設施。
2. 爆破震動及伴隨效應：爆破地震波可能影響民房與設施；飛石、空氣衝擊波、噪音及粉塵也可能造成安全或環境問題。

解題時應依「調查與評估風險 → 設計預防措施 → 設置防護設施 → 監測與修正」的順序作答。題目沒有提供地質、距離、岩體參數、炸藥量或聚落建物條件，因此不需計算特定安全距離或震動值，應說明評估方法與可採工程對策。

法規以命題當年（民國 108 年）為準。可援引《礦場安全法》、《礦場安全法施行細則》及職業安全衛生相關規定，說明露天礦場須防止岩層、礦體或廢土石不安全崩塌及鬆石掉落，並依規定執行爆破安全管理。題目未要求引用單一法定震動限值，答題不宜自行假設所有建物適用同一數值。

解題方法

一、落石風險：先辨識來源，再控制落石路徑

落石風險評估應先調查採掘場及最終邊坡的岩性、節理與裂隙、風化程度、地下水、坡面幾何及既有落石紀錄。再判斷可能的破壞型態，例如岩塊沿節理面滑動、傾倒或坡面鬆石墜落，並確認落石可能影響的範圍，包括工作平台、礦區道路與聚落。

工程對策可分成下列層次：

• 源頭控制：移除表土與危險鬆石；採取分階段開挖，避免形成過陡或不穩定的坡面；依岩體條件設計階段高度、平台寬度及最終邊坡角；對局部不穩定岩體施作錨桿、岩栓、噴凝土或掛網等加固措施。
• 截斷落石路徑：在坡腳設置足夠寬度的安全平台、攔石溝或截石堤，並依預期落石規模與運動路徑設計；必要時於道路或設施上方設置防護棚、落石網或攔石柵。
• 排水與坡面管理：設置截水溝、排水溝及必要的地下排水，降低降雨入滲與水壓；定期清理溝渠及平台上的落石，避免阻塞或降低攔截容量。
• 檢查與警戒：定期巡查坡面，尤其在降雨、爆破或地震後檢查裂縫、浮石及坡腳堆積；對危險區域設置警示與管制，發現異常時停止該區作業並排除危害。

設計上不能只看坡面是否「看起來穩固」，還要確認落石被攔截後不會越過平台、攔石堤或防護網，並將長期風化及排水條件納入維護規劃。

二、爆破震動：以控制單段藥量與現場監測為主軸

爆破震動常以質點振動速度（PPV）評估，常見經驗式為：

其中，$R$ 為爆源至測點的距離，$W$ 為單段最大起爆藥量，$K$ 與 $n$ 為依岩盤、爆破條件及場址試爆資料求得的係數。

核心觀念

地下礦場通風設計的目的，是把足量新鮮空氣送到每一個有人作業或通行的場所，並將有害氣體、爆破煙塵、柴油機廢氣與粉塵稀釋、排出，同時調節坑內溫度與濕度。設計時須兼顧作業安全、通風效率、能源使用，以及排風對地表環境的影響。

法規部分以下以命題當年（民國 108 年）法規為準，主要參照《礦場安全法》及《礦場安全法施行細則》。施行細則規定，入風量應以坑內同時作業最多人數為基準，每人每分鐘至少供風 $3\text{ m}^3$；兼作內燃機車運輸的坑道，另按額定輸出馬力，每馬力每分鐘增加至少 $3\text{ m}^3$。各作業場所風量還應依作業人數、有害氣體發生量、自然發火可能性及坑內溫濕度調整；坑內一般作業場所風速不得超過每分鐘 $450\text{ m}$，專用風道不得超過每分鐘 $600\text{ m}$，作業場所溫度應維持在 $37^\circ\text{C}$ 以下。

解題方法：按「風路、風量、風壓、監控」說明設計

一、規劃完整、可控制的風路

地下礦場至少應有入風與出風通道，並以風道連通，形成方向明確的通風系統。新鮮風應先送往主要作業區，再經各採掘面及回風巷排出，避免污風循環回到入風側或短路流動。

設計配置時，應考量礦體位置、採掘順序、巷道與井筒配置、作業面推進方向及運輸動線；分區配置風門、風牆、調節風門等設施，將風量分配至各作業區。新開拓巷道或盲巷則以局部扇風機及風管送風或抽風，確保風流到達掘進面，並將爆破後污風導出。

二、依污染源與作業需求決定風量

先估算人員、柴油設備、爆破作業及礦體本身可能產生的熱量、粉塵與氣體，再依各作業區需求配置風量。法規最低人員風量可寫為：

其中 $Q_{\text{人員}}$ 的單位為 $\text{m}^3/\text{min}$，$N$ 為坑內同時作業最多人數。若坑道兼供內燃機車運輸，則應再依機車額定馬力增加法定風量。實際設計還須檢核柴油廢氣、爆破煙氣、瓦斯或其他有害氣體的稀釋排除需求；設計值應滿足各項需求中的較大者，而非只採人員最低風量。

風量與風速及巷道有效斷面積的關係為：

其中 $Q$ 為風量、$A$ 為有效斷面積、$v$ 為平均風速。計算結果須同時符合各作業區的供風需求及法定風速限制。

三、計算通風阻力並選擇風機

核心觀念

本題考查逆向層狀礦床的露天石礦設計。逆向層狀構造是指礦層傾向山體內側，與地表坡向相反。設計時要利用山坡出露面縮短剝除量，同時避免沿礦層底板掏採，形成懸空或順層滑動的危險邊坡。

石礦宜採用山坡式露天階段開採法，以分層台階逐階回採。由於圖中未標示礦層傾角、岩體節理、台階尺寸與道路位置的精確資料，無法據此計算坡角或台階高度；以下依題示逆向層狀構造及圖示山坡地形，說明設計原則。

解題方法與開採順序

1. **由山坡礦層出露處開拓。**先查明礦層露頭、厚度、傾向及覆蓋層分布，配合圖示既有道路選擇開口位置。優先利用露頭接近地表的區段，可減少初期剝離量，並使礦石與廢石運輸路線較短。

2. **先剝頂、後採礦，分層形成台階。**清除覆蓋層與風化鬆動岩石，建立由上而下的工作台階。上部台階先開採，下部台階依序跟進；不得先挖低處而掏空上方礦體或坡腳，以免造成上方岩層失去支撐。

3. **工作面沿礦層延伸方向推進，分階段向山體內回採。**配合礦層出露及等高線形狀布置工作面，使採場邊界貼近可採礦體，減少無效剝離。每一階段保留足夠作業平台與運輸通道，並讓上下台階保持合理超前關係，避免形成高陡、連續的裸露工作幫。

4. **逐步轉為終了邊坡。**採至設計境界時，按終了邊坡角修整台階坡面，保留安全平台及必要的邊坡保護帶；不為追採零星礦石而破壞最終邊坡穩定。

安全與經濟考量