113 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

本題考查礦床探勘、礦山經濟評估、岩體力學與特殊採礦法的基本名詞。作答時應說明各方法或指標的物理原理、主要用途及關鍵特徵，避免只將英文直譯成中文。

解題方法

（一）Magnetic Prospecting（磁力探勘）

磁力探勘是量測地球磁場在不同位置的強度與方向，分析地下岩石或礦體磁性差異，以推估地質構造及礦體分布的地球物理探勘方法。

岩石的磁性主要來自含磁鐵礦等磁性礦物，磁性岩體會造成局部磁場異常。探勘時可由地面、航空或船舶搭載磁力儀測量，將觀測值校正後製成磁力異常圖，再配合地質與其他物探資料判釋。

常用於尋找磁鐵礦及其他磁性礦床、描繪基盤起伏、火成岩體與斷層等構造。磁力異常只能指出地下磁性分布的差異，不能單獨直接證明有經濟可採礦體，仍須鑽探或其他方法驗證。

（二）Seismic Prospecting（地震探勘）

地震探勘是利用人工震源產生彈性波，量測波在地下傳播、反射或折射後抵達地表的時間與波形，據以推估地下地層界面、構造及岩體性質的地球物理探勘方法。

地下介質的波速與密度不同，地震波經過界面時會發生反射、折射或透射。依主要分析方式可分為：

• 折射法：利用折射波走時推估地層波速及界面深度，適用於調查較淺層地質與基盤。
• 反射法：分析反射波的走時與振幅，以描繪地下界面及構造，常用於深部地層調查。

地震探勘能協助判定地層厚度、斷層、褶皺、岩體界面及地下空間條件；其判釋結果受地下構造、波速變化及資料處理影響，通常須配合鑽孔與地質資料驗證。

（三）Internal Rate of Return（內部報酬率，IRR）

內部報酬率是使一項投資計畫的淨現值等於零時的折現率，代表該計畫預期現金流量所隱含的報酬率。

若初始投資為 $I_0$，第 $t$ 年淨現金流量為 $CF_t$，計畫期間為 $n$ 年，則 IRR 為滿足下式的折現率 $r$：

判斷時，通常將 IRR 與最低可接受報酬率或資金成本比較：若 IRR 高於門檻，計畫在該標準下具有接受的經濟性；若低於門檻，則不符合要求。礦山評估須將開發投資、營運成本、產量、價格、稅費及閉礦等現金流量納入分析。

核心觀念

本題考查臺灣原料石類礦場採用露天開採時，階段（bench）的幾何設計與作業安全要求。法規依據為《露天礦場採掘面及殘壁安全規範》，該規範依《礦場安全法施行細則》第 152 條第 2 項訂定。

以命題當年（民國 113 年）法規為準：原料石類礦場的階段高度上限為 15 公尺，採掘面斜度上限為 75 度；階段平台寬度則依平台上的作業機具與車輛通行需求而異。

解題方法

依序辨認題目所問的三項設計參數：階段高度、平台寬度及採掘面斜度，再分別套用原料石類礦場的規定。平台寬度不是固定單一數值，須按作業方式區分：

核心觀念

本題考「可行性評估完成後，如何把露天礦山從紙上規劃轉為可施工、可安全生產的礦場」。作答應依序交代：核定與用地、詳細設計、施工準備、礦場開拓、試運轉與投產，並把環境、水土保持及安全措施納入各階段。

以命題當年（民國113年）法規為準。相關法源包括《礦業法》、《環境影響評估法》、《水土保持法》及《礦場安全法》。修正後《礦業法》於民國112年修正，增列礦業用地審核、礦場環境維護及關閉計畫等規定；本題重點仍是說明開發作業流程。

解題方法

可用「先核准與取得條件，再完成工程設計，接著建置生產系統，最後試車投產」作答。每一階段都說明其目的與主要工作，並指出各項工作須依核定計畫銜接，便能兼顧工程完整性與法規要求。

礦山開發作業

一、確認開發條件與取得核准

1. 確認礦業權及礦業用地：依可行性評估結果確認礦區範圍、開採量、採掘深度與最終高程，辦理礦業用地核定及土地使用權取得；涉及私有土地、公有土地或原住民族土地者，依相關規定辦理同意、協議或諮商程序。
2. 辦理環境與土地相關程序：依規定完成環境影響評估、水土保持計畫及其他必要審查，並提出礦場環境維護與關閉計畫。核定後的設計及施工須符合審查結論與相關計畫。
3. 核定施工與開工文件：完成開採及施工計畫書圖、年度施工計畫書圖等文件，依法簽證及申報。依《礦業法》第六十六條，礦業權者須提出開工申報及相關資料，經查核准予開工並取得礦場登記證後，始得開工。

二、完成詳細設計與施工規劃

1. 採場設計：依礦體形狀、地形地質、岩體條件、採礦方法及設備能力，設計開採順序、工作平台、階段高度與寬度、採掘面坡度、最終邊坡及安全平台，並規劃分期開採。
2. 開拓與運輸設計：規劃主要進場道路、礦場內運搬道路、坡道及迴車場，檢核道路坡度、轉彎半徑、路面承載力與運輸量，配置卡車、裝載機、挖掘機、鑽機等設備。
3. 剝離與排棄規劃：估算表土、覆土及廢石剝離量，規劃暫存區、廢石場與排棄順序；可利用的表土應妥善保存，供後續整復及植生使用。
4. 建置生產及支援設施：規劃破碎、篩分或選礦設施，以及供電、供水、通訊、維修、倉儲、辦公與人員設施；依生產規模及產品需求配置。
5. 水與環境工程設計：規劃截水溝、排水溝、沉砂池、滯洪或處理設施，控制地表逕流與礦場排水；同步規劃粉塵、噪音、振動、廢水及廢棄物管理措施。

核心觀念

礦山開採投資風險分析，是在礦山可行性評估的現金流模型中，辨識影響投資價值的不確定因素，評估其發生機率與損失程度，並據以判斷計畫的獲利能力、資金需求與風險承受程度。礦山投資期長、初期資本支出大，且礦體資料、金屬價格、工程成本及政策環境均有不確定性，因此不能只依單一假設下的淨現值作成投資決策。

基本經濟指標包括：

其中 $CF_t$ 為第 $t$ 年稅後淨現金流量，$r$ 為折現率，$n$ 為礦山服務年限。通常 $NPV>0$ 表示計畫在所採折現率下具有經濟價值；內部報酬率 $IRR$ 為使 $NPV=0$ 的折現率。風險分析的重點，是檢驗價格、產量、回收率、成本、工期等變數變動時，$NPV$、$IRR$ 及資金需求如何改變。

風險項目辨識

礦山投資風險可按來源分為下列幾類：

1. 地質與資源量風險：礦體形狀、厚度、延伸、品位、礦石性質及資源量估計可能與實際不符；鑽探密度不足也會造成礦量與品位的不確定性。
2. 採礦與工程風險：採礦方法、採礦損失與貧化率、邊坡或坑道穩定、排水、通風、設備可用率、基礎設施與施工進度均可能影響產量及成本。
3. 選礦與冶金風險：選礦回收率、精礦品質、冶煉條件、處理能力及尾礦管理不如預期時，會降低可銷售產品與收入。
4. 市場與財務風險：礦產品價格、匯率、利率、通膨、運輸費、能源價格及融資條件變動，均會改變現金流與資金成本。
5. 法律、政策與社會風險：礦權、許可、稅費、環保規範、土地取得、原住民族或地方社群關係，以及政治或治安狀況，可能造成延誤、追加成本或停產。
6. 環境與閉礦風險：污染防治、尾礦設施、復育、閉礦及長期監測成本可能增加，也可能因事故或未達規範而產生重大損失。
7. 營運與管理風險：人力、供應鏈、承包商、設備故障、職安事故及管理能力不足，會影響生產績效與營運連續性。

解題方法：由辨識、量化到因應

一、建立基準現金流模型

先依可行性評估資料，建立礦山生命週期的產量、收入、資本支出、營運成本、稅費、復育與閉礦支出等年度現金流，計算基準情境下的 $NPV$、$IRR$、回收期間及資金需求。模型應說明資源量與品位、回收率、礦產品價格、產量、成本、工期及折現率等假設。

二、進行敏感度分析

每次只改變一項關鍵變數，其餘維持基準值，觀察 $NPV$ 或 $IRR$ 的變化。常測變數包括礦產品價格、頭品位、回收率、產量、資本支出、營運成本、投產時程及折現率。

核心觀念

本題考查露天礦場的礦石運輸系統選擇，以及各種運輸設備在運量、距離、地形適應性、投資與營運上的取捨。常見方式包括卡車運輸、火車運輸、輸送帶運輸，以及卡車搭配輸送帶或鐵路等聯合運輸。

運輸方式沒有固定的優劣排序，須依礦場規模、運距、運量、地形與高差、礦體開採年限、道路或軌道建置條件，以及設備維護能力綜合評估。

解題方法

可依下列面向比較各方式：

1. 彈性與適應性：運輸路線能否配合採場推進而調整，能否適應彎道、坡度與地形變化。
2. 運量與效率：單位時間可運送的礦石量，以及長距離、大運量運輸時的能源與人力效率。
3. 建置與營運成本：初期設備及道路、軌道、輸送設施的投資，與後續燃料、維護及人力需求。
4. 可靠性與作業限制：對天候、故障、交通壅塞及系統中斷的敏感程度。
5. 礦場生命週期：路線或設備是否能隨採場延伸，固定設施的投資能否在礦場年限內回收。

各運輸方式優缺點

一、卡車運輸

優點

• 機動性高、路線彈性大：道路可隨採場推進調整，適合分散採掘面及開採階段變化大的礦場。
• 建置期短：通常只需整備運輸道路並配置車隊，不必先建置完整軌道或長距離固定輸送設備。
• 適應性佳：可在不同採掘區與卸載點間調度，也容易配合礦場擴建或變更運輸路線。
• 便於分期投資：可依產量逐步增加車輛，初期資本投入較容易控制。

缺點

• 大運量、長距離運輸時成本較高：燃料、輪胎、維修及駕駛人力需求大，單位運輸成本通常隨運距增加而上升。
• 受道路條件影響：道路坡度、路面狀況、彎道與天候會影響行車速度、載重及安全。
• 交通與調度負荷較大：車輛數量增加時，需妥善安排車流、裝載與卸載，否則容易出現等候與壅塞。
• 排放與安全管理需求高：柴油車輛會產生廢氣與噪音；車輛交會、制動及邊坡道路行駛也須嚴格管理。

二、火車運輸

優點

• 適合大量、長距離運輸：列車可一次運送大量礦石，運輸效率高，單位運量所需的人力相對較少。
• 能耗與單位運輸成本較低：在運量穩定、路線固定且運距較長時，通常比以大量卡車運輸更具經濟性。
• 運輸能力穩定：依固定軌道與排程運行，適合連接主要採區、堆置場、選礦廠或外運端點。

缺點

• 固定路線限制大：軌道不易隨採場快速變動，採場推進後可能需要延伸或改建軌道。
• 初期投資高、建置時間長：須建設軌道、車站、裝卸及調度設施，並配置機車與車輛。
• 對地形與坡度要求較嚴：路線縱坡、曲線及地基條件會限制軌道配置，遇到地形障礙時工程成本可能增加。
• 彈性與直接服務能力較低：列車須依軌道行駛，通常仍需由卡車或其他設備將礦石運至裝車點。
• 局部故障影響範圍較大：軌道、號誌或主要裝卸設施發生故障時，可能影響整條運輸線的運作。

三、輸送帶運輸

優點