109 專技高考高等考試 礦業安全技師 礦場通風與排水 考古題詳解

**核心觀念：**入滲是地表水進入土壤或岩層孔隙、裂隙中的過程。降雨或地表逕流接觸地面後，部分水分向下滲入地層；未能入滲的部分則可能形成地表逕流。入滲是影響礦區地下水補注、礦坑湧水量及排水設計的重要水文現象。

入滲量受土壤或岩層的孔隙與裂隙、地表覆蓋、含水狀態、降雨強度及坡度等因素影響。通常地層越疏鬆、裂隙越發達，入滲能力越大；地層已接近飽和時，入滲能力則會降低。

**解題方法：**以「水由地表進入地層」作為定義核心，並與地表逕流區別。入滲描述的是水進入地層的過程；地表逕流則是未入滲而沿地表流動的水。

**解題技巧：**作答時明確寫出水的移動方向為「由地表進入土壤或岩層」，即可避免與地下水流動或地表逕流混淆。

（二）相對濕度（relative humidity）

**核心觀念：**相對濕度是空氣中實際水蒸氣含量與同一溫度下飽和水蒸氣含量的比值，通常以百分率表示。常用水蒸氣分壓表示為：

其中，$\phi$ 為相對濕度，$e$ 為空氣中水蒸氣的實際分壓，$e_s$ 為該溫度下水蒸氣的飽和分壓。亦可用實際含濕量與同溫度下飽和含濕量之比表示。

**解題方法：**抓住「同一溫度下，實際水蒸氣含量相對於飽和含量」這項比較基準。相對濕度達 $100\%$ 時，空氣已達飽和；若溫度不變而增加水蒸氣，超出的部分會凝結。

核心觀念

入滲是水由地表進入土壤或岩層孔隙中的過程；單位時間內進入土中的水深稱為入滲率，土壤在特定條件下所能容納的最大入滲率稱為入滲能力。降雨強度低於入滲能力時，降雨通常可全部入滲；降雨強度超過入滲能力時，多餘的水會滯留地表並形成逕流。

本題考查影響入滲的水文與地表條件，作答時可分成土壤性質、先前含水狀態、降雨特性、地表覆蓋與地形等類別說明。

解題方法

依「水能否進入土壤、土壤還能容納多少水、地表水有多少時間接觸土壤」三個方向分類，逐項說明因素對入滲的影響：

1. 土壤質地與構造：砂質土孔隙較大、滲透性通常較佳，入滲較快；黏土孔隙細小，或土壤結構緊密時，入滲較慢。土壤孔隙率、滲透係數及表層結皮或壓實程度，也會影響水進入土層的速度。
2. 先前土壤含水量：乾燥土壤尚有較多孔隙可供水分進入，通常初期入滲較快；土壤已濕潤或接近飽和時，可容納的水量減少，入滲能力降低。
3. 降雨特性：降雨強度與延時會影響入滲。當雨強超過入滲能力時，超出的部分形成地表逕流；降雨持續一段時間後，土壤逐漸濕潤，入滲率通常會下降並趨於穩定。降雨總量也會影響土壤濕潤程度與後續入滲。

核心觀念

本題考查施工期的排水防災規劃與現場管理：施工前須掌握地表水與地下水的來源、可能流路及排水出口；施工中則要維持排水設施暢通、控制積水與滲水，並在異常發生時及時警戒、撤離與處置。答題應以「調查與規劃、截排水設施、施工管理、監測與應變」分層說明。

本題未指定特定工程型式，以下按礦場施工期的一般排水防災原則作答。題目未要求援引特定法條或公式，重點在措施是否完整且可執行；若涉及法規，應以命題當年（民國 109 年）法規為準。

解題方法

以施工前、中、後的防災流程組織答案，並兼顧地表水與地下水：

1. 施工前掌握水情與風險：調查地形、地質、含水層、地下水位、地表水系、歷史淹水及暴雨條件，辨識湧水、滲漏、突水、積水與邊坡沖刷等風險。依施工區域與排水出口規劃排水路線、排水能力及備援方案。
2. 先截水，再導排與抽排：在施工面外圍設截水溝、排水溝及集水設施，避免外水流入；工作面、低窪處或地下作業區設集水坑與抽水設備，並確保排水出口安全、暢通。
3. 施工中維持設施效能：分期施工、保留必要排水通道，定期清除淤積與障礙；對可能湧水或滲水處採取止水、導水及支護措施，避免水壓升高造成坍塌或突水。
4. 監測、警戒與應變：持續觀測雨量、水位、湧水量、排水量及設備運轉情形；訂定警戒值、通報程序、停工與撤離條件，並備妥備用泵浦、電源及必要器材。

主要可行的排水防災措施

一、施工前調查與排水計畫

• 調查地形高程、地表集水範圍、河川與溝渠位置、地下水位、含水層及可能導水構造，並參考歷年降雨與淹水資料。
• 依施工方法、施工進度及可能湧水量，規劃截水、導水、集水、抽排與排放系統，明確標示排水方向、出口及責任分工。
• 評估暴雨、停電、泵浦故障、排水溝堵塞等情境，準備備援設備與替代排水路線。
• 施工範圍或工法變更時，重新檢討排水能力與風險，不使新增工作面阻斷既有排水路徑。

二、地表水截流、導排與防止倒灌

• 在施工區上方或外圍設置截水溝、導水溝及必要的攔水設施，將坡面逕流導離工作面。
• 工作面、道路、坑口及低窪處設排水溝、集水井或集水坑，避免雨水與施工用水滯留。
• 排水溝應保持足夠通水斷面並定期清淤；排放口應有適當防沖刷措施，避免水流沖蝕坡腳或引發邊坡失穩。

核心觀念

本題考《礦場安全法施行細則》第 70 條所定的坑內氣體安全標準。適用範圍包括坑內作業場所及通行場所；作答時須列明四種氣體的限值，並補充主要出風坑的甲烷限值與超標處置。

**以命題當年（民國 109 年）法規為準。**本題所列第 70 條標準與現行條文相同；現行法未修正本題所考的氣體限值。

解題方法

按法條逐項列出濃度上限或下限，並注意甲烷另有主要出風坑的特別標準：

核心觀念

本題考通風網路中的風壓、風量與風阻關係，以及片道串聯時的等效風阻。採用礦場通風常用的平方定律：

其中 $p$ 為風壓差或克服風阻所需的壓力，$Q$ 為風量，$R$ 為風阻。此式表示在風阻固定時，風量增加，所需風壓會按風量平方增加。

解題方法

（一）風壓、風量與風阻的關係

依平方定律：

移項可得：

因此，固定風量時，風阻越大，所需風壓越大；固定風阻時，風量與風壓平方根成正比。

（二）串聯片道的風壓與風阻關係

圖示為三段片道串聯，風量依序流經 $R_1$、$R_2$、$R_3$。串聯片道中各段風量相同，因此每段皆為 $Q$：

核心觀念

飽和蒸氣壓是指：在一定溫度下，液體與其蒸氣達到動態平衡時，蒸氣所具有的壓力。此時液體表面每單位時間汽化的分子數，等於凝結回液體的分子數。飽和蒸氣壓是該物質與溫度的性質，對純物質而言，不因液體量或容器大小改變。

解題方法

回答時先說明飽和蒸氣壓的定義，再說明其與溫度的變化關係：**溫度升高，飽和蒸氣壓增大；溫度降低，飽和蒸氣壓減小。**原因是溫度上升時，液體分子的平均動能增加，具有足夠能量脫離液面的分子變多，氣相分子數增加，因而達到平衡時的蒸氣壓較高。

此關係不是線性關係；溫度愈高，飽和蒸氣壓通常上升得愈快。液體的飽和蒸氣壓升至外界總壓力時，液體便可在該溫度下沸騰。因此，外界壓力降低時，沸點也降低。

定量描述時，可用 Clausius–Clapeyron 近似式：

核心觀念

自然通風是利用進風井與回風井之間的空氣密度差，形成自然通風壓力，使空氣在礦井通風網路中流動。密度差主要來自井內外的溫度差，也會受氣壓、濕度及海拔等因素影響。

簡化假設下，自然通風壓力可表示為：

其中，$g$ 為重力加速度、$H$ 為有效垂直高度，$\rho_{\mathrm{外}}$ 與 $\rho_{\mathrm{內}}$ 分別為外界及井內空氣密度。自然通風壓力愈大，愈能推動風流；實際風量仍須依通風網路阻力計算。若以等效阻力 $R$ 表示，且風流呈紊流，可用下式概估：

自然通風的節能減碳效益，來自減少主扇及輔助風機所需的電力，進而降低用電相關的碳排放。

解題方法

本題是申論題，作答應依「原理、布置、操作、效益與安全」說明，不能只寫「利用溫差通風」。自然通風能否有效運作，取決於井內外密度差、有效高度，以及進回風路徑與通風阻力。

1. 掌握自然通風方向與強度 依不同季節、時段的井內外溫度及空氣密度，評估自然通風壓力的大小與方向。進風井與回風井間的有效高度愈大，密度差所形成的自然通風壓力通常愈明顯。自然通風方向可能隨季節改變，因此需先確認各時期的風流方向，避免工作面風流倒轉或污染風流回流。

2. 改善進回風系統與通風網路 維持進風與回風路徑完整，減少漏風及不必要的局部阻力；妥善管理風門、密閉、調節設施與風道，讓自然通風壓力能有效送達需要通風的區域。通風網路的配置應讓新鮮風流供應作業區，並使污濁風流順利排出。

核心觀念

「輔助通風」是指主通風系統已將新鮮風流送到礦區，但掘進工作面、盲巷、採掘面或其他局部場所仍無法獲得足夠風量時，利用補助扇風機、局部扇風機及風管，把新鮮空氣送入局部作業區，並使污濁回風排至回風路的通風方式。

本題重點是說明輔助通風的適用目的、通風方式及安全設置原則。答題時應特別掌握：局部扇風機應使新鮮風流通過工作面，不能只在局部攪拌空氣，也不能使回風循環回到工作面或入風側。

**法規基準：以命題當年（民國 109 年）法規為準。**主要法源為《礦場安全法》及《礦場安全法施行細則》地下礦場通風相關規定。現行法規其後已有修正，作答本題仍依 109 年規定說明。

解題方法

本題為申論題，宜依「目的與適用場合 → 通風方法 → 設置與操作原則 → 監測管理」的順序作答。如此可同時說明工程上的方法，以及法規要求的安全條件。

一、輔助通風的目的與適用場合

輔助通風主要用於主通風風流不易直接到達的局部作業場所，例如掘進中的巷道、盲巷、昇樓或局部採掘面。其目的包括：

• 將足量新鮮空氣送達工作面。
• 稀釋並排除甲烷、爆破煙氣、粉塵及其他有害氣體。
• 改善工作面溫度、濕度及作業環境。
• 使工作面污濁空氣沿預定回風路排出，避免回流污染入風。

二、常見輔助通風方法

1. 壓入式通風 局部扇風機設於新鮮入風側，將新鮮空氣經風管送至工作面；工作面污濁空氣則由巷道空間返回回風路。此法設備配置直接，能將新鮮風送近工作面，常用於掘進工作面。

2. 抽出式通風 局部扇風機抽取工作面附近的污濁空氣，經風管排至回風側；新鮮空氣由巷道自然補入工作面。此法可直接抽除工作面附近的污濁氣體，但須妥善配置風管及排風路線，避免抽出的污濁空氣影響入風。

3. 混合式通風 同時使用壓入與抽出設備，形成送風與排風的配合。適用於單一方式不易達成所需換氣效果的局部區域；設備與風管配置須避免送風、排風短路或造成污濁空氣再循環。

三、設置與操作原則