113 專技高考高等考試 礦業安全技師 採礦學 考古題詳解

核心觀念

本題考查無人機（UAV）如何把空中影像與感測資料，轉化為礦場的測量、開採管理、安全監控及環境管理資訊。答題時可依「取得資料—分析變化—支援決策」的流程說明，並以露天礦場的應用為主，再補充地下礦場的適用情境。

無人機可搭載可見光相機、多光譜或熱影像相機、LiDAR 等感測器。以重疊空拍影像進行攝影測量與影像配對，可產製正射影像、數值地形模型、三維模型及點雲；LiDAR 則以雷射測距取得地表點雲，適用於需要高密度三維地形資料的測量工作。將不同時間取得的資料配準、比較，可辨識地形與設施的變化。

解題方法與應用面

作答宜從礦場管理工作的需求切入，逐項說明無人機能取得何種資料，以及資料如何用於管理。

1. 地形測量與開採進度管理 定期航拍露天礦場，建立採場、工作平台、運搬道路、排土場及尾礦設施的正射影像與三維地形模型。將不同日期的模型比較，可掌握採掘面、剝除區及排土區的變化，供開採計畫、施工進度與現場管理參考。

2. 礦石、覆土及堆置量估算 由三維模型計算礦石堆、廢石堆或覆土堆的體積，協助盤點、運輸規劃及生產管理。基本概念是建立堆置物表面與基準面的高程差，再加總各網格的體積：

$V \approx \sum_{i=1}^{n} A_i \,\Delta h_i$

其中 $A_i$ 為第 $i$ 個網格面積，$\Delta h_i$ 為該網格表面相對基準面的平均高差。體積估算品質會受到航測解析度、地表遮蔽、模型精度及基準面設定影響。

3. 邊坡與地質安全監測 對露天採場邊坡、排土場及尾礦設施進行重複航測，辨識崩落、裂縫、沖蝕或地形位移的變化。影像也可用於判讀岩盤節理、斷層及坡面狀況，協助安排現場巡查與風險評估。若要判斷位移，須以不同時期資料進行可靠的座標配準與變化分析；無人機資料可支援監測，但仍須配合地面測量、地質調查及必要的儀器監測。

核心觀念

坑室礦柱法（Stope and Pillar Mining）是地下採礦法的一種，常用於礦體厚度較大、近水平或緩傾斜，且頂板與礦體具有足夠穩定性的原料石礦床。採礦時將礦體分割成採掘空間（坑室）與保留礦石（礦柱）：坑室用於採出礦石，礦柱則支承頂板與上覆岩層，並維持採區穩定。

本題分兩部分作答：先交代由地表進入礦體、建立運搬與通風系統，再說明各工作面的循環採礦作業。礦柱尺寸、採區配置與運搬方式須依礦床條件及採礦設計決定，題目未提供相關數據，無須計算特定尺寸或產能。

解題方法

作答時依「開拓順序」與「工作面循環」分段，並以礦石及人員設備的運搬路線串聯開拓步驟；循環則按「鑽孔、裝藥爆破、通風、撬除浮石、裝載運搬、支護與準備下一循環」說明。這樣可清楚區分礦場層級的開拓工程與工作面每日反覆進行的採掘作業。

開拓順序（Sequence of Development）

1. 選定開拓方式與主運搬位置 依地形、礦體埋藏深度、厚度與傾角，選定斜坡道、豎井或平硐等主要通道，並規劃主運搬巷道、採區位置及礦石運出路線。近水平或緩傾斜礦體常以斜坡道供人員、設備與車輛進出。

2. 掘進主要開拓巷道 由地表開口掘進主通道，抵達礦體所在標高，再掘進主運搬巷道及必要的聯絡巷道。巷道布置須兼顧運搬、通風、排水與安全逃生。

3. 建立採區與運搬系統 自主運搬巷道向礦體掘進採區巷道、聯絡巷道及工作面通道，並按礦體條件規劃坑室、礦柱的排列。運搬系統可採軌道車、卡車、鏟運機或輸送設備，將工作面礦石送往溜井、礦石倉或主運搬巷道，再運至地表。

4. 完成通風、排水與安全設施 建立進風與回風通道，使新鮮空氣可送達工作面，爆破煙塵與有害氣體能排出；並設置排水、照明、通訊及必要的支護與避難設施。採區具備安全通風及運搬條件後，方進入正式採掘。

5. 開切坑室並按序採進 由採區巷道開切坑室，按設計方向逐步採出礦石，保留規劃中的礦柱。坑室與礦柱的尺寸及間距須能承受頂板荷重，並配合地質條件、採礦設備與採出率要求。

核心觀念

本題考查露天礦場爆破的環境衝擊控制，應依「爆破源頭控制、傳播途徑減量、受體防護、監測回饋」的順序，分別說明飛石、噪音、震動與粉塵的防治措施。作答時要指出，爆破危害的大小與裝藥量、孔位與起爆順序、覆土與堵塞品質、地形地質、氣象及周邊受體位置有關，必須依現場條件擬定爆破計畫並持續調整。

涉及法規時，以命題當年（民國 113 年）法規為準。可援引《事業用爆炸物管理條例》及《職業安全衛生設施規則》的爆破作業安全要求；後者要求勞工無法退避至安全距離時，設置足以防止飛石危害的堅固避難設施。實際適用條文及現行法規內容應依命題年度版本判讀。

解題方法

以四種環境衝擊逐項作答，每一項先交代主要成因，再列出源頭控制、現場防護與監測措施。最後補充共同管理措施，讓答案涵蓋爆破前規劃、爆破中警戒及爆破後檢查。

一、飛石防治

飛石常因抵抗線不足或不均、裝藥量過大、堵塞長度不足、孔口堵塞不實、岩盤裂隙或自由面條件判斷不良而產生。

1. 改善鑽孔與爆破設計：調查岩層、節理、裂隙及自由面狀況，合理選擇孔距、排距、抵抗線、孔深與裝藥量；避免局部抵抗線過小、裝藥集中或單位炸藥量過高。
2. 確實堵塞炮孔：依炮孔條件採用足夠的堵塞長度與適當材料，分層填實，避免堵塞不足或鬆散，使爆炸氣體從孔口過早逸出並帶出岩塊。
3. 控制起爆方式與裝藥結構：採分段起爆、適當延時與分散裝藥，避免同時起爆藥量過大或能量過度集中。
4. 覆蓋與隔離：在高風險孔區使用爆破覆蓋網、砂袋或其他適當防護材料；爆破前清除或固定可能飛散的鬆動岩塊。
5. 設警戒區並清場：依爆破設計及現場風險劃定警戒範圍，設警戒人員、警示標誌與音響信號；起爆前確認人員及機具撤離至安全位置。爆破後由指定人員檢查飛石、浮石、龜裂及未爆藥，確認安全後才恢復作業。

二、噪音防治

爆破噪音主要來自爆炸氣體快速膨脹所形成的空氣超壓，也可能受孔口逸氣、地形反射、氣象及起爆規模影響。

1. 從爆破設計減量：降低單次起爆規模與單段最大裝藥量，採分段、延時起爆，並改善堵塞，減少爆炸氣體直接由孔口逸出。
2. 選擇適當作業時段：配合居民作息、學校或醫療機構等敏感受體，公告爆破時間並避免不利時段；事先設置通報與聯絡機制。
3. 利用地形及設施阻隔：在可行範圍內利用採場地形、土堤或其他屏障降低噪音傳播，並避免爆破面直接朝向敏感受體。
4. 監測與改善：在礦界或敏感受體附近量測噪音，記錄爆破時間與現場條件；依結果調整單次起爆量、延時及作業時段。

三、震動防治

爆破震動由岩體內傳播的地震波造成，可能影響鄰近建物、設備與邊坡穩定。控制核心是降低每一延時段實際起爆的最大藥量，並依場址條件建立安全爆破參數。

常用的經驗式概念為：

核心觀念

本題在考露天礦場如何把地質資料、經濟條件、工程限制與生產目標整合進電腦程式，完成「資源評估—礦坑設計—生產排程—成本收益分析—現場回饋」的規劃流程。電腦程式的功能不只是繪製三維圖形，也包括建立模型、計算可採礦量、比較方案、最佳化排程與追蹤實際生產。

規劃時常用的基本量包括：

• 區塊模型：將礦體及其周圍岩體切分為規則或不規則的小區塊，每一區塊記錄位置、體積、密度、品位、岩性及其他工程或經濟屬性。
• 剝採比：移除廢石量與採出礦石量的比值。若使用質量計算，則 $\text{剝採比}=\frac{\text{廢石量}}{\text{礦石量}}$ 剝採比可用來比較開採方案是否符合經濟與設備能力。
• 淨現值（NPV）：將各期現金流折算至同一基準時點後加總： $\text{NPV}=\sum_{t=1}^{T}\frac{R_t-C_t}{(1+i)^t}$ 其中 $R_t$ 為第 $t$ 期收入，$C_t$ 為第 $t$ 期成本，$i$ 為折現率，$T$ 為規劃期間。
• 採礦與處理限制：包括各期採礦量上限、選礦廠處理能力、礦石品位或金屬量要求、設備產能、運輸能力、邊坡穩定條件及採礦先後關係。

解題方法

答題宜依照礦山由資料建置到生產執行的順序說明，並指出程式如何將各階段的成果互相銜接。

一、蒐集資料並建立地質資料庫

先彙整鑽孔位置、孔深、岩心編錄、化驗品位、地形測量、岩性、斷層與水文地質等資料。程式將資料匯入資料庫，進行座標統一、資料檢核與三維視覺化。

地質統計或地質建模程式可依鑽孔資料建立礦體界線、品位分布及岩性模型；再將礦區切分成區塊，建立區塊模型。每一區塊可記錄品位、密度、礦石或廢石分類、回收率及成本參數，作為後續資源量估算與設計輸入。

二、估算資源量並進行經濟評價

程式依區塊的體積、密度及品位，計算各區塊的噸位與含礦金屬量。例如，區塊噸位可由下式估算：

$\text{區塊噸位}=\text{區塊體積}\times\text{岩石密度}$

再依礦產品價格、回收率、處理與採礦成本、運輸成本及權利金等條件，估算各區塊的經濟價值。規劃人員可依經濟條件設定邊界品位，並比較不同價格、成本與回收率假設下的礦石量、廢石量及預期收益。

三、進行最終境界分析與露天礦坑設計

露天礦坑設計程式可依區塊價值與邊坡角度等條件，分析可能的坑壁範圍與開採順序，找出具經濟效益的最終礦坑境界。此階段需把地質模型與經濟模型結合，並納入安全邊坡角、地形、水文、地表設施及法定或環境限制。

最終境界選定後，使用三維礦山設計程式設計台階、工作平台、運輸道路、出入坑道口、排土場、堆置場及排水設施。設計時須檢核台階高度、平台寬度、道路寬度與坡度、轉彎半徑、邊坡角和安全緩衝空間。程式可將設計面與區塊模型疊合，計算各階段可採礦石量、廢石量、平均品位及剝採比。

核心觀念

本題比較全斷面隧道鑽掘機（Tunnel Boring Machine, TBM）與傳統鑽炸法（drill-and-blast）的施工特性。作答宜從施工原理、地質與斷面適應性、施工效率、成本、開挖品質及安全環境等面向比較。TBM 以機械刀具連續破岩並同步支撐或襯砌；鑽炸法則以鑽孔、裝藥、爆破、通風排煙、出渣及支撐等循環作業開挖。

解題方法

採「施工方式特性 → 對應優缺點」逐項比較，並說明優缺點成立的條件。TBM 的高效率與經濟性主要建立在長距離、地質較穩定及斷面規格固定等條件；鑽炸法的優勢則在於彈性較大，能適應多變地質、短隧道與非標準斷面。

TBM 施工

優點

• **連續開挖、進度穩定：**機具可連續切削岩盤，減少鑽孔、裝藥、爆破、排煙等循環等待時間；長隧道通常可取得較高且穩定的施工速率。
• **開挖斷面整齊：**機械切削可控制輪廓，超挖與欠挖較少，能減少混凝土襯砌及修整工程量。
• **施工安全與環境較佳：**作業人員可在機體及其後方設備保護下作業，減少直接暴露於掌子面及爆破危險的時間；噪音、振動與爆破飛石也較少。
• **適合長距離、固定斷面隧道：**隧道長度足以攤提設備與組裝成本、地質條件適合機具掘進時，單位開挖成本可降低。

缺點

• **初期投資高、準備時間長：**TBM 製造、運輸、組裝及拆卸成本高，機具訂製與進場也需時間；短隧道往往難以攤平固定成本。
• **對地質及斷面變化的適應性較差：**遇到斷層破碎帶、湧水、軟弱地層或岩性突然改變時，掘進與支撐可能受阻，處理困難且停機成本高。全斷面機具的開挖直徑與形狀也不易隨工程需求調整。
• **施工彈性受機具限制：**路線、坡度及曲線半徑須配合機具能力；遭遇障礙或需改變斷面時，處理不易。