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高考申論題 105年 [採礦工程] 礦山評估與礦場設計

第 一 題

📖 題組:
一、解釋名詞:(每小題 6 分,共 30 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

剝岩比(Stripping Ratio)

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看到「剝岩比」,應直覺聯想為露天採礦設計的核心經濟指標。答題時需給出精確定義與公式(廢石量/礦石量),並務必延伸說明「平衡剝岩比」的概念,以及其在決定露天礦最終開採邊界與評估坑內/露天開採轉換的實務應用價值。

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「剝岩比」(Stripping Ratio)是指在露天採礦作業中,為開採出一單位有用礦石所必須剝離的無用廢石(或覆蓋表土)數量。 特徵與內涵包含: (1) 計算方式:通常以「體積/體積」(m³/m³)或「噸數/噸數」(t/t)表示,基本公式為「剝岩比 = 剝除廢石總量 ÷ 採出礦石總量」。

小題 (二)

不偶合裝藥(Decoupling)

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看到「不偶合裝藥」,應立刻聯想到炸藥直徑與鑽孔直徑不相等的物理狀態。接著須點出其物理效應(降低初始峰值壓力、減少孔壁粉碎)以及在礦場設計上的核心應用(控制爆破、維持邊坡或坑道穩定)。

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「不偶合裝藥(Decoupling)」指在鑽孔爆破工程中,所裝填之炸藥藥卷直徑小於鑽孔直徑,使藥卷與孔壁間留有空隙(通常為空氣或水)之裝藥方式。 特徵與物理意義包含:(1) 不偶合係數:以鑽孔直徑與藥卷直徑之比值表示(Decoupling ratio = Db/De),其值恆大於 1;(2) 壓力衰減:爆炸產生的爆轟波與高壓氣體會先在空隙中膨脹,使作用於孔壁的峰值壓力大幅衰減;(3) 降低粉碎破壞:因壓力降低,能有效避免孔壁周圍產生「粉碎圈」,轉而利用氣體膨脹的準靜態壓力促使裂縫沿預測方向延伸。 實務應用主要為礦場的「控制爆破」工程(如預裂爆破、平滑爆破及光面爆破),藉此控制超挖現象、保護保留岩體的完整性,進而大幅提升露天礦山邊坡或坑內採掘工作面的穩定性與安全性。

小題 (三)

金剛索鋸(Diamond Wire Saw)

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看到「金剛索鋸」,應立即聯想到其在「飾面石材(如大理石、花崗岩)開採」中取代傳統爆破的關鍵設備。答題時需精確描述其構造原理(金剛石串珠鋼索、水冷卻切割),並從經濟效益(提高荒料出材率)及環保工安(無爆破震動、廢水處理、防斷索)角度全面論述。

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「金剛索鋸(Diamond Wire Saw)」指一種利用鑲嵌有金剛石(鑽石)串珠的高張力封閉鋼索作為切削介質,透過馬達驅動高速運轉來切割岩體的採礦設備。 其特徵與原理包含:(1) 作業前需於岩體鑽鑿相互貫通的水平與垂直導向孔,將索鋸穿過後接合成環狀進行切割。(2) 切割過程中需持續注水,以冷卻金剛石串珠並排出岩屑。(3) 切削面極為平整且可靈活調整切割方向與面積。 實務應用與經濟效益:在礦場設計中,廣泛應用於大理石、花崗岩等「飾面石材」的露天或坑內開採。相較於傳統爆破工法,其能大幅降低岩體微裂隙的產生,切出大體積的完整荒料(Block),顯著提高礦床的出材率與經濟價值。

小題 (四)

岩體分類(Rock Mass Rating)

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看到「岩體分類 (RMR)」應立即聯想到由 Bieniawski 提出的地工岩體評分系統。作答時需點出其定義,精確列出計算 RMR 的六大參數,並說明其在礦場設計(如坑道支撐、自立時間評估及採礦法選擇)上的實務應用價值。

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「岩體分類(Rock Mass Rating, RMR)」係由 Bieniawski 提出的一種經驗式地工岩體評分系統,用於量化評估岩體的整體工程品質與穩定性。 其評估計算主要基於下列六項參數的給分與加總: (1) 完整岩石強度(單軸抗壓強度 UCS 或點載重強度)。

小題 (五)

地質統計(Geostatistics)

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看到「地質統計」,首先應聯想到它與傳統統計學的最大差異在於考慮了數據的「空間相關性」。作答時必須精確點出其理論基礎與核心工具(如半變異數圖、克利金法),並說明其在礦床三維模型建構與資源量估計上的實際應用價值。

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「地質統計(Geostatistics)」指以「區域化變數理論(Theory of Regionalized Variables)」為基礎,專門處理具有空間相關性之地質數據的應用統計學分支。特徵包含:(1) 考量數據的空間屬性,揚棄傳統統計學假設樣本完全獨立的限制;(2) 利用「半變異數圖(Variogram)」來量化樣本點間隨距離與方向變化的空間變異程度與連續性;(3) 運用「克利金法(Kriging)」進行空間內插,提供估計變異數最小且無偏差(BLUE)的最佳估計值。實務應用為礦床三維模型建構、區塊品位(Block Grade)估計、礦產資源量與儲量計算,並能藉由量化估計誤差來評估探勘風險與礦山開發之經濟可行性。

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