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高考申論題 112年 [採礦工程] 礦山評估與礦場設計

第 一 題

📖 題組:
一、請試述下列名詞之意涵:(每小題5分,共25分) (一)Stripping Ratio (二)Smooth Blasting (三)Frasch Process (四)Stope and Pillar Method (五)Net Present Value
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

Stripping Ratio

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看到「Stripping Ratio(剝岩比)」,應立即連結到露天採礦的核心經濟與工程指標。作答時需點出精確定義(廢石與礦石的比例)、計算單位(體積或重量比),並強調其在評估開採成本及決定「經濟極限剝岩比(BESR)」以劃定露天開採邊界上的應用價值。

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「Stripping Ratio」(剝岩比或剝採比)是指在露天採礦工程中,為開採一定數量的有用礦石,所必須挖掘並移除的覆蓋岩層或廢石(Waste)數量與所採出礦石(Ore)數量的比值。其公式通常表示為:剝岩比 = 廢石量 / 礦石量,單位多以立方公尺/公噸(m³/t)或公噸/公噸(t/t)計算。 實務應用為: (1) 經濟效益評估:為衡量露天礦場開採成本的核心指標,剝岩比越高,代表單位礦石分攤的剝岩與廢石處理成本越大。

小題 (二)

Smooth Blasting

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看到「Smooth Blasting」,應直覺聯想到「控制爆破技術」中的光面爆破/平滑爆破。答題時需點出其核心目的(減少超挖、保護岩盤)、技術特徵(孔距小、不耦合裝藥、最後起爆),以及在礦場設計中提升邊坡或坑道穩定性的經濟與安全價值。

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「Smooth Blasting」(平滑爆破/光面爆破)為一種控制爆破技術,主要沿著設計的開挖輪廓線鑽鑿密集的平行周邊孔,並使用低威力、低密度的炸藥進行爆破。 特徵包含:(1)採用不耦合裝藥(炸藥直徑小於鑽孔直徑),以空氣作為緩衝,降低對孔壁的衝擊壓力;(2)周邊孔的孔距通常小於抵抗線,使爆破裂縫能沿著孔間連線順利貫通形成平整面;(3)起爆順序上,通常安排在主開挖區岩體爆破後最後起爆。 實務應用為廣泛應用於坑內採礦的坑道掘進及露天礦山的最終邊坡成型工程,其能有效減少超挖(Overbreak)與欠挖,保持殘留岩體的完整性與穩定性,進而提升礦場作業安全,並大幅降低後續岩壁支撐與落石處理之工程成本。

小題 (三)

Frasch Process

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看到「Frasch Process」,應立即聯想到特殊採礦法中的「地下硫磺開採」。解答時需精確點出其運作原理(過熱水熔化、壓縮空氣氣舉)、管線構造(三層同心管)以及適用的地質條件與產出特點。

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「Frasch Process(弗拉施法)」指一種專門用於開採地下深部硫磺礦床的特殊採礦(或稱溶液採礦,Solution Mining)方法。其原理為利用同心三層套管鑽入地下含硫地層,由外管注入約160°C的高壓過熱水使地下硫磺熔化(硫的熔點約115°C),接著由最內管注入高壓壓縮空氣,利用氣舉(Air Lift)作用將液態硫磺經由中間管路壓升至地表。 特徵包含:(1) 無需開鑿傳統地下坑道,大幅降低礦場工安風險;(2) 直接在地下進行物理相變,產出的硫磺純度極高(可達99.5%以上);(3) 對水資源與熱能的消耗極大,能源成本較高。 實務應用上,主要針對深部、含水層下方或存在於鹽丘(Salt Dome)構造中,難以使用傳統露天或坑內工法開採的硫磺礦床。

小題 (四)

Stope and Pillar Method

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看到「Stope and Pillar Method」,應立刻聯想到這是坑內採礦法中典型的「空場採礦法」,核心在於開採礦石(Stope)並留下部分礦石做為支撐頂盤的礦柱(Pillar)。作答時需點出其與Room and Pillar的微小差異(多用於硬岩、金屬礦,礦柱排列較不規則),並補充其適用之地質條件與回收率的經濟考量。

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「Stope and Pillar Method」(房柱採礦法或採空區與礦柱採礦法)為一種坑內空場採礦工法(Open Stoping)。其核心概念是在開採礦體時,將開採區域劃分為採空區(Stope)與保留不採的礦柱(Pillar),藉由保留部分原礦作為礦柱來支撐上方頂盤(Roof)岩層,防止崩塌。 其特徵包含: (1) 適用條件:主要適用於傾角平緩(通常小於30度)、厚度中等至較厚,且礦床本身及頂盤岩層均極為堅硬穩固的非煤礦床(如金屬礦或硬岩礦床)。

小題 (五)

Net Present Value

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看到「Net Present Value」,應直覺想到這是礦山經濟評估中最核心的財務指標。作答時需明確給出折現的定義與公式精神,並強調實務上如何以 NPV > 0 作為礦場開發專案「是否具備經濟可行性」的判斷準則。

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「淨現值(Net Present Value, NPV)」指在礦山專案的生命週期內,將預期產生的所有未來淨現金流量(現金流入減去現金流出),依據特定的折現率(通常為資金成本或要求報酬率)折算至基準期(通常為專案初期)的總值。 特徵與計算包含:公式為 NPV = Σ [Ct / (1+r)^t],其中 Ct 為第 t 年的淨現金流量,r 為折現率,t 為礦山壽命期數。其核心精神在於考量了貨幣的時間價值。 實務應用為礦山開發計畫的經濟可行性評估指標與決策依據。當 NPV > 0 時,代表礦山開發的預期收益高於投資成本,計畫可行;當 NPV < 0 時則應予否決。在礦場設計階段,採礦工程師亦會比較不同採礦工法、開採邊界或生產規模的 NPV,以選出創造最大經濟價值的最佳方案。

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