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高考申論題 113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 4 分,共 20 分) (一) Magnetic Prospecting (二) Seismic Prospecting (三) Internal Rate of Return (四) In-Situ Stress (五) Borehole Mining
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

Magnetic Prospecting

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看到「磁力探勘」,應先點出其屬於「地球物理探勘法」,並說明其核心物理原理(測量岩石與礦物的磁化率差異造成的地磁異常)。接著需補充其在礦山實務上的應用價值,如尋找含磁性礦體、圈定地質構造,以及作為低成本、大面積初期普查工具的經濟優勢。

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「Magnetic Prospecting(磁力探勘)」為一種非破壞性的地球物理探勘方法,利用磁力儀測量地表或空間中地磁場的局部異常變化。特徵包含:(1) 物理基礎:奠基於地殼中不同岩石與礦物之「磁化率(Magnetic susceptibility)」差異;(2) 探勘方式:可透過航空(空磁)、地面或海洋進行大面積快速普查;(3) 異常判定:透過測得區域磁場高於或低於地磁背景值(正/負異常),推斷地下地質構造或礦體之深度與分佈。實務應用上,常作為礦床探勘初期的普查工具,主要用於尋找具高磁性之礦床(如磁鐵礦)、伴生磁性礦物之金屬礦床,或圈定斷層及火成岩侵入體界線以縮小細部探勘範圍。因其具備探勘速度快、成本低之優勢,對初期礦區潛力評估極具經濟效益。

小題 (二)

Seismic Prospecting

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看到「Seismic Prospecting」應直譯為震測探勘或地震測勘,需點出其物理原理:利用人工震源產生彈性波,藉由地下不同岩層的波阻抗差異產生反射或折射。作答時必須補充此技術在採礦實務上的應用,如探測斷層、礦床邊界及地質構造以輔助礦場設計。

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「Seismic Prospecting」(震測探勘/地震測勘)係指利用人工震源(如炸藥爆破、落錘或震盪車)產生彈性波,當波向地下傳播遇到不同物理性質(波阻抗)之岩層交界面時,會產生反射或折射現象。透過地表配置之檢波器接收並記錄震波返回的時間與振幅,藉此推算地下岩層的深度、厚度及地質構造。 特徵包含: (1) 具備高解析度,能精準描繪地下連續地層與地質構造。

小題 (三)

Internal Rate of Return

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看到「內部報酬率 (IRR)」,應直指其定義:使專案淨現值 (NPV) 等於零的折現率。接著補充計算公式,並強調其在礦山開發評估中的應用,即與最低可接受報酬率 (MARR) 比較以判斷投資可行性。

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「內部報酬率 (Internal Rate of Return, IRR)」指在評估礦山開發專案或投資計畫時,能使該專案未來所有預期淨現金流入之現值總額正好等於初始投資成本(即淨現值 NPV = 0)的折現率。 其計算公式滿足:$\sum_{t=0}^{n} \frac{CF_t}{(1+IRR)^t} = 0$(其中 $CF_t$ 為第 t 期的淨現金流量,$n$ 為礦山開採年限)。 實務應用為礦場開發經濟可行性的核心評估指標。當估算出的 IRR 大於礦業公司設定的最低可接受報酬率(MARR)或資金成本時,代表該礦山設計或開發案具備投資效益與開發價值;反之則應予拒絕或重新調整開採計畫。

小題 (四)

In-Situ Stress

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看到「In-Situ Stress」,應直譯為「原址應力」或「初始地應力」,聯想到未經開挖擾動前的岩體自然受力狀態。答題時需先給出精確定義,再點出其組成來源(重力、構造力),最後說明其在礦場設計中對開挖穩定性及支撐設計的關鍵影響。

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「In-Situ Stress(原址應力/初始地應力)」係指岩體在未受任何人工開挖、採礦或工程擾動之前,自然存在於地層內部的原始應力狀態。 其主要組成來源包含:(1) 由上覆岩層重量所產生的重力應力;(2) 地殼板塊運動或地質變動所造成的構造應力;(3) 岩體經歷地質作用後留下的殘餘應力或地熱變化產生的熱應力。 實務應用上,原址應力是地下礦場岩體力學評估的基礎參數,直接影響開挖坑道的穩定性分析、支撐系統設計(如岩栓、噴凝土配置)以及採礦工法的選擇;若未正確評估與量測,可能在開挖時引發岩爆(Rockburst)或坑道坍塌等嚴重礦場安全事故。

小題 (五)

Borehole Mining

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考生看到「Borehole Mining」,應聯想到「非傳統採礦法」,無需開挖地下坑道,而是透過地表鑽孔將水力、溶劑注入,將礦物溶解或泥化後抽出。作答時需明確給出定義,並列舉適用礦種(如鹽礦、鈾礦)及其在環保與安全上的優勢。

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「Borehole Mining(鑽孔採礦法)」指不需開挖豎井或坑道,直接由地表鑽孔至地下礦層,利用高壓水柱切割泥化(水力開採)、注入溶劑溶解(地浸採礦)或利用熱能融化礦物後,再以泵浦將礦漿或溶液抽升至地表的一種非傳統採礦技術。其特徵包含:(1) 無需人員進入地下作業,礦場安全性極高;(2) 地表開挖破壞小,基礎建置成本較低;(3) 需具備合適的水文地質條件以防溶劑外洩污染地下水。實務應用主要用於開採深部、鬆散、易溶解或具流動性之礦床,如鹽礦、砂礦、鈾礦、天然硫磺與磷酸鹽礦等。

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