单位文秘网 2021-07-22 08:15:59 点击: 次
基金项目:第三批国家级精品资源共享课立项项目(教高司函[2013]132号,序号765);武汉理工大学2013年度校教学研究重点项目(2013005、2013007)。
作者简介:王玉杰(1956-),男,山东菏泽人,博士,武汉理工大学资源与环境工程学院采矿工程系教授、博导,教育部高等学校矿业类专业教学指导委员会副主任委员(2013-2017),主要从事采矿工程、安全工程、爆破工程等的教学和科研工作。
摘要:以地下采矿工艺全过程为主线,将大学本科所学专业课程的相关实验镶嵌、链接到整个采矿工程综合实验课程中,以采集和描述矿样为实验始点,演绎到岩石试样制备与力学实验、地下矿山开采设计、井巷工程设计、矿井提升和运输设计、爆破设计与实验和震动检测、矿井通风设计与通风实验、有毒气体和粉尘检测实验、围岩监测,直至整个矿山开采完后的生态监测与恢复。实验涉及到地采工艺主要技术环节的主要技术设计、生产设备和监测仪器的使用操作等。引导学生把大学期间所学的相关专业课程理解贯穿,提升了学生的专业素养和动手能力。并选择部分关键技术和问题开展探索性实验研究,以培养学生的创新能力。
关键词:采矿工程;本科实验教学;综合实验课;地下采矿工艺;教学研究
中图分类号:TD80; G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)09(c)-0000-00
1 概述
采矿工程专业是典型的工程专业,对学生的实践能力有较高的要求,实验教学是保证采矿工程专业教育质量的关键环节之一。采矿工程专业多年来都是各门课程独立设置实验,实验内容主要是该课程的实验验证类,学时数少,时间紧,知识点相对独立[1, 2]。学生在实验室时间短,没有机会和时间做重复性实验,对实验设备仪器的认识和操作达不到熟练程度。无法给学生足够的思考、设计和准备的时间与空间。学生匆忙做完实验还要尽快提交实验报告,该门课程便进入了考试结业阶段[3]。
近几年在本科教学评估验收工作的督导下,相关课程的实验教学虽经过多次改革与更新,逐步将各门专业课的实验内容合并为一个或多个综合实验课程。但因为没有进行系统的教学研究,这种合并仅仅是多个小实验的集中开设,与原来的零星实验没有本质的区别。
课题对采矿工程专业实验教学的内容、形式等进行研究,构建了实验教学对理论教学的验证、贯穿和拓展为主的教学模式[4]。以采矿工艺全过程为主线,将所学专业课程实验镶嵌、链接到整个采矿工程中,为学生学习和理解采矿工艺过程提供了一条很好的教学途径。本科采矿专业地下采矿综合实验课就是本教改的成果之一。
2 地下采矿综合实验的设计目标与路线
地下采矿工程实验课程是采矿工程专业、矿物资源工程专业、安全工程专业本科生在完成大学3年学习过程基础上的综合性、创新性实验与实践课程。学生经过前期的认识实习、生产实习,对矿山开采工艺和技术已具备了初步的整体印象和概念。
本着小课堂、大实验的教学改革模式,本实验所依据的课程支撑为地质学中的岩石分类及其物理和力学性质、岩石力学(岩体力学)中的岩石物理和力学性质检测实验、矿山工程测试技术、井巷与隧道工程、工矿通风与空调、矿床地下开采、爆破工程、井巷与隧道工程课程设计等。
具体目标是让学生通过完成实验课程对所学的相关课程进行贯通,了解地下采矿全工艺过程和所涉及的工艺参数、监测手段、仪器设备和安全要求,提升学生的专业能力和动手能力,并选择部分关键技术和问题开展探索性研究,增强创新能力[5]。
地下开采综合实验的路线为地质采样——矿样描述——岩石试样制备——岩石物理、力学实验——地下矿山开采设计——井巷工程设计——矿井提升和运输设计——爆破设计——爆破实验——爆破震动检测——矿井通风设计——通风实验——有毒气体和粉尘检测实验——围岩监测——生态监测与恢复。
课程要求学生完成实验的过程中,严格要求学生必须通读实验指导书,做好课前预习、实验设计、实验操作和编写实验报告。并欢迎提出一些新见解。实验时,应时刻把安全问题放在首位。做到听从指导老师的指挥;独立完成实验过程,不懂就问;严谨认真;按规程设计和操作;认真做好实验记录;实验后按时提交实验报告。
3 综合实验步骤
3.1 矿山矿石采样
采用矿床实地钻取岩样或模拟取样为实验课程的开篇,让学生对矿床地质条件、环境和矿石分类进行专业地质描述和矿样检测。主要实验内容为确定几种矿样的成因,描述样本的外观物理性质,如色泽、硬度、节理、裂隙、层状、孔隙率、比重、容重等。
3.2 岩石力学实验
(1)将所采集的矿样选出有代表的多个矿样进行试样制备。学生需要掌握和操作岩芯钻机、锯石机、磨石机或车床、测量平台、角尺、千分卡尺、放大镜、烘箱、干燥器和饱和设备等;
(2)测定岩块声波速度并计算岩块的弹性参数,主要仪器和设备为RSM-SY5型岩石声波仪,纵、横波换能器等。岩体声波探测技术是以人工的方法,向介质发射声波,观测声波在介质中传播的情况和特性,利用介质的物理性质与声波传播速度等参数之间的关系来分析或测定岩体的物理力学性质和地质特征,是一种比较重要的探测方法。本实验是通过测量岩石试件的纵波、横波速度来计算岩石的弹性模量E、泊松比以及剪动模量G。
(3)动应变测量实验(拓展实验),学生应掌握YE3818C 型应变放大器、数据采集系统、悬臂梁等仪器设备。采矿工程中经常会遇到在动载荷作用下应变测量问题,如研究冲击机械(凿岩设备、破碎锤设备等)中冲锤对工具冲击作用;研究爆破作用机理、研究在爆破、地震作用下井巷采场动力响应等。由于动载荷作用比静载荷作用的情况要复杂得多,往往得不到理论解。因此,测量和分析结构在动载荷作用下的动应力问题是非常重要的。本实验以等强度梁为研究对象,测量等强度梁在动载荷作用下的动应力。
(4)单轴抗压强度、抗拉强度、剪切强度、点荷载强度实验,实验所用主要仪器设备包括:材料实验机、直剪实验仪、位移测表(百分表或千分表)、点荷载实验仪及其它辅助设备。
3.3 地下矿山井巷掘进设计
依据前面某号矿样的地质条件和所测力学参数,设计在该岩层掘进一条水平巷道,由指导教师给出具体断面尺寸和工程要求,让学生依据循环进尺计划设计巷道掘进爆破参数。
要求学生要完成炮孔平面布置图和剖面图、装药结构图、爆破网路图[6],并列出一循环爆破的器材清单,以备爆破实验时照单领取器材,进入爆破网路综合实验。
3.4 爆破器材检测与起爆网路优化
本节试验将《爆破工程》课程作业中的台阶开采毫秒爆破网路设计或巷道掘进全断面毫秒爆破网路设计付于实施,掌握导爆管毫秒爆破网路设计原理,熟悉导爆管起爆网路的连接方式和连接块的使用方法,掌握爆速测定方法和学会有关仪器的使用,从而加强实践能力,提升设计水平,启发创新意识。
学生要根据爆破设计所选用的爆破方法和器材,对所选器材进行参数检测。包括雷管、炸药、导爆管、导爆索等各项参数检测。
在掘进爆破实验平台上把所设计的爆破网路进行实现,连接起爆,并分析效果与可靠度。
对网路优化可选拓展性创新试验。
3.5 爆破实验与安全监测
在爆破网路连接起爆前,安排爆破震动监测。
通过实验使学生了解IDTS 3850、4850等爆破震动测试仪的使用,利用爆破震动测试仪对爆破产生的震动有一个量的认识,从而指导在爆破作业时采用合理的爆破技术和安全措施[7, 8]。
可对爆破震动信号分析和减小爆破震动技术开展创新性试验研究。
3.6 地下矿山通风课程设计
依据前面设计的掘进巷道和指导教师给出的补充条件,进行以下工作:
(1)计算各段巷道通过风速、各段巷道摩擦阻力,以及全矿井总阻力[9]。
(2)根据给定的矿体地质条件,开采技术条件,选择出在技术上可行、经济上合理、保证安全生产的采矿方法。
(3)查阅相关资料,选择风机,并计算风机功率。
(4)绘制通风网络图。
3.7 矿井大气主要参数测定
该实验在通风实验室完成,使学生掌握使用湿度计、气压计、卡他温度计测量矿井大气的温度、湿度、大气压力、风速及卡他度。掌握测算矿井空气密度的方法,会用卡他度值计算空气的平均风速。
通风管道中风流点压力和风速的测定,使学生学习用皮托管及压差计测定通风管道中的点压力,并了解皮托管及压差计的构造;学习使用皮托管及压差计测定通风管道中某断面的平均风速并计算风量。
3.8 有毒气体和粉尘检测实验
让学生掌握空气中NOX、CO、总悬浮微粒等的测定方法和仪器设备的使用。主要仪器为AIM450一氧化碳气体检测仪和AIM450型二氧化氮气体检测仪。该类仪器主要是采用电化学传感器以扩散方式直接与环境中的CO(NO2)气体反应产生线性电压信号。电路由多块集成电路构成,信号经过放大,A/D转换,暂存处理后在液晶屏上直接显示所测气体浓度值。学生要掌握仪器使用、测点布设和数椐采集及分析。
拓展实验为气体与粉尘爆炸试验。
3.9 环境保护与矿山复垦
开展矿山开采对环境的影响与保护、地表沉陷、围岩监测和维护、地表恢复、矿坑综合开发利用等创新性研究。
此部分为本科生实验拓展内容,学生可与指导老师拟定专题方向展开实验研究。
4 实验课学时安排与教学效果
建议本实验安排在大学本科四年级上学期,实验学时一周。支撑本综合实验的相关地下采矿设计、矿井提升和运输设计、井巷掘进爆破设计、矿山通风设计等,要在前期的课程设计教学中完成,所涉及的课程教学老师要协同配合。
由于实验是从几个矿样开始,演绎到整个矿山开采完后的闭坑复垦,引导学生把大学期间所学的相关专业课理解贯穿,领悟到以往所学课程与采矿工程的关联和实用意义。实验完成后,学生对整个地下采矿工艺有了整体的认识,清楚了地下采矿工艺步骤和技术要点,为后期本科毕业设计奠定了基础。
本课题依托湖北省教育厅和教育部高等学校地矿学科教学指导委员会项目支持,开展了对采矿工程创新教学实验的课程体系和实践的研究,并付诸实现。经过几届的本科教学实践和完善,取得了良好的教学效果。
参考文献
[1]唐海, 彭文斌, 王卫军. 论以专业认证为导向的采矿工程专业课程体系构建[J]. 当代教育理论与实践, 2014(06):39-42.
[2]高召宁. 采矿工程专业实践教学平台建设分析[J]. 科技创新导报, 2015(04):224-225.
[3]林井祥, 康健, 高伟. 基于卓越采矿工程师培养的实践教学研究[J]. 实验室科学, 2014(05):139-141.
[4]管伟明, 陈辉. COMSOL在矿井通风与安全实验教学中的应用[J]. 教育教学论坛, 2015(12):250-252.
[5]甘德清, 卢宏建, 陈超, 等. 《露天采矿学》课程教学体系建设[J]. 科技创新导报, 2015(02):128-129.
[6]王李管, 丁奇奇, 毕林, 等. 井巷掘进工程炮孔智能设计系统[J]. 科技导报, 2014(18):36-40.
[7]孙艳军, 赵亚克, 张世平. 新柳林河隧道掘进爆破对既有隧道的影响[J]. 爆破, 2015(01):75-80.
[8]张涛, 陈士海, 张伟, 等. 掘进爆破振动作用下支护结构的安全距离[J]. 爆破, 2014(01):133-137.
[9]田俊刚. 浅析矿井通风能耗[J]. 山西焦煤科技, 2014(06):32-33.
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-141-69689-1.html
上一篇:用力学观点浅谈宇宙奥秘
下一篇:解题过程中的审题技巧
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用