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1、采矿工程专业地下采矿技术综合实验教学的实现 基金项目：第三批国家级精品资源共享课立项项目；武汉理工高校2022年度校教学探讨重点项目。 作者简介：王玉杰，男，山东菏泽人，博士，武汉理工高校资源与环境工程学院采矿工程系教授、博导，教化部高等学校矿业类专业教学指导委员会副主任委员，主要从事采矿工程、平安工程、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，将高校本科所学专业课程的相关试验镶嵌、链接到整个采矿工程综合试验课程中，以采集和描述矿样为试验始点，演绎到岩石试样制备与力学试验、地下矿山开采设计、井巷工程设计、矿井提升和运输设计、爆破设计与试验和振动检测、矿井通风设计与通风试验
2、、有毒气体和粉尘检测试验、围岩监测，直至整个矿山开采完后的生态监测与复原。试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运用操作等。引导学生把高校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实力。并选择部分关键技术和问题开展探究性试验探讨，以培育学生的创新实力。 关键词：采矿工程；本科试验教学；综合试验课；地下采矿工艺；教学探讨 中图分类号：TD80； G642 文献标识码：A 文章编号：1674-0101X09-0000-00 1 概述 采矿工程专业是典型的工程专业，对学生的实践实力有较高的要求，试验教学是保证采矿工程专业教化质量的关键环节之一。采矿工程专业
3、多年来都是各门课程独立设置试验，试验内容主要是该课程的试验验证类，学时数少，时间紧，学问点相对独立1， 2。学生在试验室时间短，没有机会和时间做重复性试验，对试验设备仪器的相识和操作达不到娴熟程度。无法给学生足够的思索、设计和打算的时间与空间。学生匆忙做完试验还要尽快提交试验报告，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，相关课程的试验教学虽经过多次改革与更新，逐步将各门专业课的试验内容合并为一个或多个综合试验课程。但因为没有进行系统的教学探讨，这种合并仅仅是多个小试验的集中开设，与原来的零星试验没有本质的区分。 课题对采矿工程专业试验教学的内容、形式等进行探讨，
4、构建了试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，将所学专业课程试验镶嵌、链接到整个采矿工程中，为学生学习和理解采矿工艺过程供应了一条很好的教学途径。本科采矿专业地下采矿综合试验课就是本教改的成果之一。 2 地下采矿综合试验的设计目标与路途 地下采矿工程试验课程是采矿工程专业、矿物资源工程专业、平安工程专业本科生在完成高校3年学习过程基础上的综合性、创新性试验与实践课程。学生经过前期的相识实习、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、大试验的教学改革模式，本试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、岩石力学中
5、的岩石物理和力学性质检测试验、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。 详细目标是让学生通过完成试验课程对所学的相关课程进行贯穿，了解地下采矿全工艺过程和所涉及的工艺参数、监测手段、仪器设备和平安要求，提升学生的专业实力和动手实力，并选择部分关键技术和问题开展探究性探讨，增加创新实力5。 地下开采综合试验的路途为地质采样矿样描述岩石试样制备岩石物理、力学试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试验爆破振动检测矿井通风设计通风试验有毒气体和粉尘检测试验围岩监测生态监测与复原。 课程要求学生完成试验的过程中，严格要求
6、学生必需通读试验指导书，做好课前预习、试验设计、试验操作和编写试验报告。并欢迎提出一些新见解。试验时，应时刻把平安问题放在首位。做到听从指导老师的指挥；独立完成试验过程，不懂就问；严谨仔细；按规程设计和操作；仔细做好试验记录；试验后按时提交试验报告。 3 综合试验步骤 3.1 矿山矿石采样 采纳矿床实地钻取岩样或模拟取样为试验课程的开篇，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。主要试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 岩石力学试验 将所采集的矿样选出有代表的多个矿样进行试样制备。学生须要驾驭
7、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； 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，向介质放射声波，观测声波在介质中传播的状况和特性，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。本试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。 动应变测量试验，学生应驾驭YE3818C 型应变放大器、数据采集系统、悬臂梁等仪器设备。采矿工程中常常会遇到在动载
8、荷作用下应变测量问题，如探讨冲击机械中冲锤对工具冲击作用；探讨爆破作用机理、探讨在爆破、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状况要困难得多，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特别重要的。本试验以等强度梁为探讨对象，测量等强度梁在动载荷作用下的动应力。 单轴抗压强度、抗拉强度、剪切强度、点荷载强度试验，试验所用主要仪器设备包括：材料试验机、直剪试验仪、位移测表、点荷载试验仪及其它协助设备。 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，由指导老师给出详细断面尺寸和工程要求，让学生依据循环
9、进尺安排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，以备爆破试验时照单领取器材，进入爆破网路综合试验。 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，驾驭导爆管毫秒爆破网路设计原理，熟识导爆管起爆网路的连接方式和连接块的运用方法，驾驭爆速测定方法和学会有关仪器的运用，从而加强实践实力，提升设计水平，启发创新意识。 学生要依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。 在掘进爆破试
10、验平台上把所设计的爆破网路进行实现，连接起爆，并分析效果与牢靠度。 对网路优化可选拓展性创新试验。 3.5 爆破试验与平安监测 在爆破网路连接起爆前，支配爆破振动监测。 通过试验使学生了解IDTS 3850、4850等爆破振动测试仪的运用，利用爆破振动测试仪对爆破产生的振动有一个量的相识，从而指导在爆破作业时采纳合理的爆破技术和平安措施7， 8。 可对爆破振动信号分析和减小爆破振动技术开展创新性试验探讨。 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老师给出的补充条件，进行以下工作： 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。 依据给定的矿体地质条件，开采技术条
11、件，选择出在技术上可行、经济上合理、保证平安生产的采矿方法。 查阅相关资料，选择风机，并计算风机功率。 绘制通风网络图。 3.7 矿井大气主要参数测定 该试验在通风试验室完成，使学生驾驭运用湿度计、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。驾驭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；学习运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试验 让学生驾驭空气中NOX、CO、总悬浮微粒等的测定方法和仪器设备
12、的运用。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。该类仪器主要是采纳电化学传感器以扩散方式干脆与环境中的CO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干脆显示所测气体浓度值。学生要驾驭仪器运用、测点布设和数椐采集及分析。 拓展试验为气体与粉尘爆炸试验。 3.9 环境爱护与矿山复垦 开展矿山开采对环境的影响与爱护、地表沉陷、围岩监测和维护、地表复原、矿坑综合开发利用等创新性探讨。 此部分为本科生试验拓展内容，学生可与指导老师拟定专题方向绽开试验探讨。 4 试验课学时支配与教学效果 建议本试验支配在高校本科四年
13、级上学期，试验学时一周。支撑本综合试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协作。 由于试验是从几个矿样起先，演绎到整个矿山开采完后的闭坑复垦，引导学生把高校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好用意义。试验完成后，学生对整个地下采矿工艺有了整体的相识，清晰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化厅和教化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试验的课程体系和实践的探讨，并付诸实现。经过几届的本科教学实践和
14、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. 当代教化理论与实践， 2022：39-42. 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， 2022：224-225. 3林井祥， 康健， 高伟. 基于卓越采矿工程师培育的实践教学探讨J. 试验室科学， 2022：139-141. 4管伟明， 陈辉. COMSOL在矿井通风与平安试验教学中的应用J. 教化教学论坛， 2022：250-252. 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， 2022：128-129. 6
15、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， 2022：36-40. 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， 2022：75-80. 8张涛， 陈士海， 张伟， 等. 掘进爆破振动作用下支护结构的平安距离J. 爆破， 2022：133-137. 9田俊刚. 浅析矿井通风能耗J. 山西焦煤科技， 2022：32-33. 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页