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井巷矿压实验室建设在实验教学中的改革与探索

时间:2020-12-01 16:57:11 综合教育论文 我要投稿

井巷矿压实验室建设在实验教学中的改革与探索

  井巷矿压实验室建设在实验教学中的改革与探索

井巷矿压实验室建设在实验教学中的改革与探索

  张辉a,李梦珍b

  (河南理工大学a、能源科学与工程学院;b、材料科学与工程学院,河南焦作454000)

  摘要:分析了影响采矿工程专业实验教学的因素,探讨了建立井巷矿压实验室在本科教学中的必要性和可行性。根据我校现有井巷模型室及矿压实验室的现状,提出了建设井巷矿压实验室的整体规划。井巷矿压实验室建设将会为培养采矿工程专业的学生提供了一个良好的教学平台。

  关键词:实验室建设;实验教学;本科教学;采矿工程

  基金项目:河南理工大学博士基金(B2014-055)

  作者简介:张辉(1983-),男,河南民权人,博士,讲师,硕士生导师,研究方向:采矿工程专业教学和研究工作;李梦珍(1983-),女,河南民权人,硕士,助教,研究方向:企业管理工作。

  课堂教学、实验教学和实践教学是大学本科教育常用的三大教学方法,它们之间环环相扣、紧密相连,意在全面培养学生对知识的把握,提高学生的动手能力和创新意识,多方面、多渠道培养学生的综合能力。实验教学是课堂教学和实践教学的桥梁和纽带,是本科教学中重要的一环。采矿工程专业是培养学生具备矿床开采的基本理论和方法,具备采矿工程师的基本能力,能在采矿领域等方面从事矿区开发规划、矿山设计、矿山安全技术及工程设计、监察、生产技术管理科学研究的高等工程技术人才。要求采矿工程本科教学中重视课堂教学的同时,必须加强实践教学和实验教学同步进行,而加强实验室建设是采矿工程专业本科教学的重要一环。

  一、采矿工程专业实验教学的制约因素

  1、教学大纲的制约。目前各高校只注重课堂教学的要求,在教学大纲中体现得尤为明显。如一门采矿工程专业主要专业课《井巷工程》教学大纲的要求,课堂教学要求44学时,而实验教学仅4学时,实验教学远远低于课堂教学的时间,重理论教学的现象十分严重。其次,大纲对实验教学的考核机制未能全面体现,导致很多学生对有限的实验课程只是走走过场,即使提交了实验报告,全班级的同学也就一两个模板,抄袭率太高。

  2、实验教学设备更新速度太慢。随着煤矿开采科技水平的提高,新的技术和装备不断出现。煤矿走过这高速发展的十年黄金期(2003—2013年),许多旧的生产技术和设备被淘汰,尤其是特大型煤矿的生产均采用先进的技术和设备。而高校的采矿工程课题教学选用的教材更新慢,与之相配套的实验教学设备更慢,远远落后于科技的进步,使得采矿工程培养的毕业生走向工作岗位必须从头开始。

  3、实验室师资力量欠缺。目前高校实验教学多是兼职教师,谁讲授哪一个门课程谁来讲授该门实验课程的实验,专门从事本实验室教学的教师太少,我院实验教学教师人数占课题教学教师的1/20以下,实验教学的管理人员也大部分是课堂教学的教师。这也与实验教学的投入及实验教学人员的定位有较大的关系。实验教学的教师不能等同于高校的实验科研人员,有的实验室是用来纯教学的,有的可以兼顾科研。再加上学校考核教师的管理机制,使得更多的教师会选择可以做科研的实验室(如采矿工程专业的岩石力学实验室)。

  4、学生人数太多,实验教学设备短缺。随着煤炭形势的好转,采矿工程专业的学生显著增加,由原来的一个班级(30人左右),增加到现在的六个班(180人左右),另外还有采矿单招班、采矿人才班等,每届约300多人。在校学生虽然显著增加,但实验教学设备增添的太少,太慢。每次上实验课不得不1~2个班一起上课,更别说让学生自己动手操作实验。很多实验教师不得不做演示性实验,根本达不到加深课题教学的效果,更是抑制了学生的动手能力和创新能力。这也是很多大学毕业生毕业后动手能力很差的原因。

  二、井巷矿压实验室在本科教学中的作用

  采矿工程专业课程主要开设有:矿山机械、矿山测量学、矿山地质学、井巷工程、矿山压力与岩层控制、采矿学、矿井通风、矿井安全技术等课程。其中《井巷工程》、《矿山压力与岩层控制》和《采矿学》是采矿工程专业三大主题专业课。

  首先,《井巷工程》和《矿山压力与岩层控制》两门专业课在课程设置上有许多相通之处,在实验室建设上必然存在许多共性的地方。在这两门课中,该部分的内容均是本门课的重点,尤其对于《井巷工程》这门课更是重点的重点,包含了该门课程的绝大部分内容。其次,采矿工程专业的学生大多是高考统招进来的,没有从事井下采矿工作的经历,认识均是感性的、肤浅的,根本没有深入体会,更不可能实地操作实验。而这两门课又都是与实际结合最紧密的课程,在一定程度上比较抽象,使得仅靠课堂教学很难让学生深刻体会和把握。

  井巷矿压实验室的建设,让学生实地操作矿井巷道施工与维护时的一些实验,在消化课堂教学的内容时会显得轻松愉快,也提高了学生学习的热情和积极性,在一定程度上培养了学生的动手能力和创新意识。

  三、井巷矿压实验室目前的现状

  目前,我校《井巷工程》课程实验室主要是井巷模型室,包括:各类巷道的模型、岩巷及煤巷的施工模型、立井井筒施工模型及斜井施工模型。这些实验模型都是静止的东西,均是10多年没变的模型,没有让学生可操作的实验,只是让学生看模型,教师讲原理,与课堂教学相差无几。从采矿工程研究生一年级的调研结果来看,99%的学生根本不知道矿压监测的一些仪器,更别说原理了。他们的反映是,当时教师好像只是介绍了一遍,其他没有什么印象了。这也是很多研究生动手能力很差的原因所在。因此,可将井巷模型实和矿压实验室中的部分分离出来,融入一些《井巷工程》和《矿山压力与岩层控制》两门课中可供学生操作的'实验,并增加原来两个实验室没有,而目前矿山常使用的矿用支护材料和设备,建立井巷矿压实验室。

  四、井巷矿压实验室建设规划

  井巷矿压实验室建设的目标是:满足《井巷工程》和《矿山压力与岩层控制》、《矿压测试技术》等专业课程实验教学的需要,培养学生的动手能力和创新意识,提高学生学习专业课程的热情和兴趣,潜意识地增强了学生对理论教学的理解和体会。根据《井巷工程》和《矿山压力与岩层控制》课程内讲授内容的需要,融入目前先进的技术和设备,井巷矿压实验室建设的内容主要包括四大块:矿井支护材料展示区、设备展示区、实验操作区和巷道模型综合实验台。

  1、矿井支护材料区。该区主要展示现阶段矿井常用的支护材料,包括两部分的内容,分别为锚杆支护材料区、棚式支护区。通过该部分实物展示及实验教师的讲解,可以让学生直观认识巷道锚杆支护的发展过程。

  2、设备展示区。该区主要展示现阶段与巷道施工及支护材料相匹配的设备,包括三方面的内容,分别为凿岩爆破区、巷道支护设备区、注浆设备区。

  3、实验操作区。该区主要是通过搭建简易的实验台,将设备展示区的设备让学生进行实地操作,了解设备的工作原理及功能。

  4、巷道模型综合实验台。该模型是根据井下巷道条件1∶1仿制的,让学生进入实验模型内部实地感受巷道内部的情况。

  五、巷道模型综合实验台

  本实验台主要针对采矿工程本科专业课程《井巷工程》和《矿山压力与岩层控制》两门专业课教学使用,也可在采矿工程研究生课程《巷道围岩控制技术》教学中使用,如图1所示。

  1、模型周边立柱及横

  梁采用角钢制作而成,倾斜岩层采用透明有机玻璃制作而成,安装锚杆锚索及顶板离层仪的钻孔也采用透明的有机玻璃制作,锚杆锚索及顶板离层仪采用真实的材料进行安装,锚杆锚索锚固端可采用树脂锚固剂粘结也可以采用某种黏胶粘接,巷道模型可采用有机玻璃也可采用木制组合板加工而成。

  2、模型将巷道围岩地质条件及发育情况融入进去。模型直观展示出:巷道掘进头的凿岩爆破破岩、装岩与调车过程;展示多种支护形式(U型钢支护、锚网支护、锚网喷支护);直观展示矿压监测仪器的安装、监测过程及安装监测原理;并可以让学生在模型内部进行模拟锚杆、锚索的锚固力拉拔试验、锚杆预紧力试验、锚杆锚索的安装、钻进实验等。

  3、本模型实验台结合上表中的设备材料,可以直观讲述《井巷工程》课程:第二章凿岩爆破、第三章巷道断面设计、第四章岩巷施工及第六章巷道支护的绝大部分内容,这些内容也是本门课程的主要关键部分,是本门课的重点。第七章巷道矿压显现规律、第八章巷道维护原理及支护技术的内容也大部分包括其中,而该部分又是本门课程的一大部分。

  对于研究生的教学《巷道围岩控制技术》不言而喻。目前研一的采矿硕士研究真正在井下实习锻炼的机会很少,很多都是生产实习时下了一两次井,对煤巷井巷的很多知识根本不了解。而研一的学生主要在学校学习理论知识,出去锻炼的机会很少,通过该模型的参观和部分的可操作试验,很直观地了解井巷的专业知识。

  六、结语

  实验教学是课堂教学和实践教学的桥梁和纽带,是本科教学中重要的一环。在高校教学大纲的制定上必须加强实验教学的分量,全面培养学生的动手能力和创新意识。采矿工程专业是与现场实际联系最为紧密的专业,而《井巷工程》和《矿山压力与岩层控制》是采矿工程专业三大主体专业课,课堂上的理论教学对于高招进来的大学生来说,许多专业知识太抽象,必须加强实验教学的内容。因此,井巷矿压实验室的建设将会为培养采矿工程的学生提供了一个良好的教学平台。

  参考文献:

  [1]张富春,李友广。实验室的体制改革与实践[J]、实验室研究与探索,2006,(25)。

  [2]郭金良,陈兴。高校计算机实验教学之课堂教学探讨[J]、实验室科学,2006,(5)。

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