如何在金屬礦床地下開采課程教學(xué)中建立空間概念*

劉樹新 張 飛（內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

如何在金屬礦床地下開采課程教學(xué)中建立空間概念*

劉樹新 張 飛
（內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

針對(duì)采礦工程專業(yè)金屬礦床地下開采課程教學(xué)過(guò)程中多數(shù)學(xué)生對(duì)地下生產(chǎn)系統(tǒng)中錯(cuò)綜復(fù)雜的空間關(guān)系難以建立起相應(yīng)空間概念的問(wèn)題，從模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)字化技術(shù)特征和課程體系的建設(shè)上論證了學(xué)生能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)手段，提出了解決問(wèn)題的方法。

金屬礦床地下開采；空間概念；數(shù)字化礦山

金屬礦床地下開采作為采礦工程專業(yè)的主要必修專業(yè)課程，是一門與工程實(shí)際結(jié)合非常緊密的以理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)手段相結(jié)合為主的課程，在采礦工程專業(yè)整個(gè)課程體系中起著非常重要的作用。金屬礦床地下開采課程主要包括礦床開拓和采礦方法兩部分內(nèi)容。在教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生對(duì)地下整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中錯(cuò)綜復(fù)雜的各種井巷的空間關(guān)系及這些空間井巷與采礦工藝之間的關(guān)系搞不清楚，空間想象能力差，很難建立起相應(yīng)的空間概念，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降，成績(jī)難以提高且影響畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。為了增強(qiáng)授課效果，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，迫切需要充實(shí)該課程的教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式。

教學(xué)體系分析

（一）基本教學(xué)要求

對(duì)于采礦工程專業(yè)本科學(xué)生而言，通過(guò)金屬礦床地下開采課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握礦井開拓、采區(qū)巷道布置及采礦方法的基本知識(shí)，了解礦井開采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，初步培養(yǎng)采礦工程圖識(shí)別和繪制能力，具備采礦方法、采區(qū)巷道布置和礦井建設(shè)方案等設(shè)計(jì)的初步能力。

（二）主要教學(xué)內(nèi)容

在實(shí)際的金屬礦床地下開采中，最基本的生產(chǎn)過(guò)程是各種掘和采的活動(dòng)。前者是從地面掘出一系列進(jìn)入礦體的井筒、巷道，涉及全局性的井筒、巷道和區(qū)域性的巷道布置；后者涉及各類采礦方法和回采工藝，以及與采礦方法有關(guān)的局部性回采巷道布置。因此，金屬礦床地下開采課程的主要教學(xué)內(nèi)容可以分為礦井開拓、采區(qū)巷道布置和采礦方法及回采工藝等三大部分。礦井開拓是礦井設(shè)計(jì)、建設(shè)和生產(chǎn)的全局性、戰(zhàn)略性的部署；采區(qū)巷道布置主要是針對(duì)生產(chǎn)礦井的區(qū)域性掘進(jìn)活動(dòng)；采礦方法及回采工藝是以礦石開采為主要目的的采礦活動(dòng)。對(duì)于采礦工程本科學(xué)生而言，在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)，主要是掌握該課程的基本知識(shí)以及具體的工藝和技術(shù)。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)方法

以教師參照課本講解為主，結(jié)合課后作業(yè)、多媒體演示、選修課、實(shí)習(xí)、專題講座等形式。

教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

（一）教學(xué)重點(diǎn)

礦井開拓 （1）礦體分類。根據(jù)厚度、傾角對(duì)礦體進(jìn)行分類，以便選取合適的采礦工藝、技術(shù)和設(shè)備。（2）井田內(nèi)劃分。根據(jù)礦體類型，進(jìn)一步劃分成采區(qū)或礦塊。（3）礦山井巷分類。將礦山井巷按空間形態(tài)上的不同分為直立巷道、水平巷道和傾斜巷道；按服務(wù)范圍的不同分為開拓巷道、準(zhǔn)備巷道和回采巷道。（4）井型分類、礦井生產(chǎn)能力及服務(wù)年限。針對(duì)不同的礦產(chǎn)資源，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模將礦井分為大、中、小型礦井,并規(guī)定相應(yīng)的礦井最低服務(wù)年限。（5）礦井開拓方式。根據(jù)礦體地下賦存的空間形態(tài)和地形條件，可以選擇平硐開拓、斜井開拓或立井開拓等基本開拓方式，或同時(shí)利用幾種基本開拓方式的綜合開拓方式。（6）礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)。礦井有提升系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)等主要生產(chǎn)系統(tǒng)。為形成各種生產(chǎn)系統(tǒng)，應(yīng)有相應(yīng)的井筒、巷道、硐室、設(shè)施和設(shè)備。（7）井底車場(chǎng)類型。按井筒形式劃分，有立井井底車場(chǎng)、斜井井底車場(chǎng)；按列車在車場(chǎng)內(nèi)運(yùn)行方式不同劃分，有環(huán)形式井底車場(chǎng)、折返式井底車場(chǎng)等。

采區(qū)巷道布置教學(xué)重點(diǎn) 根據(jù)礦產(chǎn)資源種類和礦層賦存條件的不同，礦井階段被進(jìn)一步劃分為采區(qū)或礦塊，布置相應(yīng)的巷道和采礦工作面，如采準(zhǔn)巷道位置、主要參數(shù)等內(nèi)容。

采礦方法及回采工藝教學(xué)重點(diǎn) 不同的礦產(chǎn)資源種類，具有不同的采礦方法及回采工藝體系。目前，我國(guó)金屬礦產(chǎn)地下開采，從采場(chǎng)的礦山壓力管理角度，可以分為空?qǐng)霾傻V法、充填采礦法和崩落采礦法等三大類采礦方法。

教學(xué)難點(diǎn) 井田內(nèi)劃分、礦山井巷布置的空間關(guān)系、井底車場(chǎng)和采區(qū)車場(chǎng)、礦井開拓和采準(zhǔn)巷道布置、回采工藝等是本課程教學(xué)的難點(diǎn)。因礦山井筒、巷道的種類繁多，采礦方法較多，回采工藝復(fù)雜，學(xué)生對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的各種井巷的空間關(guān)系及這些空間井巷與采礦工藝之間的關(guān)系不容易弄清楚，在課程教學(xué)中對(duì)此應(yīng)特別加以重視。

教學(xué)方式探討

（一）理論教學(xué)

第一，在保證基礎(chǔ)內(nèi)容、不增加教學(xué)時(shí)數(shù)的前提下，對(duì)課程內(nèi)容加以調(diào)整和更新。數(shù)字化技術(shù)是采礦工程現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，因此，在當(dāng)前的采礦工程本科教學(xué)中，應(yīng)積極建立數(shù)字化技術(shù)的教學(xué)理念，改變目前采礦工程專業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)模式。通過(guò)引入Surpac、Dimine等數(shù)字化軟件，增加教學(xué)過(guò)程中的直觀性與思考性，將理論知識(shí)在建立虛擬采礦模型的過(guò)程中消化吸收并延伸到實(shí)際工程問(wèn)題中，如圖1所示。

圖1 數(shù)字化礦圖

第二，增加與工程實(shí)際相關(guān)的研究型、設(shè)計(jì)型、綜合型作業(yè)，通過(guò)這類作業(yè)形式重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神。

第三，使用多媒體課件教學(xué)，部分內(nèi)容動(dòng)畫演示，達(dá)到課堂內(nèi)容的直觀化、可視化，如圖2所示。

圖2 教學(xué)立體模型示意圖

（二）實(shí)踐教學(xué)

第一，開設(shè)采礦模型實(shí)驗(yàn)課。目前，我校采礦實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)與研發(fā)了一系列采礦教學(xué)模型，雖然不太齊全，但對(duì)鞏固學(xué)生課堂所學(xué)理論知識(shí)，幫助學(xué)生建立礦井空間概念，進(jìn)行工程素質(zhì)基本訓(xùn)練等起著重要作用。同時(shí)，也可鼓勵(lì)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下參與制作一些便于在課堂上使用的教學(xué)模型，將培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力的各種教學(xué)方法與手段引入到金屬礦床地下開采課程教學(xué)過(guò)程中，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)課程內(nèi)容的分析能力和理解能力，提高學(xué)習(xí)效率。第二，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中的具體問(wèn)題，有目的、有計(jì)劃地在實(shí)習(xí)過(guò)程中答疑解難、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。因?qū)嵙?xí)時(shí)間及實(shí)習(xí)內(nèi)容所限，針對(duì)采礦方法教學(xué)過(guò)程中學(xué)生難以理解和把握的具體問(wèn)題，教師應(yīng)多收集一些現(xiàn)場(chǎng)資料，如生產(chǎn)錄像、施工設(shè)計(jì)等，采用豐富、直觀的影像和視頻資料來(lái)配合課堂理論教學(xué)，以增強(qiáng)教學(xué)效果。

（三）科研促進(jìn)教學(xué)

建立科研梯隊(duì)，從礦山三維立體圖構(gòu)模的數(shù)值方法入手，構(gòu)建三維礦山開采的數(shù)值模型與軟件，通過(guò)采用數(shù)值模擬試驗(yàn)課程的開設(shè)，為學(xué)生研究工程中的科學(xué)問(wèn)題提供技術(shù)手段和試驗(yàn)條件，為培養(yǎng)學(xué)生的試驗(yàn)與創(chuàng)新能力提供一種新的技術(shù)手段。

在采礦工程專業(yè)教學(xué)體系中，空間想象是本課程的靈魂和支柱，要使學(xué)生樹立起空間概念和空間想象能力，教與學(xué)都存在著一定的難度。在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)通過(guò)改革傳統(tǒng)教學(xué)方式，把握教學(xué)重心與關(guān)鍵，增強(qiáng)教學(xué)效果，使采礦工程專業(yè)本科教育適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展。

[1]劉敦文，沈志男.在傳統(tǒng)專業(yè)的專業(yè)課教學(xué)中實(shí)施創(chuàng)新教育[J].成都教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，18（2）:35-36.

[2]羅承選.構(gòu)建“大采礦”學(xué)科體系培養(yǎng)優(yōu)秀能源科技人才[J].煤炭高等教育，2005，（6）：1-3.

[3]王衛(wèi)星，崔冰，趙芳高.金屬礦山數(shù)字化[J].金屬礦山，2005，（11）:1-3，73.

[4]姚芳，李哲.應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)推動(dòng)普通高校教學(xué)改革[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，4（8）.18-20.

[5]曹樹剛.采礦工程專業(yè)工程實(shí)踐性教學(xué)探討[J].高等建筑教育，2008，（2）：123-126.

[6]徐學(xué)鋒，劉少偉，韋四江，等.新形勢(shì)下采礦工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（3）:150-151.

[7]查文華.采礦工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)現(xiàn)狀及對(duì)策分析[J].科教文匯，2009，（7）：102-103.

（本文責(zé)任編輯：張維佳）

G712

A

1672-5727（2011）09-0101-02

劉樹新（1971—），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)副教授，主要從事采礦工程方面的教學(xué)與研究。

*本文系內(nèi)蒙古科技大學(xué)2009年教學(xué)(教改)研究項(xiàng)目《金屬礦床地下開采課程教學(xué)方法探討》（項(xiàng)目編號(hào)：JY2009109）的部分成果