淺談礦業(yè)工程實訓(xùn)中心仿真模擬技術(shù)實踐

李楠

摘要：本文對我校礦業(yè)工程仿真模擬實驗室的現(xiàn)狀進行了全面的分析，總結(jié)了目前存在的問題，并從加強實驗室軟硬件投入、提高礦井現(xiàn)代化程度、井下大型設(shè)備儀器自主更新等方面對實訓(xùn)中心的仿真模擬建設(shè)提出可行性建議。

關(guān)鍵詞：工程實訓(xùn) 仿真模擬 建設(shè)

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1工程仿真模擬技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

工程仿真模擬技術(shù)是國內(nèi)外許多工程和基礎(chǔ)研究領(lǐng)域廣泛采用的技術(shù)， 具有建設(shè)投資少、建設(shè)周期短、見效快，易于考慮多種因素的綜合作用等優(yōu)點，可減少投資風(fēng)險以避免造成人力、資金的浪費。仿真技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于航天、航空、電力、化工、交通、軍事、經(jīng)濟、醫(yī)學(xué)、建筑、制造等領(lǐng)域的研究、設(shè)計、訓(xùn)練和開發(fā)。

2礦業(yè)實訓(xùn)中心仿真模擬實驗室建設(shè)現(xiàn)狀及存在問題

實踐能力培養(yǎng)是高校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)，很大程度上，學(xué)生實踐能力的鍛煉與提高是在實驗室中完成的，實驗室在培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型人才過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，這就對高校相關(guān)專業(yè)的實驗室建設(shè)提出了更高的要求。合理的硬件投入是高校實驗室建設(shè)的一大特點。隨著工程仿真持術(shù)的出現(xiàn)和日益完善，高校工程仿真模擬實驗技術(shù)的建設(shè)也有了一個長足的發(fā)展。尤其是近幾年來，許多高校在仿真模擬技術(shù)方面、包括仿真軟件方面有了進一步的投入，建設(shè)效果顯著。我校礦業(yè)工程綜合實訓(xùn)中心經(jīng)過幾年的建設(shè)，取得了較好的效果。2009年被批準(zhǔn)為省級實驗教學(xué)示范中心。其最大的教學(xué)特色是在校內(nèi)建有真實的實習(xí)模擬礦井，為礦業(yè)類學(xué)科本、專科生的認(rèn)識實習(xí)、各種專業(yè)課程實驗提供了優(yōu)良的現(xiàn)場環(huán)境。在當(dāng)前煤炭生產(chǎn)特殊作業(yè)環(huán)境與安全環(huán)境條件下，煤炭企業(yè)不愿接受礦業(yè)類專業(yè)學(xué)生到現(xiàn)場實習(xí)，既使是有些企業(yè)接受了實習(xí)學(xué)生，也很少安排學(xué)生到實際工作崗位上進行實習(xí)，學(xué)生在實習(xí)單位無所事事，教學(xué)效果、現(xiàn)場動手操作時間難以保證。以我校教學(xué)礦井為主體建立的礦業(yè)工程綜合實訓(xùn)中心，不受實際生產(chǎn)條件和環(huán)境的限制，只要實習(xí)條件滿足要求，學(xué)?？筛鶕?jù)實踐教學(xué)需要靈活安排，有效、方便地解決煤炭主體專業(yè)實踐教學(xué)困難這一瓶頸，且費用低。另外，校內(nèi)教學(xué)礦井面向全校理、工、經(jīng)、管等學(xué)科門類學(xué)生開放，為各個專業(yè)學(xué)生提供多種選擇，使每位學(xué)生在不同層次上認(rèn)識煤礦生產(chǎn)主要流程和涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

礦業(yè)工程綜合實訓(xùn)中心擁有獨特的校內(nèi)實習(xí)礦井和多個功能實驗室，如通風(fēng)、掘進、支護等實驗室，近年來硬件條件已具備較大規(guī)模，但仿真模擬技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較落后，還需進一步建設(shè)，使學(xué)生在教學(xué)礦井不僅有真實的體現(xiàn)，而且還可進行一些工程技術(shù)的仿真模擬操作，實虛結(jié)合，將會收到更好的實踐效果，便于學(xué)生對所學(xué)知識的全面掌握。

3進一步建設(shè)的模擬仿真的內(nèi)容

面向礦山生產(chǎn)、整合礦山科技資源和現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)， 構(gòu)建一個支撐服務(wù)于礦業(yè)理論基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新、技術(shù)服務(wù)和推廣的礦山仿真模擬平臺，是中心建設(shè)的目標(biāo)。工程模擬仿真的建設(shè)形式可以考慮工程實物模型、模擬仿真軟件等?；诖耍诠こ谭抡婺M環(huán)節(jié)重點思考和規(guī)劃以下幾方面的建設(shè)：

3.1加大礦業(yè)類仿真模型硬件設(shè)備投入

按一定比例縮小的實體模型是實現(xiàn)仿真模擬教學(xué)的一種重要手段，在礦業(yè)中心已有采煤實體模型庫的基礎(chǔ)上，應(yīng)進一步加強建設(shè)，增加采礦模型的種類和數(shù)量，并對已有采礦模型進行分類整合，配備礦井開拓實物模型、延深實物模型，開拓實物包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等實物模型。

3.2加強仿真模擬軟件的研發(fā)與建設(shè)

進一步建設(shè)3D動畫教學(xué)模型庫，制作礦井開拓及延深三維模型，三維開拓模擬包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等三維模型，模型中能夠反映不同開拓形式井筒結(jié)構(gòu)差異、內(nèi)部設(shè)施差異；完善模型課件，及時應(yīng)用到實習(xí)、實訓(xùn)課程；研究開發(fā)采區(qū)上下山開采期間的生產(chǎn)系統(tǒng)三維模型圖片，使其能反映出煤礦巷道中設(shè)備布置的情況，并能直觀反映出上山采區(qū)和下山采區(qū)各自的運煤及通過路線；繪制采煤工作面設(shè)備配置圖，包括主要機械，如采煤機、刮板輸送機及各類支架的控制配置，達到全面反映三機配套關(guān)系。

在煤礦開采學(xué)課程實習(xí)中加強對巷道布置三維動態(tài)模型的開發(fā)構(gòu)建，進行煤礦中巷道布置的空間繪制、巷道以及各主要工作面中關(guān)鍵場所內(nèi)設(shè)備的三維構(gòu)建和動畫制作以及三維動畫在教學(xué)課件中的交互式操作及演示問題的研究和開發(fā)，學(xué)生通過全方位的三維動態(tài)模型熟練掌握巷道布置各向視圖，達到全面掌握煤礦開采技術(shù)的教學(xué)目標(biāo)。

開發(fā)礦山安全經(jīng)濟投入優(yōu)化與產(chǎn)出效益動態(tài)模擬軟件。以礦區(qū)安全設(shè)備設(shè)施， 安全人力資源配備， 安全管理培訓(xùn)等為依據(jù)和模型， 研究安全人員配備比、教育培訓(xùn)的形式和頻率、安全應(yīng)急設(shè)施布置優(yōu)化技術(shù)與方法等， 研究滿足安全度的最優(yōu)經(jīng)濟投人， 同時， 研究安全度與安全效益的評價方法。

3.3提高礦井現(xiàn)代化程度

礦業(yè)中心教學(xué)礦井在原有的模擬仿真建設(shè)規(guī)模的基礎(chǔ)上，應(yīng)進一步加強地上總調(diào)度室及采掘、提升等主要系統(tǒng)的建設(shè)，全面展示了現(xiàn)代化礦井的構(gòu)成。建設(shè)的教學(xué)礦井綜合自動化系統(tǒng)充分利用礦井現(xiàn)有地面工業(yè)廣場、井下模擬巷道及各種設(shè)備，計劃建設(shè)為模擬現(xiàn)代化工礦企業(yè)控制平臺的綜合自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件全部采用工業(yè)現(xiàn)場實際設(shè)備，自主設(shè)計和集成，達到如同親臨工業(yè)現(xiàn)場的效果。

3.4井下大型設(shè)備儀器自主更新

擬設(shè)計對采煤機滾筒進行改造，一方面減小滾筒直徑，另一方面用更加輕型的材質(zhì)替換原有笨重的采煤機滾筒鋼材，以便用較小的功率便能帶動采煤機的傳動軸并帶動輕型滾筒的旋轉(zhuǎn)，在不影響校區(qū)正常教學(xué)生活用電的前提下模擬井下采煤機割煤工序。原有巷道掘進鑿巖機具基礎(chǔ)上，需購置相關(guān)的錨桿、錨索等主要消耗性支護材料若干，學(xué)生可實際操作。實現(xiàn)“采、掘”運轉(zhuǎn)生產(chǎn)，讓整個礦井“動”起來，更加真實的模擬實際生產(chǎn)礦井環(huán)境，擴展礦井的實習(xí)功能，起到投入少、見效快，事半功倍的效果。

結(jié)語

礦業(yè)工程仿真模擬技術(shù)是實現(xiàn)礦業(yè)工程技術(shù)計算機化、信息化、智能化和自動化的關(guān)鍵技術(shù)與核心技術(shù)，高校實驗室在這方面的研究和應(yīng)用仍處在初級階段， 與國際先進水平還有一定差距，有專業(yè)和學(xué)科優(yōu)勢的高校應(yīng)該看到其建設(shè)對培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的巨大前景，加強礦業(yè)工程仿真模擬技術(shù)的建設(shè)與研究，系統(tǒng)地、全面地研究開發(fā)計算機輔助系統(tǒng)集成化軟件平臺，促進我國礦業(yè)學(xué)科教育方式的發(fā)展及創(chuàng)新， 為為培養(yǎng)煤炭優(yōu)秀人才做出更大的貢獻。

參考文獻：

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基金項目：山東省省級教學(xué)改革研究項目（No.2012248）