“金屬礦通風(fēng)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

姜元勇 曹建立

摘要：金屬礦通風(fēng)是采礦工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，為深部和高海拔地區(qū)金屬礦產(chǎn)資源的安全高效開采提供關(guān)鍵的理論支持和技術(shù)支撐。文章通過對(duì)比分析“金屬礦通風(fēng)”與“煤礦通風(fēng)”的異同，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：金屬礦通風(fēng);課程架構(gòu);以學(xué)生為中心;教學(xué)改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2019）41-0088-02

隨著地球深部和高海拔地區(qū)金屬礦產(chǎn)資源的開采，金屬礦通風(fēng)的作用進(jìn)一步凸顯，學(xué)習(xí)和研究的重要性得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化[1，2]。金屬礦通風(fēng)課程以流體力學(xué)、熱力學(xué)和物理化學(xué)為理論基礎(chǔ)，運(yùn)用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒和熱力學(xué)基本定律，獲得具有工程意義的數(shù)學(xué)描述。由于煤礦通風(fēng)的研究起步早，教材較多，金屬礦通風(fēng)教材和教學(xué)方法多數(shù)參考煤礦通風(fēng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，金屬礦通風(fēng)特色不夠突出。因此，有必要對(duì)比分析金屬礦與煤礦通風(fēng)的異同，研究適合金屬礦通風(fēng)特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

一、金屬礦與煤礦通風(fēng)的對(duì)比分析

1.對(duì)通風(fēng)工作的重視程度不同。由于煤礦產(chǎn)量較大，機(jī)械設(shè)備較多，產(chǎn)塵量大，瓦斯突出事故傷亡人數(shù)多、影響范圍廣，因此煤礦重視通風(fēng)工作，通風(fēng)設(shè)計(jì)完備且先進(jìn)，并且一般煤礦均設(shè)有專門的通風(fēng)管理部門。而金屬礦山，一般情況下沒有瓦斯災(zāi)害，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的要求不如煤礦高，尤其是小型金屬礦山，經(jīng)常出現(xiàn)無機(jī)械通風(fēng)設(shè)施，或者通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不規(guī)范的情況。

2.通風(fēng)系統(tǒng)的工作目的存在差別。盡管金屬礦和煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)都有為井下作業(yè)人員提供呼吸和排塵的作用，但是，對(duì)于深部金屬礦山，通風(fēng)系統(tǒng)還承擔(dān)著不可忽視的降溫作用。而煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)，主要承擔(dān)防控瓦斯災(zāi)害的作用。

3.通風(fēng)系統(tǒng)的空間分布狀態(tài)不同。金屬礦的礦體產(chǎn)狀與煤礦不同，金屬礦大多呈傾斜產(chǎn)出，礦體形狀不規(guī)則，而煤礦多數(shù)呈水平（或近水平）的層狀產(chǎn)出。這使得金屬礦的通風(fēng)井巷隨著礦體呈現(xiàn)出明顯的空間分布狀態(tài)，而煤礦通風(fēng)井巷多為平面分布狀態(tài)。

4.通風(fēng)系統(tǒng)的工作活動(dòng)狀態(tài)不同。金屬礦床開采過程中，通常多個(gè)中段同時(shí)作業(yè)，這就要求通風(fēng)井巷也在多中段同時(shí)有效工作，而煤礦通風(fēng)井巷不存在多中段工作的情況。

鑒于以上諸多不同，需要在教學(xué)過程中有針對(duì)性的進(jìn)行改革，以便滿足培養(yǎng)金屬礦通風(fēng)人才的需求。

二、金屬礦通風(fēng)教學(xué)改革與實(shí)踐措施

1.教學(xué)內(nèi)容方面。（1）事故案例分析，提升學(xué)生對(duì)金屬礦通風(fēng)重要性的認(rèn)識(shí)。在課程講解的緒論階段，通過視頻的形式，向?qū)W生展示金屬礦由于通風(fēng)不良所造成的事故，如炮煙中毒、電纜和坑木起火、工人中暑和矽肺等。讓學(xué)生切實(shí)感受到金屬礦通風(fēng)工作的必要性和重要性，從思想上真正認(rèn)識(shí)到良好的通風(fēng)是采礦作業(yè)正常進(jìn)行的基本前提之一。隨著深部金屬礦產(chǎn)資源的開采，地?zé)釂栴}突出，通風(fēng)的降溫作用得到了進(jìn)一步的重視，認(rèn)識(shí)到金屬礦通風(fēng)的重要性，學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣得到了很大的提升。（2）國內(nèi)外教材相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的國際視野。將國外教材“Subsurface Ventilation Engineering”引入到教學(xué)中，使學(xué)生能夠切實(shí)體會(huì)到中外教材之間的差異，感受到國外通風(fēng)課程的側(cè)重點(diǎn)。通過國內(nèi)外教材的結(jié)合，使學(xué)生對(duì)礦井通風(fēng)課程的認(rèn)識(shí)更加深入，對(duì)礦井通風(fēng)的國際研究和發(fā)展現(xiàn)狀更加熟悉。（3）室內(nèi)典型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟練掌握金屬礦基本通風(fēng)參數(shù)的測試方法。通風(fēng)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充[3]，在實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生展示和講解通風(fēng)測試儀器，如氣壓計(jì)、壓差計(jì)、溫度濕度計(jì)、風(fēng)速表、皮托管等，通過學(xué)生親自動(dòng)手操作，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)壓力測定、風(fēng)量測定、流場系數(shù)測定、風(fēng)機(jī)特性測定等，理解測試原理，掌握測試方法。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣由顚W(xué)生對(duì)測試儀器工作原理的理解，強(qiáng)化動(dòng)手動(dòng)腦的能力，真正體會(huì)到通風(fēng)測試規(guī)程的重要性，為現(xiàn)場測試奠定基礎(chǔ)。? （4）金屬礦實(shí)地考察和測量，加深學(xué)生對(duì)風(fēng)速、風(fēng)量和通風(fēng)構(gòu)筑物的認(rèn)識(shí)和理解。利用采礦工程認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，將通風(fēng)測試儀表帶入井下，在風(fēng)機(jī)房、典型通風(fēng)巷道和通風(fēng)構(gòu)筑物附近進(jìn)行測量，讓學(xué)生掌握通風(fēng)參數(shù)現(xiàn)場測量的方法和測量數(shù)據(jù)的處理方法。同時(shí)，對(duì)照礦山安全規(guī)程，讓學(xué)生體會(huì)通風(fēng)安全要求的重要性。通過現(xiàn)場學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)井巷和通風(fēng)構(gòu)筑物的認(rèn)識(shí)，切身感受到主要通風(fēng)井巷、輔助通風(fēng)井巷、采場、硐室、掘進(jìn)工作面等不同工作地點(diǎn)的通風(fēng)狀況。切身體會(huì)到風(fēng)速、溫度、濕度之間的聯(lián)系。

2.教學(xué)方法方面。（1）圍繞金屬礦通風(fēng)任務(wù)，讓學(xué)生明確課程架構(gòu)。金屬礦通風(fēng)的主要任務(wù)是將地面新鮮空氣連續(xù)地供給作業(yè)地點(diǎn)，稀釋并排出有毒有害氣體和粉塵，調(diào)節(jié)礦內(nèi)氣候條件，創(chuàng)造安全舒適的工作環(huán)境，為金屬礦產(chǎn)資源的安全高效開采提供基礎(chǔ)保障。可以看出，首先，金屬礦通風(fēng)要解決的是風(fēng)量問題。這自然而然的就引出了通風(fēng)動(dòng)力和通風(fēng)阻力的課程內(nèi)容。通風(fēng)動(dòng)力，可以分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。通風(fēng)阻力，可以分為摩擦阻力、局部阻力和正面阻力。其次，金屬礦通風(fēng)要解決的是風(fēng)質(zhì)問題。這必然引出礦內(nèi)大氣的相關(guān)知識(shí)。另外，金屬礦通風(fēng)還要解決降溫問題，這引出了礦內(nèi)熱源和人體溫度感知的相關(guān)知識(shí)。圍繞金屬礦通風(fēng)的主要任務(wù)，課程架構(gòu)一目了然。

（2）運(yùn)用專業(yè)軟件，向?qū)W生展示金屬礦通風(fēng)系統(tǒng)的時(shí)空分布。考慮到專業(yè)軟件已經(jīng)逐漸成為一種重要的教學(xué)手段[4]，以實(shí)際金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)為依據(jù)，使用AutoCAD、MapGIS、3DMax等繪圖軟件，將通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行三維展示，使學(xué)生建立起三維通風(fēng)系統(tǒng)的空間概念。使用3DVent、Ventsim、Fluent等軟件，模擬礦井風(fēng)流流動(dòng)和污染物運(yùn)移，讓學(xué)生從視覺上感受到礦內(nèi)風(fēng)流的三維流動(dòng)，分支復(fù)合，以及粉塵的運(yùn)動(dòng)。（3）以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生自主提出問題，解決問題。授課過程中運(yùn)用啟發(fā)式教育，讓學(xué)生假想置身于礦山環(huán)境中，如何區(qū)分通風(fēng)引起的問題？碰到通風(fēng)問題，如何處理？引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料，尋找類似礦山案例，提出解決問題的思路，進(jìn)而給出具體解決措施。通過運(yùn)用這種授課方式，提高了學(xué)生的課堂和課下參與度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。通過發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，增強(qiáng)了學(xué)生解決問題的自信心、獲得感和成就感。（4）與采礦方法相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的礦山系統(tǒng)思想。礦山的一切工作都是為采礦服務(wù)的，礦井通風(fēng)也不例外。在教學(xué)過程中，圍繞采礦方法講解通風(fēng)知識(shí)，不僅能夠使學(xué)生明確通風(fēng)的服務(wù)對(duì)象和要求，還可以培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思想。通風(fēng)設(shè)計(jì)一定要圍繞采礦設(shè)計(jì)進(jìn)行，并且要根據(jù)采礦設(shè)計(jì)的變更及時(shí)更新。將通風(fēng)與采礦方法相結(jié)合，不但有利于學(xué)生掌握通風(fēng)知識(shí)，而且加深了學(xué)生對(duì)采礦方法的認(rèn)識(shí)和理解。（5）工程問題理論化，理論問題工程化，有機(jī)結(jié)合互相促進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。礦井通風(fēng)是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，認(rèn)知、了解和定性認(rèn)識(shí)的知識(shí)占大多數(shù)，很多定量計(jì)算的知識(shí)點(diǎn)，也以經(jīng)驗(yàn)公式的形式給出。這導(dǎo)致許多同學(xué)對(duì)通風(fēng)知識(shí)的認(rèn)識(shí)局限于了解概念、熟記規(guī)程、掌握工程方法等。其實(shí)，任何一門學(xué)科的背后都有深刻的科學(xué)原理，只有全面深入地認(rèn)識(shí)到這些科學(xué)原理，并加以靈活運(yùn)用才能夠成功處理工程中遇到的各類棘手問題。如通風(fēng)能量方程的使用條件，空氣壓縮性可以忽略的條件，通風(fēng)基本定律（風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律、阻力定律）的適用范圍等。如果不指出和強(qiáng)調(diào)這些公式和定律的適用范圍，大部分同學(xué)在學(xué)習(xí)的過程中就會(huì)逐步淡忘這些限制條件，導(dǎo)致最終認(rèn)為這些公式和定律是普遍適用的。另外，當(dāng)對(duì)具體問題進(jìn)行深入研究時(shí)，好多同學(xué)都覺得無從下手，淺層次的定性分析和經(jīng)驗(yàn)方法無法滿足要求，此時(shí)就必須要深層次的挖掘工程問題的理論基礎(chǔ)，從理論方面尋求解決工程的新突破。

三、結(jié)論

通過實(shí)施上述教學(xué)改革措施，對(duì)傳統(tǒng)的基于煤炭行業(yè)的礦井通風(fēng)教材進(jìn)行了改進(jìn)，理清了金屬礦通風(fēng)教學(xué)的思路和重點(diǎn)。通過以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向的課程教學(xué)，使學(xué)生明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，理解了課程架構(gòu)。以學(xué)生為中心，中外教材相結(jié)合，開闊了學(xué)生的國際視野，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性得到了有力的提升。工程問題與理論問題相結(jié)合，打開了學(xué)生們深入研究工程實(shí)踐問題和科學(xué)問題的大門。

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