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井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的改革與探索
井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的改革與探索
張輝a，李夢(mèng)珍b
（河南理工大學(xué)a、能源科學(xué)與工程學(xué)院；b、材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作454000）
摘要：分析了影響采礦工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的因素，探討了建立井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室在本科教學(xué)中的必要性和可行性。根據(jù)我校現(xiàn)有井巷模型室及礦壓實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀，提出了建設(shè)井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室的整體規(guī)劃。井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)將會(huì)為培養(yǎng)采礦工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提供了一個(gè)良好的教學(xué)平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；本科教學(xué)；采礦工程
基金項(xiàng)目：河南理工大學(xué)博士基金（B2014-055）
作者簡(jiǎn)介：張輝（1983-），男，河南民權(quán)人，博士，講師，碩士生導(dǎo)師，研究方向：采礦工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)和研究工作；李夢(mèng)珍（1983-），女，河南民權(quán)人，碩士，助教，研究方向：企業(yè)管理工作。
課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)是大學(xué)本科教育常用的三大教學(xué)方法，它們之間環(huán)環(huán)相扣、緊密相連，意在全面培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的把握，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，多方面、多渠道培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的橋梁和紐帶，是本科教學(xué)中重要的一環(huán)。采礦工程專(zhuān)業(yè)是培養(yǎng)學(xué)生具備礦床開(kāi)采的基本理論和方法，具備采礦工程師的基本能力，能在采礦領(lǐng)域等方面從事礦區(qū)開(kāi)發(fā)規(guī)劃、礦山設(shè)計(jì)、礦山安全技術(shù)及工程設(shè)計(jì)、監(jiān)察、生產(chǎn)技術(shù)管理科學(xué)研究的高等工程技術(shù)人才。要求采礦工程本科教學(xué)中重視課堂教學(xué)的同時(shí)，必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步進(jìn)行，而加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是采礦工程專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)的重要一環(huán)。
一、采礦工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的制約因素
1、教學(xué)大綱的制約。目前各高校只注重課堂教學(xué)的要求，在教學(xué)大綱中體現(xiàn)得尤為明顯。如一門(mén)采礦工程專(zhuān)業(yè)主要專(zhuān)業(yè)課《井巷工程》教學(xué)大綱的要求，課堂教學(xué)要求44學(xué)時(shí)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于課堂教學(xué)的時(shí)間，重理論教學(xué)的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。其次，大綱對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核機(jī)制未能全面體現(xiàn)，導(dǎo)致很多學(xué)生對(duì)有限的實(shí)驗(yàn)課程只是走走過(guò)場(chǎng)，即使提交了實(shí)驗(yàn)報(bào)告，全班級(jí)的同學(xué)也就一兩個(gè)模板，抄襲率太高。
2、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備更新速度太慢。隨著煤礦開(kāi)采科技水平的提高，新的技術(shù)和裝備不斷出現(xiàn)。煤礦走過(guò)這高速發(fā)展的十年黃金期（2003—2013年），許多舊的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備被淘汰，尤其是特大型煤礦的生產(chǎn)均采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。而高校的采礦工程課題教學(xué)選用的教材更新慢，與之相配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備更慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于科技的進(jìn)步，使得采礦工程培養(yǎng)的畢業(yè)生走向工作崗位必須從頭開(kāi)始。
3、實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y力量欠缺。目前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)多是兼職教師，誰(shuí)講授哪一個(gè)門(mén)課程誰(shuí)來(lái)講授該門(mén)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)，專(zhuān)門(mén)從事本實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的教師太少，我院實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師人數(shù)占課題教學(xué)教師的1/20以下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理人員也大部分是課堂教學(xué)的教師。這也與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入及實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的定位有較大的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師不能等同于高校的實(shí)驗(yàn)科研人員，有的實(shí)驗(yàn)室是用來(lái)純教學(xué)的，有的可以兼顧科研。再加上學(xué)�？己私處煹墓芾頇C(jī)制，使得更多的教師會(huì)選擇可以做科研的實(shí)驗(yàn)室（如采礦工程專(zhuān)業(yè)的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室）。
4、學(xué)生人數(shù)太多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備短缺。隨著煤炭形勢(shì)的好轉(zhuǎn)，采礦工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生顯著增加，由原來(lái)的一個(gè)班級(jí)（30人左右），增加到現(xiàn)在的六個(gè)班（180人左右），另外還有采礦單招班、采礦人才班等，每屆約300多人。在校學(xué)生雖然顯著增加，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備增添的太少，太慢。每次上實(shí)驗(yàn)課不得不1～2個(gè)班一起上課，更別說(shuō)讓學(xué)生自己動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)。很多實(shí)驗(yàn)教師不得不做演示性實(shí)驗(yàn)，根本達(dá)不到加深課題教學(xué)的效果，更是抑制了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。這也是很多大學(xué)畢業(yè)生畢業(yè)后動(dòng)手能力很差的原因。
二、井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室在本科教學(xué)中的作用
采礦工程專(zhuān)業(yè)課程主要開(kāi)設(shè)有：礦山機(jī)械、礦山測(cè)量學(xué)、礦山地質(zhì)學(xué)、井巷工程、礦山壓力與巖層控制、采礦學(xué)、礦井通風(fēng)、礦井安全技術(shù)等課程。其中《井巷工程》、《礦山壓力與巖層控制》和《采礦學(xué)》是采礦工程專(zhuān)業(yè)三大主題專(zhuān)業(yè)課。
首先，《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》兩門(mén)專(zhuān)業(yè)課在課程設(shè)置上有許多相通之處，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)上必然存在許多共性的地方。在這兩門(mén)課中，該部分的內(nèi)容均是本門(mén)課的重點(diǎn)，尤其對(duì)于《井巷工程》這門(mén)課更是重點(diǎn)的重點(diǎn)，包含了該門(mén)課程的絕大部分內(nèi)容。其次，采礦工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生大多是高考統(tǒng)招進(jìn)來(lái)的，沒(méi)有從事井下采礦工作的經(jīng)歷，認(rèn)識(shí)均是感性的、膚淺的，根本沒(méi)有深入體會(huì)，更不可能實(shí)地操作實(shí)驗(yàn)。而這兩門(mén)課又都是與實(shí)際結(jié)合最緊密的課程，在一定程度上比較抽象，使得僅靠課堂教學(xué)很難讓學(xué)生深刻體會(huì)和把握。
井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，讓學(xué)生實(shí)地操作礦井巷道施工與維護(hù)時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)，在消化課堂教學(xué)的內(nèi)容時(shí)會(huì)顯得輕松愉快，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。
三、井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室目前的現(xiàn)狀
目前，我�！毒锕こ獭氛n程實(shí)驗(yàn)室主要是井巷模型室，包括：各類(lèi)巷道的模型、巖巷及煤巷的施工模型、立井井筒施工模型及斜井施工模型。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ投际庆o止的東西，均是10多年沒(méi)變的模型，沒(méi)有讓學(xué)生可操作的實(shí)驗(yàn)，只是讓學(xué)生看模型，教師講原理，與課堂教學(xué)相差無(wú)幾。從采礦工程研究生一年級(jí)的調(diào)研結(jié)果來(lái)看，99%的學(xué)生根本不知道礦壓監(jiān)測(cè)的一些儀器，更別說(shuō)原理了。他們的反映是，當(dāng)時(shí)教師好像只是介紹了一遍，其他沒(méi)有什么印象了。這也是很多研究生動(dòng)手能力很差的原因所在。因此，可將井巷模型實(shí)和礦壓實(shí)驗(yàn)室中的部分分離出來(lái)，融入一些《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》兩門(mén)課中可供學(xué)生操作的實(shí)驗(yàn)，并增加原來(lái)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有，而目前礦山常使用的礦用支護(hù)材料和設(shè)備，建立井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室。
四、井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃
井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目標(biāo)是：滿足《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》、《礦壓測(cè)試技術(shù)》等專(zhuān)業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程的熱情和興趣，潛意識(shí)地增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論教學(xué)的理解和體會(huì)。根據(jù)《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》課程內(nèi)講授內(nèi)容的需要，融入目前先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的內(nèi)容主要包括四大塊：礦井支護(hù)材料展示區(qū)、設(shè)備展示區(qū)、實(shí)驗(yàn)操作區(qū)和巷道模型綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
1、礦井支護(hù)材料區(qū)。該區(qū)主要展示現(xiàn)階段礦井常用的支護(hù)材料，包括兩部分的內(nèi)容，分別為錨桿支護(hù)材料區(qū)、棚式支護(hù)區(qū)。通過(guò)該部分實(shí)物展示及實(shí)驗(yàn)教師的講解，可以讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)巷道錨桿支護(hù)的發(fā)展過(guò)程。
2、設(shè)備展示區(qū)。該區(qū)主要展示現(xiàn)階段與巷道施工及支護(hù)材料相匹配的設(shè)備，包括三方面的內(nèi)容，分別為鑿巖爆破區(qū)、巷道支護(hù)設(shè)備區(qū)、注漿設(shè)備區(qū)。
3、實(shí)驗(yàn)操作區(qū)。該區(qū)主要是通過(guò)搭建簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將設(shè)備展示區(qū)的設(shè)備讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)地操作，了解設(shè)備的工作原理及功能。
4、巷道模型綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該模型是根據(jù)井下巷道條件1∶1仿制的，讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)部實(shí)地感受巷道內(nèi)部的情況。
五、巷道模型綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要針對(duì)采礦工程本科專(zhuān)業(yè)課程《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》兩門(mén)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)使用，也可在采礦工程研究生課程《巷道圍巖控制技術(shù)》教學(xué)中使用，如圖1所示。
1、模型周邊立柱及橫
梁采用角鋼制作而成，傾斜巖層采用透明有機(jī)玻璃制作而成，安裝錨桿錨索及頂板離層儀的鉆孔也采用透明的有機(jī)玻璃制作，錨桿錨索及頂板離層儀采用真實(shí)的材料進(jìn)行安裝，錨桿錨索錨固端可采用樹(shù)脂錨固劑粘結(jié)也可以采用某種黏膠粘接，巷道模型可采用有機(jī)玻璃也可采用木制組合板加工而成。
2、模型將巷道圍巖地質(zhì)條件及發(fā)育情況融入進(jìn)去。模型直觀展示出：巷道掘進(jìn)頭的鑿巖爆破破巖、裝巖與調(diào)車(chē)過(guò)程；展示多種支護(hù)形式（U型鋼支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)、錨網(wǎng)噴支護(hù)）；直觀展示礦壓監(jiān)測(cè)儀器的安裝、監(jiān)測(cè)過(guò)程及安裝監(jiān)測(cè)原理；并可以讓學(xué)生在模型內(nèi)部進(jìn)行模擬錨桿、錨索的錨固力拉拔試驗(yàn)、錨桿預(yù)緊力試驗(yàn)、錨桿錨索的安裝、鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)等。
3、本模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)合上表中的設(shè)備材料，可以直觀講述《井巷工程》課程：第二章鑿巖爆破、第三章巷道斷面設(shè)計(jì)、第四章巖巷施工及第六章巷道支護(hù)的絕大部分內(nèi)容，這些內(nèi)容也是本門(mén)課程的主要關(guān)鍵部分，是本門(mén)課的重點(diǎn)。第七章巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、第八章巷道維護(hù)原理及支護(hù)技術(shù)的內(nèi)容也大部分包括其中，而該部分又是本門(mén)課程的一大部分。
對(duì)于研究生的教學(xué)《巷道圍巖控制技術(shù)》不言而喻。目前研一的采礦碩士研究真正在井下實(shí)習(xí)鍛煉的機(jī)會(huì)很少，很多都是生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)下了一兩次井，對(duì)煤巷井巷的很多知識(shí)根本不了解。而研一的學(xué)生主要在學(xué)校學(xué)習(xí)理論知識(shí)，出去鍛煉的機(jī)會(huì)很少，通過(guò)該模型的參觀和部分的可操作試驗(yàn)，很直觀地了解井巷的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
六、結(jié)語(yǔ)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的橋梁和紐帶，是本科教學(xué)中重要的一環(huán)。在高校教學(xué)大綱的制定上必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的分量，全面培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。采礦工程專(zhuān)業(yè)是與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際聯(lián)系最為緊密的專(zhuān)業(yè)，而《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》是采礦工程專(zhuān)業(yè)三大主體專(zhuān)業(yè)課，課堂上的理論教學(xué)對(duì)于高招進(jìn)來(lái)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)太抽象，必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。因此，井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將會(huì)為培養(yǎng)采礦工程的學(xué)生提供了一個(gè)良好的教學(xué)平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)：
[1]張富春，李友廣。實(shí)驗(yàn)室的體制改革與實(shí)踐[J]、實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006，（25）。
[2]郭金良，陳興。高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之課堂教學(xué)探討[J]、實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2006，（5）。
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