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井巷礦壓實驗室建設在實驗教學中的改革與探索
井巷礦壓實驗室建設在實驗教學中的改革與探索
張輝a，李夢珍b
（河南理工大學a、能源科學與工程學院；b、材料科學與工程學院，河南焦作454000）
摘要：分析了影響采礦工程專業實驗教學的因素，探討了建立井巷礦壓實驗室在本科教學中的必要性和可行性。根據我校現有井巷模型室及礦壓實驗室的現狀，提出了建設井巷礦壓實驗室的整體規劃。井巷礦壓實驗室建設將會為培養采礦工程專業的學生提供了一個良好的教學平臺。
關鍵詞：實驗室建設；實驗教學；本科教學；采礦工程
基金項目：河南理工大學博士基金（B2014-055）
作者簡介：張輝（1983-），男，河南民權人，博士，講師，碩士生導師，研究方向：采礦工程專業教學和研究工作；李夢珍（1983-），女，河南民權人，碩士，助教，研究方向：企業管理工作。
課堂教學、實驗教學和實踐教學是大學本科教育常用的三大教學方法，它們之間環環相扣、緊密相連，意在全面培養學生對知識的把握，提高學生的動手能力和創新意識，多方面、多渠道培養學生的綜合能力。實驗教學是課堂教學和實踐教學的橋梁和紐帶，是本科教學中重要的一環。采礦工程專業是培養學生具備礦床開采的基本理論和方法，具備采礦工程師的基本能力，能在采礦領域等方面從事礦區開發規劃、礦山設計、礦山安全技術及工程設計、監察、生產技術管理科學研究的高等工程技術人才。要求采礦工程本科教學中重視課堂教學的同時，必須加強實踐教學和實驗教學同步進行，而加強實驗室建設是采礦工程專業本科教學的重要一環。
一、采礦工程專業實驗教學的制約因素
1、教學大綱的制約。目前各高校只注重課堂教學的要求，在教學大綱中體現得尤為明顯。如一門采礦工程專業主要專業課《井巷工程》教學大綱的要求，課堂教學要求44學時，而實驗教學僅4學時，實驗教學遠遠低于課堂教學的時間，重理論教學的現象十分嚴重。其次，大綱對實驗教學的考核機制未能全面體現，導致很多學生對有限的實驗課程只是走走過場，即使提交了實驗報告，全班級的同學也就一兩個模板，抄襲率太高。
2、實驗教學設備更新速度太慢。隨著煤礦開采科技水平的提高，新的技術和裝備不斷出現。煤礦走過這高速發展的十年黃金期（2003—2013年），許多舊的生產技術和設備被淘汰，尤其是特大型煤礦的生產均采用先進的技術和設備。而高校的采礦工程課題教學選用的教材更新慢，與之相配套的實驗教學設備更慢，遠遠落后于科技的進步，使得采礦工程培養的畢業生走向工作崗位必須從頭開始。
3、實驗室師資力量欠缺。目前高校實驗教學多是兼職教師，誰講授哪一個門課程誰來講授該門實驗課程的實驗，專門從事本實驗室教學的教師太少，我院實驗教學教師人數占課題教學教師的1/20以下，實驗教學的管理人員也大部分是課堂教學的教師。這也與實驗教學的投入及實驗教學人員的定位有較大的關系。實驗教學的教師不能等同于高校的實驗科研人員，有的實驗室是用來純教學的，有的可以兼顧科研。再加上學校考核教師的管理機制，使得更多的教師會選擇可以做科研的實驗室（如采礦工程專業的巖石力學實驗室）。
4、學生人數太多，實驗教學設備短缺。隨著煤炭形勢的好轉，采礦工程專業的學生顯著增加，由原來的一個班級（30人左右），增加到現在的六個班（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。在校學生雖然顯著增加，但實驗教學設備增添的太少，太慢。每次上實驗課不得不1～2個班一起上課，更別說讓學生自己動手操作實驗。很多實驗教師不得不做演示性實驗，根本達不到加深課題教學的效果，更是抑制了學生的動手能力和創新能力。這也是很多大學畢業生畢業后動手能力很差的原因。
二、井巷礦壓實驗室在本科教學中的作用
采礦工程專業課程主要開設有：礦山機械、礦山測量學、礦山地質學、井巷工程、礦山壓力與巖層控制、采礦學、礦井通風、礦井安全技術等課程。其中《井巷工程》、《礦山壓力與巖層控制》和《采礦學》是采礦工程專業三大主題專業課。
首先，《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》兩門專業課在課程設置上有許多相通之處，在實驗室建設上必然存在許多共性的地方。在這兩門課中，該部分的內容均是本門課的重點，尤其對于《井巷工程》這門課更是重點的重點，包含了該門課程的絕大部分內容。其次，采礦工程專業的學生大多是高考統招進來的，沒有從事井下采礦工作的經歷，認識均是感性的、膚淺的，根本沒有深入體會，更不可能實地操作實驗。而這兩門課又都是與實際結合最緊密的課程，在一定程度上比較抽象，使得僅靠課堂教學很難讓學生深刻體會和把握。
井巷礦壓實驗室的建設，讓學生實地操作礦井巷道施工與維護時的一些實驗，在消化課堂教學的內容時會顯得輕松愉快，也提高了學生學習的熱情和積極性，在一定程度上培養了學生的動手能力和創新意識。
三、井巷礦壓實驗室目前的現狀
目前，我校《井巷工程》課程實驗室主要是井巷模型室，包括：各類巷道的模型、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。這些實驗模型都是靜止的東西，均是10多年沒變的模型，沒有讓學生可操作的實驗，只是讓學生看模型，教師講原理，與課堂教學相差無幾。從采礦工程研究生一年級的調研結果來看，99%的學生根本不知道礦壓監測的一些儀器，更別說原理了。他們的反映是，當時教師好像只是介紹了一遍，其他沒有什么印象了。這也是很多研究生動手能力很差的原因所在。因此，可將井巷模型實和礦壓實驗室中的部分分離出來，融入一些《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》兩門課中可供學生操作的實驗，并增加原來兩個實驗室沒有，而目前礦山常使用的礦用支護材料和設備，建立井巷礦壓實驗室。
四、井巷礦壓實驗室建設規劃
井巷礦壓實驗室建設的目標是：滿足《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》、《礦壓測試技術》等專業課程實驗教學的需要，培養學生的動手能力和創新意識，提高學生學習專業課程的熱情和興趣，潛意識地增強了學生對理論教學的理解和體會。根據《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》課程內講授內容的需要，融入目前先進的技術和設備，井巷礦壓實驗室建設的內容主要包括四大塊：礦井支護材料展示區、設備展示區、實驗操作區和巷道模型綜合實驗臺。
1、礦井支護材料區。該區主要展示現階段礦井常用的支護材料，包括兩部分的內容，分別為錨桿支護材料區、棚式支護區。通過該部分實物展示及實驗教師的講解，可以讓學生直觀認識巷道錨桿支護的發展過程。
2、設備展示區。該區主要展示現階段與巷道施工及支護材料相匹配的設備，包括三方面的內容，分別為鑿巖爆破區、巷道支護設備區、注漿設備區。
3、實驗操作區。該區主要是通過搭建簡易的實驗臺，將設備展示區的設備讓學生進行實地操作，了解設備的工作原理及功能。
4、巷道模型綜合實驗臺。該模型是根據井下巷道條件1∶1仿制的，讓學生進入實驗模型內部實地感受巷道內部的情況。
五、巷道模型綜合實驗臺
本實驗臺主要針對采礦工程本科專業課程《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》兩門專業課教學使用，也可在采礦工程研究生課程《巷道圍巖控制技術》教學中使用，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玻璃制作，錨桿錨索及頂板離層儀采用真實的材料進行安裝，錨桿錨索錨固端可采用樹脂錨固劑粘結也可以采用某種黏膠粘接，巷道模型可采用有機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條件及發育情況融入進去。模型直觀展示出：巷道掘進頭的鑿巖爆破破巖、裝巖與調車過程；展示多種支護形式（U型鋼支護、錨網支護、錨網噴支護）；直觀展示礦壓監測儀器的安裝、監測過程及安裝監測原理；并可以讓學生在模型內部進行模擬錨桿、錨索的錨固力拉拔試驗、錨桿預緊力試驗、錨桿錨索的安裝、鉆進實驗等。
3、本模型實驗臺結合上表中的設備材料，可以直觀講述《井巷工程》課程：第二章鑿巖爆破、第三章巷道斷面設計、第四章巖巷施工及第六章巷道支護的絕大部分內容，這些內容也是本門課程的主要關鍵部分，是本門課的重點。第七章巷道礦壓顯現規律、第八章巷道維護原理及支護技術的內容也大部分包括其中，而該部分又是本門課程的一大部分。
對于研究生的教學《巷道圍巖控制技術》不言而喻。目前研一的采礦碩士研究真正在井下實習鍛煉的機會很少，很多都是生產實習時下了一兩次井，對煤巷井巷的很多知識根本不了解。而研一的學生主要在學校學習理論知識，出去鍛煉的機會很少，通過該模型的參觀和部分的可操作試驗，很直觀地了解井巷的專業知識。
六、結語
實驗教學是課堂教學和實踐教學的橋梁和紐帶，是本科教學中重要的一環。在高校教學大綱的制定上必須加強實驗教學的分量，全面培養學生的動手能力和創新意識。采礦工程專業是與現場實際聯系最為緊密的專業，而《井巷工程》和《礦山壓力與巖層控制》是采礦工程專業三大主體專業課，課堂上的理論教學對于高招進來的大學生來說，許多專業知識太抽象，必須加強實驗教學的內容。因此，井巷礦壓實驗室的建設將會為培養采礦工程的學生提供了一個良好的教學平臺。
參考文獻：
[1]張富春，李友廣。實驗室的體制改革與實踐[J]、實驗室研究與探索，2006，（25）。
[2]郭金良，陳興。高校計算機實驗教學之課堂教學探討[J]、實驗室科學，2006，（5）。
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