如何在金屬礦床地下開采課程教學中建立空間概念*

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

如何在金屬礦床地下開采課程教學中建立空間概念*

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

針對采礦工程專業(yè)金屬礦床地下開采課程教學過程中多數(shù)學生對地下生產(chǎn)系統(tǒng)中錯綜復雜的空間關系難以建立起相應空間概念的問題，從模型實驗、數(shù)字化技術特征和課程體系的建設上論證了學生能力培養(yǎng)的教學目標及教學手段，提出了解決問題的方法。

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，是一門與工程實際結合非常緊密的以理論教學與實踐教學手段相結合為主的課程，在采礦工程專業(yè)整個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。在教學過程中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)學生對地下整個生產(chǎn)系統(tǒng)中錯綜復雜的各種井巷的空間關系及這些空間井巷與采礦工藝之間的關系搞不清楚，空間想象能力差，很難建立起相應的空間概念，導致學生學習積極性下降，成績難以提高且影響畢業(yè)設計的質(zhì)量。為了增強授課效果，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，迫切需要充實該課程的教學內(nèi)容，改進教學方式。

教學體系分析

（一）基本教學要求

對于采礦工程專業(yè)本科學生而言，通過金屬礦床地下開采課程的學習，應掌握礦井開拓、采區(qū)巷道布置及采礦方法的基本知識，了解礦井開采技術的發(fā)展趨勢，初步培養(yǎng)采礦工程圖識別和繪制能力，具備采礦方法、采區(qū)巷道布置和礦井建設方案等設計的初步能力。

（二）主要教學內(nèi)容

在實際的金屬礦床地下開采中，最基本的生產(chǎn)過程是各種掘和采的活動。前者是從地面掘出一系列進入礦體的井筒、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。礦井開拓是礦井設計、建設和生產(chǎn)的全局性、戰(zhàn)略性的部署；采區(qū)巷道布置主要是針對生產(chǎn)礦井的區(qū)域性掘進活動；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。對于采礦工程本科學生而言，在有限的學習時間內(nèi)，主要是掌握該課程的基本知識以及具體的工藝和技術。

（三）傳統(tǒng)教學方法

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

教學重點和難點

（一）教學重點

礦井開拓 （1）礦體分類。根據(jù)厚度、傾角對礦體進行分類，以便選取合適的采礦工藝、技術和設備。（2）井田內(nèi)劃分。根據(jù)礦體類型，進一步劃分成采區(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；按服務范圍的不同分為開拓巷道、準備巷道和回采巷道。（4）井型分類、礦井生產(chǎn)能力及服務年限。針對不同的礦產(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)定相應的礦井最低服務年限。（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)、運輸系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和動力供應系統(tǒng)等主要生產(chǎn)系統(tǒng)。為形成各種生產(chǎn)系統(tǒng)，應有相應的井筒、巷道、硐室、設施和設備。（7）井底車場類型。按井筒形式劃分，有立井井底車場、斜井井底車場；按列車在車場內(nèi)運行方式不同劃分，有環(huán)形式井底車場、折返式井底車場等。

采區(qū)巷道布置教學重點 根據(jù)礦產(chǎn)資源種類和礦層賦存條件的不同，礦井階段被進一步劃分為采區(qū)或礦塊，布置相應的巷道和采礦工作面，如采準巷道位置、主要參數(shù)等內(nèi)容。

采礦方法及回采工藝教學重點 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，我國金屬礦產(chǎn)地下開采，從采場的礦山壓力管理角度，可以分為空場采礦法、充填采礦法和崩落采礦法等三大類采礦方法。

教學難點 井田內(nèi)劃分、礦山井巷布置的空間關系、井底車場和采區(qū)車場、礦井開拓和采準巷道布置、回采工藝等是本課程教學的難點。因礦山井筒、巷道的種類繁多，采礦方法較多，回采工藝復雜，學生對錯綜復雜的各種井巷的空間關系及這些空間井巷與采礦工藝之間的關系不容易弄清楚，在課程教學中對此應特別加以重視。

教學方式探討

（一）理論教學

第一，在保證基礎內(nèi)容、不增加教學時數(shù)的前提下，對課程內(nèi)容加以調(diào)整和更新。數(shù)字化技術是采礦工程現(xiàn)代技術發(fā)展的重要趨勢，因此，在當前的采礦工程本科教學中，應積極建立數(shù)字化技術的教學理念，改變目前采礦工程專業(yè)的傳統(tǒng)教學模式。通過引入Surpac、Dimine等數(shù)字化軟件，增加教學過程中的直觀性與思考性，將理論知識在建立虛擬采礦模型的過程中消化吸收并延伸到實際工程問題中，如圖1所示。

圖1 數(shù)字化礦圖

第二，增加與工程實際相關的研究型、設計型、綜合型作業(yè)，通過這類作業(yè)形式重點培養(yǎng)學生綜合應用理論知識解決工程問題的能力，培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新精神。

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

圖2 教學立體模型示意圖

（二）實踐教學

第一，開設采礦模型實驗課。目前，我校采礦實驗室引進與研發(fā)了一系列采礦教學模型，雖然不太齊全，但對鞏固學生課堂所學理論知識，幫助學生建立礦井空間概念，進行工程素質(zhì)基本訓練等起著重要作用。同時，也可鼓勵學生在教師的指導下參與制作一些便于在課堂上使用的教學模型，將培養(yǎng)學生空間想象能力的各種教學方法與手段引入到金屬礦床地下開采課程教學過程中，使學生加強對課程內(nèi)容的分析能力和理解能力，提高學習效率。第二，針對教學過程中的具體問題，有目的、有計劃地在實習過程中答疑解難、總結經(jīng)驗。因?qū)嵙晻r間及實習內(nèi)容所限，針對采礦方法教學過程中學生難以理解和把握的具體問題，教師應多收集一些現(xiàn)場資料，如生產(chǎn)錄像、施工設計等，采用豐富、直觀的影像和視頻資料來配合課堂理論教學，以增強教學效果。

（三）科研促進教學

建立科研梯隊，從礦山三維立體圖構模的數(shù)值方法入手，構建三維礦山開采的數(shù)值模型與軟件，通過采用數(shù)值模擬試驗課程的開設，為學生研究工程中的科學問題提供技術手段和試驗條件，為培養(yǎng)學生的試驗與創(chuàng)新能力提供一種新的技術手段。

在采礦工程專業(yè)教學體系中，空間想象是本課程的靈魂和支柱，要使學生樹立起空間概念和空間想象能力，教與學都存在著一定的難度。在教學實踐中應通過改革傳統(tǒng)教學方式，把握教學重心與關鍵，增強教學效果，使采礦工程專業(yè)本科教育適應現(xiàn)代技術的發(fā)展。

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（本文責任編輯：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)蒙古科技大學副教授，主要從事采礦工程方面的教學與研究。

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