三維立體技術(shù)在采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

王創(chuàng)業(yè)

【摘要】畢業(yè)設(shè)計(jì)是采礦工程專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通有著不可替代的作用。但由于存在課程學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)、實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱和學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)效果不佳等原因造成學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在一定的問(wèn)題。將三維立體技術(shù)應(yīng)用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)中，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通、開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】三維立體技術(shù) 采礦工程 畢業(yè)設(shè)計(jì) 實(shí)踐教學(xué)

【Abstract】Graduation design is an important practical teaching section of mining engineering， which has an irreplaceable action in the digest of professional knowledge. But there are some reasons， such as long period of study， poor results of practice teaching and students eak professional course， which caused some problems in the graduation design. The three？鄄dimensional technology applied in mining engineering graduation design can improve the learning interest of the students， promote students mastery of professional knowledge， develop students innovative ability， so as to improve the teaching quality of graduation design.

【Key words】three？鄄dimensional technology； mining engineering； graduation design； practical teaching

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）07-0001-02

1.引言

采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是采礦工程專業(yè)必修的集中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，屬于專業(yè)教學(xué)模塊，其目的是在學(xué)生已完成專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)后，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式，綜合應(yīng)用和深化本專業(yè)所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生達(dá)到如下要求：①能綜合運(yùn)用多學(xué)科的理論知識(shí)與技能，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中的學(xué)習(xí)、研究和實(shí)際訓(xùn)練能夠?qū)⒗碚撜J(rèn)識(shí)深化、擴(kuò)展知識(shí)領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能；②學(xué)會(huì)依據(jù)課題任務(wù)進(jìn)行資料數(shù)據(jù)的調(diào)研、收集、加工與整理，訓(xùn)練學(xué)生正確使用各種設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、圖冊(cè)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)的程序、方法和基本原則，提高學(xué)生工程計(jì)算、圖紙繪制、編寫(xiě)技術(shù)文件的能力；③樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)、正確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和工程全局意識(shí)；④接受現(xiàn)代采礦工程師的基本訓(xùn)練，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為畢業(yè)后更好地適應(yīng)工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究及其它技術(shù)工作奠定必要的基礎(chǔ)。

由以上采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求可知，該教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生整體專業(yè)知識(shí)的整合與專業(yè)技能的提升將會(huì)有不可替代的作用。但是，在實(shí)際的教學(xué)中，由于專業(yè)課開(kāi)課時(shí)間較長(zhǎng)、學(xué)生缺乏大局觀、知識(shí)整合能力欠缺等造成采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)效果欠佳。因此，有必要采取先進(jìn)的教學(xué)方法與手段來(lái)提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、3S （ GIS，GPS，RS） 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字礦山近些年取得了長(zhǎng)足的發(fā)展[1-2]，而作為數(shù)字礦山的重要組成部分，將三維立體技術(shù)運(yùn)用于采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是一種有益的教學(xué)嘗試。

2.采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及原因

2.1存在的問(wèn)題

作為采礦工程專業(yè)培養(yǎng)體系的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生整體能力的提升作用毋庸置疑。內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程專業(yè)的培養(yǎng)特色是露天與井工開(kāi)采并重，因此在過(guò)去相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要完成兩部分內(nèi)容，即露天開(kāi)采方案設(shè)計(jì)與井工開(kāi)采方案設(shè)計(jì)。近些年，考慮到要與學(xué)生就業(yè)相結(jié)合，同時(shí)也是為了提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量、減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，因此按照學(xué)生的就業(yè)安排相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。這也就意味著，就業(yè)去向是露天礦山的學(xué)生安排露天畢業(yè)設(shè)計(jì)，就業(yè)去向是井工礦山則安排做井工畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)整畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了保證，但是在實(shí)際教學(xué)中仍然存在教學(xué)內(nèi)容生疏、整合知識(shí)能力差、對(duì)礦山感性認(rèn)識(shí)有限、動(dòng)手能力弱等問(wèn)題。

2.2產(chǎn)生問(wèn)題的原因

①課程學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，教學(xué)內(nèi)容生疏

由于采礦工程專業(yè)自學(xué)生在大二下半學(xué)期就開(kāi)設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課，再經(jīng)過(guò)大三一整學(xué)期、大四上半學(xué)期的專業(yè)課學(xué)習(xí)，等到學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，前后經(jīng)歷了2年時(shí)間，因此學(xué)生對(duì)部分課程的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)生疏，影響了學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用。

②實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，感性認(rèn)識(shí)有限

對(duì)于工程類專業(yè)，實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)是提高學(xué)生感性認(rèn)識(shí)的重要手段。采礦工程專業(yè)的主要的實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)包括生產(chǎn)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，然而受限于礦山企業(yè)這類高危生產(chǎn)單位的安全限制，在學(xué)生進(jìn)行礦山實(shí)習(xí)時(shí)常常是被技術(shù)人員帶領(lǐng)走馬觀花式的看一下企業(yè)生產(chǎn)流程，這樣就造成學(xué)生實(shí)習(xí)效果差，缺乏對(duì)礦山的感性認(rèn)識(shí)。

③就業(yè)壓力大，學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)效果不佳

對(duì)于采礦工程專業(yè)來(lái)說(shuō)，大四的上半學(xué)期是專業(yè)課的集中學(xué)習(xí)時(shí)間。在這一時(shí)間內(nèi)，需要學(xué)習(xí)的專業(yè)課包括《露天采礦工藝》、《露天礦設(shè)計(jì)原理》、《煤礦地下開(kāi)采》、《金屬礦地下開(kāi)采》、《礦山環(huán)境保護(hù)》、《礦山安全》、《露天礦運(yùn)輸及道路設(shè)計(jì)》、《采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)》等，這些都是畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要組成內(nèi)容。但是由于近些年學(xué)生就業(yè)形勢(shì)不好，就業(yè)壓力逼迫學(xué)生不得不花費(fèi)大量的時(shí)間與精力或找工作、或復(fù)習(xí)考研、或復(fù)習(xí)考公務(wù)員等等，因此學(xué)生對(duì)本該掌握的專業(yè)課沒(méi)有掌握。

以上造成畢業(yè)設(shè)計(jì)困難的原因中，對(duì)于因?qū)W習(xí)周期長(zhǎng)以及學(xué)習(xí)時(shí)間不夠而造成的知識(shí)內(nèi)容欠缺可以在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間由指導(dǎo)教師補(bǔ)充講解，而對(duì)礦山感性認(rèn)識(shí)缺乏就目前來(lái)說(shuō)解決較困難。基于統(tǒng)一的空間和時(shí)間四維坐標(biāo)，將礦山中的所有信息（包地形、建筑、地層、構(gòu)造、礦床礦體、危險(xiǎn)源、井巷工程、開(kāi)采單元、采場(chǎng)、工作面、設(shè)備、人員、監(jiān)控系統(tǒng)等） 可視化后，能夠建立真三維礦山地理信息模型[2]，而借助三維立體技術(shù)可讓學(xué)生立體地觀察到礦山的組成，由此可提高學(xué)生對(duì)礦山的感性認(rèn)識(shí)。

3.教學(xué)案例分析

這里以井工開(kāi)采畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，講解三維立體技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

對(duì)于井工開(kāi)采畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，第一步需要設(shè)計(jì)礦床的開(kāi)拓系統(tǒng)。在開(kāi)拓系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，才能完成采礦方法、通風(fēng)系統(tǒng)、運(yùn)輸與提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這類似于建筑中的框架結(jié)構(gòu)，由此可見(jiàn)其重要性。由于前述種種原因，學(xué)生對(duì)于該部分缺乏直觀認(rèn)識(shí)，無(wú)法在思想中想象開(kāi)拓系統(tǒng)是什么樣子，因此設(shè)計(jì)開(kāi)拓系統(tǒng)時(shí)困難重重。而教材中關(guān)于開(kāi)拓系統(tǒng)的圖例缺乏立體感，無(wú)法引導(dǎo)學(xué)生。試舉教材上盤(pán)豎井開(kāi)拓方案布置圖見(jiàn)圖1[3]。

結(jié)合教材中關(guān)于圖1中的圖示1-5的備注，雖然能夠明白開(kāi)拓系統(tǒng)的組成，但是無(wú)法將該圖與礦山其他系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，對(duì)于學(xué)生的指導(dǎo)作用不大。

如若采用三維立體技術(shù)，則建立的模型立體圖可見(jiàn)圖2。

圖2是基于三維立體技術(shù)所建立的某礦豎井開(kāi)拓系統(tǒng)圖，從圖中可以清晰地看到開(kāi)拓系統(tǒng)的組成，包括井筒與各階段巷道的位置、相互空間關(guān)系；礦井在生產(chǎn)過(guò)程中的通風(fēng)線路；礦難事故發(fā)生時(shí)的避災(zāi)路線；甚至還包括井底車場(chǎng)、溜井、水倉(cāng)這些細(xì)部結(jié)構(gòu)在開(kāi)拓系統(tǒng)中的位置。對(duì)比圖1與圖2，同樣是豎井開(kāi)拓系統(tǒng)圖，但圖2對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)意義就相當(dāng)有效。

4.教學(xué)效果

通過(guò)在內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程2013屆、2014屆這兩屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐，教學(xué)效果如下：①提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)觀摩三維立體模型，學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的態(tài)度發(fā)生明顯改變，由以前的被逼著做轉(zhuǎn)為主動(dòng)追著做，設(shè)計(jì)進(jìn)度明顯加快，學(xué)生畢業(yè)成績(jī)的優(yōu)良率明顯增加；②促進(jìn)了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。經(jīng)過(guò)三維立體技術(shù)，有效地將《金屬礦地下開(kāi)采》、《礦井通風(fēng)》、《礦山安全》、《井巷工程》以及《采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)》中所學(xué)到的知識(shí)融合成了一個(gè)整體，提高了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合認(rèn)識(shí)，達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和要求；③開(kāi)發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生在了解到三維立體建模技術(shù)后，對(duì)數(shù)字礦山產(chǎn)生了濃厚的興趣，更有同學(xué)利用課外時(shí)間自學(xué)建模技術(shù)，并取得了較好的實(shí)踐成果。

5.結(jié)語(yǔ)

將三維建模技術(shù)應(yīng)用在采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)中，可以在學(xué)生對(duì)礦山感性認(rèn)識(shí)不足的情況下，擴(kuò)充學(xué)生對(duì)于礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的立體認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的理解，進(jìn)而提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。但掌握三維建模技術(shù)需要許多專業(yè)以外的知識(shí)，這對(duì)于采礦工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)難度較大。利用該技術(shù)建立的礦山生產(chǎn)系統(tǒng)只是起到輔助教學(xué)展示的作用，并不能完全取代礦山生產(chǎn)實(shí)習(xí)所起到的作用。因此，最好的教學(xué)計(jì)劃安排應(yīng)該是先了解某礦山的三維立體模型，再安排去該礦山實(shí)習(xí)，最后結(jié)合該礦山做畢業(yè)設(shè)計(jì)，只有反復(fù)地對(duì)照學(xué)習(xí)，才能夠加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)效果。

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