淺談礦業工程實訓中心仿真模擬技術實踐

李楠

摘要：本文對我校礦業工程仿真模擬實驗室的現狀進行了全面的分析，總結了目前存在的問題，并從加強實驗室軟硬件投入、提高礦井現代化程度、井下大型設備儀器自主更新等方面對實訓中心的仿真模擬建設提出可行性建議。

關鍵詞：工程實訓 仿真模擬 建設

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

1工程仿真模擬技術的發展現狀

工程仿真模擬技術是國內外許多工程和基礎研究領域廣泛采用的技術， 具有建設投資少、建設周期短、見效快，易于考慮多種因素的綜合作用等優點，可減少投資風險以避免造成人力、資金的浪費。仿真技術已廣泛地應用于航天、航空、電力、化工、交通、軍事、經濟、醫學、建筑、制造等領域的研究、設計、訓練和開發。

2礦業實訓中心仿真模擬實驗室建設現狀及存在問題

實踐能力培養是高校人才培養的重要目標，很大程度上，學生實踐能力的鍛煉與提高是在實驗室中完成的，實驗室在培養高素質、應用型人才過程中發揮著舉足輕重的作用，這就對高校相關專業的實驗室建設提出了更高的要求。合理的硬件投入是高校實驗室建設的一大特點。隨著工程仿真持術的出現和日益完善，高校工程仿真模擬實驗技術的建設也有了一個長足的發展。尤其是近幾年來，許多高校在仿真模擬技術方面、包括仿真軟件方面有了進一步的投入，建設效果顯著。我校礦業工程綜合實訓中心經過幾年的建設，取得了較好的效果。2009年被批準為省級實驗教學示范中心。其最大的教學特色是在校內建有真實的實習模擬礦井，為礦業類學科本、專科生的認識實習、各種專業課程實驗提供了優良的現場環境。在當前煤炭生產特殊作業環境與安全環境條件下，煤炭企業不愿接受礦業類專業學生到現場實習，既使是有些企業接受了實習學生，也很少安排學生到實際工作崗位上進行實習，學生在實習單位無所事事，教學效果、現場動手操作時間難以保證。以我校教學礦井為主體建立的礦業工程綜合實訓中心，不受實際生產條件和環境的限制，只要實習條件滿足要求，學校可根據實踐教學需要靈活安排，有效、方便地解決煤炭主體專業實踐教學困難這一瓶頸，且費用低。另外，校內教學礦井面向全校理、工、經、管等學科門類學生開放，為各個專業學生提供多種選擇，使每位學生在不同層次上認識煤礦生產主要流程和涉及的關鍵技術。

礦業工程綜合實訓中心擁有獨特的校內實習礦井和多個功能實驗室，如通風、掘進、支護等實驗室，近年來硬件條件已具備較大規模，但仿真模擬技術應用發展較落后，還需進一步建設，使學生在教學礦井不僅有真實的體現，而且還可進行一些工程技術的仿真模擬操作，實虛結合，將會收到更好的實踐效果，便于學生對所學知識的全面掌握。

3進一步建設的模擬仿真的內容

面向礦山生產、整合礦山科技資源和現代模擬仿真技術， 構建一個支撐服務于礦業理論基礎研究、技術研發創新、技術服務和推廣的礦山仿真模擬平臺，是中心建設的目標。工程模擬仿真的建設形式可以考慮工程實物模型、模擬仿真軟件等。基于此，在工程仿真模擬環節重點思考和規劃以下幾方面的建設：

3.1加大礦業類仿真模型硬件設備投入

按一定比例縮小的實體模型是實現仿真模擬教學的一種重要手段，在礦業中心已有采煤實體模型庫的基礎上，應進一步加強建設，增加采礦模型的種類和數量，并對已有采礦模型進行分類整合，配備礦井開拓實物模型、延深實物模型，開拓實物包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等實物模型。

3.2加強仿真模擬軟件的研發與建設

進一步建設3D動畫教學模型庫，制作礦井開拓及延深三維模型，三維開拓模擬包括立井開拓、斜井開拓、平硐開拓等三維模型，模型中能夠反映不同開拓形式井筒結構差異、內部設施差異；完善模型課件，及時應用到實習、實訓課程；研究開發采區上下山開采期間的生產系統三維模型圖片，使其能反映出煤礦巷道中設備布置的情況，并能直觀反映出上山采區和下山采區各自的運煤及通過路線；繪制采煤工作面設備配置圖，包括主要機械，如采煤機、刮板輸送機及各類支架的控制配置，達到全面反映三機配套關系。

在煤礦開采學課程實習中加強對巷道布置三維動態模型的開發構建，進行煤礦中巷道布置的空間繪制、巷道以及各主要工作面中關鍵場所內設備的三維構建和動畫制作以及三維動畫在教學課件中的交互式操作及演示問題的研究和開發，學生通過全方位的三維動態模型熟練掌握巷道布置各向視圖，達到全面掌握煤礦開采技術的教學目標。

開發礦山安全經濟投入優化與產出效益動態模擬軟件。以礦區安全設備設施， 安全人力資源配備， 安全管理培訓等為依據和模型， 研究安全人員配備比、教育培訓的形式和頻率、安全應急設施布置優化技術與方法等， 研究滿足安全度的最優經濟投人， 同時， 研究安全度與安全效益的評價方法。

3.3提高礦井現代化程度

礦業中心教學礦井在原有的模擬仿真建設規模的基礎上，應進一步加強地上總調度室及采掘、提升等主要系統的建設，全面展示了現代化礦井的構成。建設的教學礦井綜合自動化系統充分利用礦井現有地面工業廣場、井下模擬巷道及各種設備，計劃建設為模擬現代化工礦企業控制平臺的綜合自動化系統，系統硬件全部采用工業現場實際設備，自主設計和集成，達到如同親臨工業現場的效果。

3.4井下大型設備儀器自主更新

擬設計對采煤機滾筒進行改造，一方面減小滾筒直徑，另一方面用更加輕型的材質替換原有笨重的采煤機滾筒鋼材，以便用較小的功率便能帶動采煤機的傳動軸并帶動輕型滾筒的旋轉，在不影響校區正常教學生活用電的前提下模擬井下采煤機割煤工序。原有巷道掘進鑿巖機具基礎上，需購置相關的錨桿、錨索等主要消耗性支護材料若干，學生可實際操作。實現“采、掘”運轉生產，讓整個礦井“動”起來，更加真實的模擬實際生產礦井環境，擴展礦井的實習功能，起到投入少、見效快，事半功倍的效果。

結語

礦業工程仿真模擬技術是實現礦業工程技術計算機化、信息化、智能化和自動化的關鍵技術與核心技術，高校實驗室在這方面的研究和應用仍處在初級階段， 與國際先進水平還有一定差距，有專業和學科優勢的高校應該看到其建設對培養高素質應用型人才的巨大前景，加強礦業工程仿真模擬技術的建設與研究，系統地、全面地研究開發計算機輔助系統集成化軟件平臺，促進我國礦業學科教育方式的發展及創新， 為為培養煤炭優秀人才做出更大的貢獻。

參考文獻：

1.陳建宏，礦山安全仿真模擬平臺建設關鍵技術[J]，礦業研究與開發2006.11

2.王衛國，虛擬仿真實驗教學中心建設思考與建議[J]，實驗室研究與探索2013.12

基金項目：山東省省級教學改革研究項目（No.2012248）