建井工程結構課程教學改革研究與實踐

李東陽

摘要：針對我國土木工程礦山建設方向本科課程內容陳舊的問題，本文通過介紹《建井工程結構》課程的改革，論述了新的課程在課程內容更新，增加新的科技成果、雙語教學方面的改革與實踐。

關鍵詞：礦山建設;建井工程結構;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0084-02

隨著我國礦業建設迅猛發展，國家和社會等各方對礦山建設人才的培養質量都提出了很高的要求，由于種種原因，高校礦山建設類教材的發展遠遠跟不上礦建行業的發展。2011年，中國礦業大學（北京）開始在土木工程專業本科生中恢復了礦山建設方向，隨之開展了相應的教學梯隊建設和教材編寫工作。本文將簡要介紹4年來，《建井工程結構》課程教學改革和實踐情況。《建井工程結構》是面向礦業的土木工程專業的一門核心專業課程，通過該課程的學習，使學生能夠系統地掌握礦井設計和施工方面的基本理論、基本技術和基本方法。特別是煤炭工業基地的建設，建井工程作為煤炭開采的前期工程，是一項投資巨大、工期持久的基本建設工程。由于煤層賦存條件的原因，建井工程往往面臨各種復雜環境，例如東部地區幾百米厚的含水沖積層，有害氣體或者承壓水的突然涌出;西部地區侏羅系、白堊系特殊的地層條件，抗壓強度低、遇水泥化、涌水量大、注漿困難等。因此，現代的礦山建設對高校人才的知識結構必然會有更高的要求，以適應現代化煤炭工業基地建設的需要。

一、《建井工程結構》教材建設現狀

1999年教育部對全國學科專業調整，原有礦山建設工程專業并入到土木工程。保留開設該方向的高校陸續并入土木工程專業。國內在土木工程專業本科生中開設礦山建設方向的高校很少，主要是原有煤炭工業部的幾所大學，其行業背景也多以煤炭工程和金屬礦山建設工程為背景。過去主要使用的教材是陶寶祥、李和群、胡學文等編著的教材《建井工程結構》，1986年由煤炭工業出版社出版。主要內容包括5部分：天輪平臺、鑿井井架、鑿井施工用盤、整體式立井井壁，復合井壁。此后，關于建井工程結構的教材就一直沒有修訂和再版。而關于建井工程結構知識的更新與最新工程技術的進展多體現在一些工程技術手冊中，1986年，沈季良主編了《建井工程手冊》，1995年路耀華、崔增祁主編了《中國煤礦建井技術》，2003年崔云龍主編了《簡明建井工程手冊》，2007年王建平、靖洪文、劉志強主編了《礦山建設工程》，其中部分內容涉及建井工程結構。需要指出的是，這些手冊和教材為國家礦山建設行業的教育教學、人才培養、工程建設做出了重要的貢獻。這些教材和手冊分別對國內外各個時期的礦山建設工程的最新科技進展進行了總結。但是在本科教學中還存在一定的問題。主要是：①手冊內容繁多，知識結構欠梳理，不適合于本科教學。②缺乏反映最新技術水平的教學實例，施工過程影像，現代施工技術圖片。③相當大部分的專業知識已經過時，不能反映近10年來我國建井工程結構的最新進展，特別是施工技術進步方面的最新科技成果。

二、課程教學改革方案

總體思路是：以革新教材內容為中心，同時豐富教學手段和內容，對學生強化工程實踐與學習。

1.教材建設的思路。在新教材編寫過程中需要體現以下幾點新思路：①補充現代礦井建設施工技術和運行實際的相關知識，結合實際建設和生產來討論各部分設計計算內容，讓學生明白為什么要這樣設計，將設計計算和實際建設與生產過程結合起來，體現教材的時代性。②在知識結構的編排上，要形成合理的認知結構，要符合本科生學習的習慣。使其能夠從剛剛學習過的結構力學、材料力學、鋼結構、土力學中順利地將知識遷移過來，體現教材的先進性。③自1986年以來的29年間，我國在立井和斜井建設技術方面積累了大量的工程實際經驗，形成了一系列的行業新標準。在新編的教材中要補充這些知識成果，使學生能夠迅速地將學習的知識轉化為解決實際工作問題的技能，體現教材的實用性。④現代的土木工程設計已經和相關行業的設計計算軟件緊密地結合起來了，在新教材的編寫中，要對建井工程結構設計計算的相關計算軟件做初步的介紹，體現出教材知識結構的完整性。

2.教學內容更新。目前國內煤礦立井井深在800-1100m范圍內已建成多個，多采用立井短段掘砌的混合作業方式。以鑿井井架、礦井提升機、提升吊桶、傘鉆、抓巖機、MJY型整體式金屬模板為主體的機械化作業線。近年來針對鑿井技術裝備已經進行多次改造升級，逐步滿足了現代煤礦立井1000～1500m深井筒的安全、高效、快速施工需求。這些科技進步成果是需要通過教材引入課堂的。①技術裝備方面。需要補充的裝備方面的內容主要有：1）大型鑿井井架。目前我國礦山立井鑿井井架原在70年代開發的，共有5個系列6個型號，Ⅰ-Ⅴ型鑿井井架，最大的Ⅴ型井架僅能滿足立井井筒直徑8m、深度1100m的施工要求。為了滿足超大超深立井的需要，產學研單位合作研發了新型鑿井井架，VI型，VII型。主要性能指標得到了極大的提升。2）大型鑿井提升機。現在我國已研制生產出滾筒直徑5m的鑿井提升機，在提升鋼絲繩、最大靜張力、最大靜張力差、提升高度、提升速度、電機功率及配套電控等方面已經得到了很大的改進，這些內容需要補充。3）鑿井懸吊穩車。目前的立井用鑿井懸吊穩車常用16t、25t、40t幾種型號，容繩量大于1000m，可以基本滿足大直徑超深立井的建設要求。但是存在穩車體積大，鋼絲繩懸垂長等缺點，容易產生斷繩事故。需要向學生介紹穩車優化研究技術的進展、新型鑿井懸吊穩車的控制方式、PLC與變頻控制技術、過載安全保護等新技術的應用與進展。4）多層吊盤。需要增加介紹立井機械化施工與多層吊盤的內容，講解邁步式吊盤的工作原理。5）液壓鑿巖鉆架。主要增加介紹全液壓新型傘鉆，在提高鉆巖速度，降低機械噪音，基本杜絕粉塵污染方面的技術進展。6）中心回轉抓巖機。增加介紹斗容為1m3的大型液壓中心回轉式抓巖機，在提高抓巖能力及降低能耗方面的研究和應用情況。7）金屬整體液壓模板。增加介紹目前廣泛應用的MJY系列整體下移式金屬模板。重點介紹全液壓自移式模板裝置，在避免大量使用鋼絲繩及鑿井絞車，減少了設備和材料的用量，防止斷繩事故，同時增大了井口的工作空間方面的技術進步。8）新型吊桶。增加介紹新研發完成的6m3、7m3、8m3三種新型座鉤式吊桶，4m3新型底卸式吊桶的情況。重點介紹其優化吊桶結構，降低吊桶重心，減少吊桶傾倒危險方面的技術進步。9）鉤頭及連接裝置。增加介紹新研制成功了的13t、15t、18t、21t、25t等新型提升鉤頭。重點介紹其在優化連接形式、降低裝置的高度、增加密封性，使用壽命方面的技術進步。對于鑿井設備，既要介紹存在的問題，又要說明技術進步的方向，培養學生的創新能力。②體現新的技術規范和標準。自1986年以來的29年間，我國在立井和斜井建設技術方面積累了大量的工程實際經驗，形成了一系列的行業新標準。特別是在鋼結構和鋼筋混凝土結構方面，國家標準經過了數次更新。如《煤礦立井井筒及硐室設規范》（GB50384-2007），《煤礦斜井井筒及硐室設計規范》（GB50415-2007），《煤礦井巷工程質量驗收規范》（GB50213-2010），《混凝土結構設計規范》（GB50017-2003），《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）。行業標準，如《煤礦凍結法開鑿立井工程技術規范》（MT/T1124-2011）。這些規范和標準都是各個時期相關行業大量實踐經驗的總結，在新編的教材中要補充這些知識成果，使學生能夠迅速地將學習的知識轉化為解決實際工作問題的技能，體現教材的實用性。

3.豐富教學手段和實踐。①在學校的支持下，建立礦山建設工程實驗室，建設實驗教學示范中心，制作室內縮微實驗模型，體現建井工程結構的工作原理和分析要點，讓學生有更為直觀的認識。②聯系礦山建設類企業，建立北京市校外人才培養基地，帶領學生開展現場的參觀和實習活動，強化對課堂教學知識的再認識。③將課程設計與大學生創新計劃、任課教師承擔的國家自然科學基金項目，礦山建設企業委托項目結合起來進行，突出為礦山建設行業培養人才的目的和知識特征。

4.探索雙語教學。隨著近年來，國內煤炭行業的不景氣，國內礦井建設企業開始逐步加大了參與海外工程項目的力度。這就要求畢業生必須有一定的專業外語知識。以往學生學習的是土木工程專業外語，幾個專業的知識混排在一起，不利于講授和學習。《建井工程結構》課程改革方案中，在每一個重要知識點的地方，都要增加相關英文單詞的注解，使學生在學習過程中，掌握一定的詞匯量。個別章節的后面，引入原版英文教材的相關內容，使學生逐步掌握建井工程結構相關英文技術資料的地道表達方法。

三、結語

《建井工程結構》是面向礦業的土木工程專業的一門核心專業課程，課程改革的成效關系到我國礦山建設類人才的培養質量及未來礦山建設企業的國際競爭力。只有通過高校教師和企業一線建設專家的通力合作，才能將教材的時代性、先進性、實用性和完整性落到實處，最終為高素質人才的培養奠定基礎。

參考文獻：

[1]陶寶祥，李和群，胡學文，等.建井工程結構[M].北京：煤炭工業出版社，1986.

[2]路耀華，崔增祁.中國煤礦建井技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，1995.

[3]王建平，靖洪文.礦山建設工程[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.