《礦山機械》課程教學方法探討

陳加勝++陳清華+鄧海順++朱增寶

摘 要： 《礦山機械》課程是機械設計制造及自動化、采礦工程和礦山安全等專業一門重要的專業必修課，該課程涉及機械、液壓、巖石力學、采煤工藝及井巷工程等多門學科。本文介紹了礦山機械課程結構體系及礦山機械的發展，從提高學生學習礦山機械的興趣、使學生對煤礦的地面和井下有系統和全面的認識、開闊學生的國際視野和工程實例教學四個方面論述了如何提高《礦山機械》課程教學效率。

關鍵詞： 工程實例教學 學習興趣 國際視野 煤礦生產系統 《礦山機械》

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》指出：高等教育需要優化結構辦出特色。適應國家和區域經濟社會發展需要，建立動態調整機制，不斷優化高等教育結構[1]。礦山機械是煤礦生產的必備設備，其技術性能和質量關系到煤礦企業的效益和安全[2]。《礦山機械》課程是煤炭高校的特色專業課程，如何提高礦山機械課程教學質量，為煤礦企業培養合格的專業人才，對煤炭高校和煤炭工業的發展都是非常重要的。

1.《礦山機械》課程結構體系及礦山機械的發展

《礦山機械》課程結構體系如圖1所示，主要介紹煤礦掘進機械、采煤機械、支護設備、流體機械、運輸和提升設備，流體機械單獨列為一門課。礦山機械有一個從簡單到復雜、從低級到高級逐步完善的發展過程。例如：滾筒式采煤機由鋼絲繩牽引到錨鏈牽引再發展到無鏈牽引。支護設備有一個從單體支柱與鉸接頂梁發展到滑移頂梁支架，再到綜采液壓支架的發展過程。刮板輸送機與滾筒式采煤機、支護設備配套形成采煤工作面的“三機”，協同合作完成采煤面的截割、裝載、支護和運輸工作。各種礦山機械之間又有一定的聯系，比如掘錨聯合機組是懸臂式掘進機和連續采煤機相結合形成的。礦山機械仍然在不斷發展，一些新的礦山機械仍然在不斷出現。在講授某一種礦山機械時，需要將該種機械的歷史、現狀和最新發展完整地講授，使學生有全面的認識。

2.如何提高學生學習《礦山機械》的興趣

興趣是最好的老師，學生的學習態度的好壞直接影響學習效果的優劣，也決定教師的付出能否有預期的效果[3][4]。有的學生感覺現在煤礦效益較差，以后工作也不打算去煤礦，學習礦山機械還有什么用？所以教師需要對學生進行引導，我結合自身教學經驗總結如下：

（1）在講解某種礦山機械的開始，應使用實物圖片或現場視頻講解結構和動作過程，使學生有一個感性認識，提高學生的學習興趣，使學生在講工作原理時比較容易理解。

（2）將復雜的問題簡單化，不應該把簡單問題復雜化。盡量多用圖片少用文字，盡量用三維動態的實物圖代替不易看懂的二維平面圖。

（3）利用實驗教學激發學生的學習興趣[5]。帶學生參觀礦井三維立體動態模型；參觀模擬采煤和掘進工作面；實驗室可以配備一些錨桿鉆機、風動鑿巖機、風鎬等小型的礦山機械及掘進機、采煤機、液壓支架等大型礦山機械的模型讓學生拆裝，讓這些設備或模型運行一段時間，提高學生的動手能力和感性認識。

（4）到煤礦井下礦山工作面現場參觀體驗，這一點很難實現，因為很多煤礦并不歡迎學生去下井實習，原因在于一方面考慮到安全因素，另一方面擔心學生較多影響生產。這要求煤礦、社會改變觀念，為學生提供便利條件，這樣有利于學生畢業后更好地服務煤礦、服務社會。

（5）增加露天煤礦、采石場、金屬礦山和海底礦產礦山機械內容提高學生學習的興趣，擴大知識面。在講煤巖物理機械性質時，除了講解和煤礦礦山有關的巖石和煤外，還可以適當增加學生比較感興趣的巖石，比如鉆石、化石。

（6）與時俱進?，F在的學生思想都比較活躍，對一些新的信息都比較感興趣，平時要注意收集與本課程有關的一些新的信息并展示給學生，教師要與時俱進，不斷充實自身理論和實踐知識，不斷提高教學水平。

（7）強調本課程的重要性。機械原理是通用的，學會礦山機械后，遇到其他機械同樣會很快熟悉，也可以將礦山機械的知識運用到其他機械上。即使煤炭采完了，地下、露天、海洋和外空等其他礦藏的開采同樣需要礦山機械，所以礦山機械不會過時，而是會大有用途。需要經常與學生交流，解決學生的疑問。

（8）教師必須對所教課程有興趣、有激情，用激情感染學生，使學生對這門課感興趣。

（9）在講授礦用電機車的結構原理時，可以與汽車、高鐵動車組比較學習，加強皮帶輸送機、刮板輸送機在選煤廠、發電廠、港口、采石場等行業的應用。

3.結合工程實例講解礦山機械的應用

工程實例教學能做到理論聯系實際，實現課堂教學和課外實踐有機結合，克服教材編寫落后與生產實踐和信息量不足等缺點。生動形象的工程實例使學生拓寬眼界，獲得實踐知識，增強學習動力，便于學生畢業后盡快地適應社會工作環境，為以后從事礦山機械相關工作打下良好的基礎[6][7]。

例如可以選擇南水北調、西氣東輸、英吉利海底隧道工程、黃河和長江穿越隧道等工程實例，讓學生知道隨著隧道的斷面形狀、斷面大小、長度、地質條件及施工狀態的不同，應該采用哪些不同的掘進設備和施工方法。在隧道工程的開口幾十米內需要選用體型小、調動靈活的懸臂式掘進機進行開挖，隧道達到能夠使用全斷面掘進機（TBM）安裝長度后撤出懸臂式掘進機，再使用TBM施工。

近年來很多煤礦在采煤工作面順槽、掘進后配套、集中運輸巷及軌道上下山都采用無極繩運輸。無極繩運輸相比調度絞車和回柱絞車，具有運輸連續性強、運量大、效率高、成本低、勞動強度低、安全等優點[8]。

下面以淮南某礦運輸順槽SQ-80無極繩絞車的安裝施工實例，說明無極繩絞車的安裝施工步驟、技術要求和注意事項。

（1）工程概況。某礦軌道順槽安裝一套SQ-80無極繩絞車及配套電氣設備，絞車功率110kW、滾筒直徑Φ1.2m、最大牽引力80KN、鋼絲繩規格Φ21.5mm、公稱繩速（雙速1.0m/s和1.7m/s）。無極繩絞車設備布置如圖2所示。

（2）施工前的準備工作。①運輸前大件設備必須封鎖牢固可靠，重心保持平衡，避免發生超高、超寬和重心偏移問題。②運輸設備所經路線的巷道高度和寬度必須滿足要求。運輸前檢查沿途絞車各種性能并驗算絞車牽引能力和鋼絲繩安全系數，不可超重運輸。③施工前準備好以下器具：礦車、手拉葫蘆、錨鏈、大錘、風鎬、振動棒、地梁、地腳螺栓、尾輪生根梁等。準備好水泥、黃沙和石子。④在絞車和張緊裝置上方頂板施工兩排起吊錨桿。提前聯系礦測量部門測量放置絞車和張緊器的中腰線。

（3）安裝施工步驟。絞車和張緊裝置的定位→挖基礎→澆灌基礎→無極繩絞車、張緊裝置安裝→尾輪、輪組的安裝→鋼絲繩安裝→電控和通信裝置安裝。

（4）試運行。①試運行前的準備和檢查：對牽引絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、輪組、鋼絲繩、電控和通信裝置等進行檢查，確認一切正常，方可開機。②試運行啟動及試運行過程中的操作程序及注意事項：跟車司機確定具備開車條件后，再發送開車信號，發送信號不得少于2次，絞車司機接到第二次信號后再啟動開車。運行過程中跟車司機要注意車輛運行是否正常，絞車司機要注意無極繩絞車、張緊裝置工作是否正常。③停車的操作程序、方法及注意事項。一般跟車司機待車輛即將運行到位時發送停車信號，絞車司機接到停車信號后馬上操縱停車按鈕停車。另外，跟車司機也可以利用發射機的緊急停車按鈕或遙控停車。開始先試驗低速運行，然后試驗高速運行，在試運行時發現異常情況要及時停車處理。試運行期間逐漸加大載重量，直到達到最大載荷為止。

（5）主要施工安全措施。①必須嚴格按設計尺寸挖掘基礎，嚴禁欠挖。澆注混凝土基礎時，采用人工拌料，必須嚴格按配比攪拌均勻，且必須用振動棒振搗密實。②用起吊錨桿作為起吊點，用雙根SGB620/40T刮板機鏈條和M20螺栓連接吊掛牢靠。使用手拉葫蘆起吊時，操作人員要站在安全地點操作，不得位于起吊點下方或設備可能歪倒打滑的方向。設備吊起擺動范圍內嚴禁有人，嚴防斷鏈或設備滑落、歪倒傷人。③電氣開關防爆面完整無銹，閉鎖安全可靠。繼電器保護整定符合設計要求，分、合閘動作靈敏可靠，指示正確。接地干線采用4×40㎜鍍鋅扁鐵，接地極采用DN50×1500㎜鍍鋅鋼管。所有電氣設備的外殼均應可靠接地，其接地電阻不得大于2Ω。

（6）主要技術質量要求。①水泥、黃沙和石子嚴格按C20砼要求配比。混凝土的質量比為水泥：黃沙：石子=1：1.81：3.69，水灰比=0.5，水泥為Po.325硅酸鹽水泥，石子粒徑：Φ16min～31.5㎜。失效的混凝土嚴禁使用，澆灌時保證混凝土攪拌均勻。②嚴格按照礦測量部門提供的絞車和張緊器的中腰線操平找正。③絞車地腳螺栓為M30×1100㎜（8根），張緊器的地腳螺栓為M20×600㎜（12根），預留螺栓孔位置不超過設計±20㎜。④絞車制動靈敏可靠，減速箱內油位適當，各連接螺栓必須齊全緊固，不得松動。張緊器的配重應適當，導桿在滑道內可以自由升降。⑤絞車鋼絲繩壓繩輪、托繩輪的數量應能滿足現場使用要求，保證鋼絲繩不得摩擦道板、輪架或鋼軌等。尾輪要固定牢靠。

通過本工程實例的學習，使學生了解無極繩絞車設備的運輸、安裝、試運行、基礎和電氣等施工安全措施及主要技術質量要求。

4.讓學生了解礦井各生產系統的作用，熟悉礦山機械生產線配套

煤礦的目的是安全、高效地開采出高質量的煤炭。為了達到這個目的，首先必須開掘一系列巷道進入煤體，開掘巷道需要使用鉆機、裝載機、掘進機及掘錨機組等掘進機械；然后布置采煤工作面，安裝采煤機、液壓支架、刮板輸送機、破碎機等采煤機械進行采煤；為了把地下的煤炭運送到地面，必須有一套提升和運輸設備。

讓學生了解通風、供水、排水、供電、空壓、灌漿、瓦斯抽放、通信等系統及各系統使用的相應機械設備，使學生對煤礦的地面和井下有系統和全面的認識。

5.開闊學生的國際視野

國家工程教育專業認證要求機械設計制造及自動化專業的本科畢業生必須具有國際視野和跨文化交流、競爭與合作能力。如何開闊學生的國際視野，應該將世界主要采煤國家，比如德國、美國、波蘭等國的煤礦地質、礦山機械等照片和視頻展示給學生。精選以下示例：

（1）波蘭井下煤巷綜合機械化掘進工藝視頻。讓學生了解綜合機械化掘進設備如何配套運行實現巷道掘進的截割、裝載、轉載、材料運輸等施工過程，了解如何使用懸臂式掘進機架設巷道支架。

（2）MINOVA履帶式行走鉆孔和錨桿安裝一體化錨桿鉆機動作視頻。讓學生了解鉆機如何帶動鉆桿和鉆頭實現鉆孔，了解錨固劑如何注入及鉆臂姿態的調整過程。

（3）海洋船鉆探（Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology）視頻。讓學生了解海洋鉆探的過程和特點，擴大學生的眼界。

（4）斗輪式挖掘機。德國KRUPP 293斗輪挖掘機，世界史上最大的陸地自由移動機器，學生會被如此龐大的挖掘機震撼。

（5）海底采礦機器人、南極冰層巖心鉆探、火星探測車探測火星巖樣。

礦山機械是一門實踐性很強的課程，礦山機械是一個機械群，涉及的機械種類很多，需要教師有一定的實踐經驗并注意各種教學方法的運用。本文從如何提高學生對本課程的學習興趣等方面提出一些建議，并運用到采礦工程和機械設計制造及其自動化兩個專業的教學實踐，取得較好的教學效果。

參考文獻：

[1]教育部.國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）[EB/OL]. http： // www.gov.cn / jrzg / 2010-07 / 29 / content_ 1667143.htm.

[2]李曉豁，沙永東編著.采掘機械[M].北京：冶金工業出版社，2011（9）.

[3]孟凱.讓學生成為學習的主體——提高學生學習的興趣[J].教學研究，2012（1）：58-59.

[4]張艷.英語歌曲輔助教學與英語學習興趣的激發[碩士學位論文][D].上海：上海師范大學，2012：18-19.

[5]朱寶安，梁樹才.開放式實驗教學在醫學高專生物化學實驗教學中的應用[J].中國醫學教育技術，2014（4）：225-227.

[6]卓德兵.工程實例教學在“土木工程概論”課程教學中的應用探討[J].課程教材改革，2014（5）：117-118.

[7]肖擁軍.結合工程實例分析提高工程地質課程教學效果[J].當代教育理論與實踐，2014（5）：113-114.

[8]李炳文，萬麗榮，柴光遠主編.礦山機械[M].北京：中國礦業大學出版社，2010（1）：225-230.