科研型實驗室的教學轉化與應用

賈后省+張夢婕

摘要：針對采礦工程專業實踐教學的特殊性和復雜性，提出了對科研型實驗室進行教學轉化的理念，以河南理工大學礦壓控制實驗室為例，介紹了該實驗室教學轉化的方案及其在采礦工程課程《礦山壓力與巖層控制》中的應用，實驗課堂反應良好，對于提高實驗室利用率、學生理解專業知識點、提升動手能力、提高學生學習熱情具有積極意義。

關鍵詞：采礦工程；礦山壓力；實踐教學；SAKAI

中圖分類號：G482 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0254-02

煤炭是我國的主題能源，并將長期主導我國的能源消費，采礦工程專業的人才培養是煤炭行業持續、有續發展的重要基礎[1-2]。采礦工程所涉監測、檢測、測試等實驗眾多，但由于煤礦工程的特殊性和復雜性，相關實驗的實踐教學難以行之有效的開展，即便結合老師的課堂講解，學生也很難想象出實際工程條件下的專業知識運用，導致學生對某些專業知識點理解困難甚至理解錯誤[3-4]。

隨著煤礦行業近年來的飛速發展，一些致力于基礎科學研究和解決現場難題的科研類實驗室蓬勃發展，然而，由于科研過程的間斷性和不均勻性，導致此類實驗室出現利用率低下的問題，如能對此類實驗室所涉實驗稍作改進，并在合理編排的基礎上進行實踐教學，對于實踐教學效果的提升、實驗室利用率的提高將具有實際意義。本文以河南理工大學礦壓控制實驗室為例，介紹了該實驗室教學轉化的方案及其在采礦工程本科生核心課程《礦山壓力與巖層控制》中的應用，實驗課堂反應良好，對于學生理解專業知識點、提升動手能力、提高學生學習熱情具有積極意義。

一、礦壓控制實驗室概況

礦壓控制實驗室主要由河南理工大學太行學者科研團隊組成，是能源科學與工程學院下屬的專門從事煤礦巷道礦壓理論與控制技術的研究部門。主要從事礦壓理論及支護設計、施工技術指導、支護技術咨詢和服務、礦區支護規范制定、支護材料、注漿材料、礦壓監測儀器、支護機具等領域的開發研究與應用，擁有一支具有豐富設計和施工經驗的長期從事現場技術服務的高素質專業技術人員隊伍，解決了大批現場問題，獲得了諸多科研成果。然而，由于該實驗室所涉科研項目的間斷性、不均勻性，導致該實驗室出現利用率低下的問題。

實驗室建設初期，共設五個實驗區：（1）巷道地質力學評估實驗區；（2）煤礦鉆孔鉆進理論與裝備實驗區；（3）礦用錨固產品與錨固材料實驗區；（4）巷道底臌錨固治理方法及設備實驗區；（5）煤礦錨固質量評估與無損檢測實驗區。其中，煤礦鉆孔鉆進理論與裝備實驗區、礦用錨固產品與錨固材料實驗區、煤礦錨固質量評估與無損檢測實驗區等三個分區的實驗任務均與本科生核心課程《礦山壓力與巖層控制》教學密切相關。

二、礦壓控制實驗室的教學轉化

根據采礦工程本科專業《礦山壓力與巖層控制》的課程要求，結合礦壓控制實驗室已有設備情況，以科研項目所進行的實驗為基礎，進行科研項目相關實驗的改進，開展了錨桿（索）孔鉆進施工演示、錨桿（索）樹脂錨固劑錨固機理、錨桿（索）錨固性能實驗、錨桿（索）預緊力損失監測等四個方面的實踐教學，基本覆蓋了《礦山壓力與巖層控制》課程全部的實驗課程。

（一）錨桿（索）孔鉆進施工演示

該演示實驗借助于氣腿式頂錨桿（索）鉆機、空氣壓縮機及高壓水泵，在錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗架上實現，空氣壓縮機為頂錨索鉆機提供動力，高壓泵給予高壓水沖洗鉆頭、攜帶鉆渣排出孔外，其裝置中預設不同屬性的巖層，從而可以實現頂錨桿（索）鉆機工作原理、破巖過程、沖洗液排渣機理等施工工藝過程仿真。

（二）錨桿（索）樹脂錨固劑錨固機理

該實驗是在錨桿（索）孔成孔后，利用錨桿端頭將樹脂錨固劑送入鉆孔底部，末端連接錨桿鉆機進行旋轉攪拌，從而實現錨桿（索）樹脂錨固劑錨固施工仿真。

（三）錨桿（索）錨固性能實驗

該實驗是在錨桿（索）錨固后的基礎上，借助于錨桿（索）拉力計實現錨桿（索）錨固性能實驗仿真。

（四）錨桿（索）錨固質量檢測

該實驗在錨桿（索）錨固后的基礎上，借助于錨桿（索）超聲波檢測儀，對錨桿尾部進行敲擊，通過接收到的信號判別錨桿（索）錨固質量的好壞。

（五）錨桿（索）預緊力損失監測

該實驗在錨桿（索）錨固后施加預緊力的基礎上，借助于錨桿（索）測力計，實時動態監測錨桿（索）力預緊力與時間變化關系，分析錨桿（索）預緊力損失的影響因素，為防止預緊力損失對策提供依據。

三、礦壓控制實驗室的教學應用效果

礦壓控制實驗室教學轉化后所進行的四組實驗基本覆蓋了《礦山壓力與巖層控制》課程全部的實驗內容，共安排了8個課時，從課程學習來看，學生的思維活躍程度、課程學習積極性都有著較好的顯現，課堂氛圍與知識掌握情況總體較好，課堂出勤率接近百分之百。

同時，充分利用SAKAI教學平臺的討論區、作業、聊天室、資源共享等功能模塊，進行課堂外的學習與交流。實驗課外討論中，鼓勵學生發表自己對課程知識點理解，鼓勵學生對所進行的實驗提出針對性意見，對于某些知識點有興趣或者渴望進一步加深學習的同學，進行單獨輔導或進一步展開實驗。截止課程結束，在實踐教學板塊，平均每名同學的使用SAKAI教學平臺次數超過10次/人。

四、結語

圍繞《礦山壓力與巖層控制》課程的實驗要求，對礦壓控制實驗室進行了教學轉化，開展了課程密切相關的四組實驗，所涉實驗是課堂學習的有效補充，由學生相互配合完成且有學生自己動手操作，對于學生完善專業知識、提升實際動手能力、增加專業知識學習興趣、增強團隊合作意識等方面具有積極作用。

參考文獻：

[1]弓小平，木合塔爾·扎日，黃滾，戴興國，石忠民.我國采礦工程專業改革現狀與問題[J].高等理科教育，2010，（03）：58-63.

[2]徐學鋒，劉少偉，韋四江，顧明.新形勢下采礦工程專業實踐教學模式探討[J].實驗技術與管理，2009，（03）：150-151.

[3]秦忠誠，蔣國安.采礦工程專業課程體系整體優化與實踐[J].煤炭高等教育，2008，（01）：116-118.

Abstract：In view of the particularity and complexity of practice teaching in mining engineering，this paper puts forward the concept of teaching transformation of scientific research laboratory.Taking the rock pressure control laboratory of Henan Polytechnic University as an example，this paper introduces the scheme of teaching transformation of the laboratory.Its application in the mining engineering course"mine pressure and rock formation control"has a positive effect on the improvement of laboratory utilization rate，students'understanding of professional knowledge points，improvement of practical ability and improvement of students'learning enthusiasm.

Key words：mining engineering；mine pressure；practice teaching