如何在金属矿床地下开采课程教学中建立空间概念*

刘树新 张 飞（内蒙古科技大学矿业工程学院 内蒙古 包头 014010）

如何在金属矿床地下开采课程教学中建立空间概念*

刘树新 张 飞
（内蒙古科技大学矿业工程学院 内蒙古 包头 014010）

针对采矿工程专业金属矿床地下开采课程教学过程中多数学生对地下生产系统中错综复杂的空间关系难以建立起相应空间概念的问题，从模型实验、数字化技术特征和课程体系的建设上论证了学生能力培养的教学目标及教学手段，提出了解决问题的方法。

金属矿床地下开采；空间概念；数字化矿山

金属矿床地下开采作为采矿工程专业的主要必修专业课程，是一门与工程实际结合非常紧密的以理论教学与实践教学手段相结合为主的课程，在采矿工程专业整个课程体系中起着非常重要的作用。金属矿床地下开采课程主要包括矿床开拓和采矿方法两部分内容。在教学过程中，发现多数学生对地下整个生产系统中错综复杂的各种井巷的空间关系及这些空间井巷与采矿工艺之间的关系搞不清楚，空间想象能力差，很难建立起相应的空间概念，导致学生学习积极性下降，成绩难以提高且影响毕业设计的质量。为了增强授课效果，提高人才培养质量，迫切需要充实该课程的教学内容，改进教学方式。

教学体系分析

（一）基本教学要求

对于采矿工程专业本科学生而言，通过金属矿床地下开采课程的学习，应掌握矿井开拓、采区巷道布置及采矿方法的基本知识，了解矿井开采技术的发展趋势，初步培养采矿工程图识别和绘制能力，具备采矿方法、采区巷道布置和矿井建设方案等设计的初步能力。

（二）主要教学内容

在实际的金属矿床地下开采中，最基本的生产过程是各种掘和采的活动。前者是从地面掘出一系列进入矿体的井筒、巷道，涉及全局性的井筒、巷道和区域性的巷道布置；后者涉及各类采矿方法和回采工艺，以及与采矿方法有关的局部性回采巷道布置。因此，金属矿床地下开采课程的主要教学内容可以分为矿井开拓、采区巷道布置和采矿方法及回采工艺等三大部分。矿井开拓是矿井设计、建设和生产的全局性、战略性的部署；采区巷道布置主要是针对生产矿井的区域性掘进活动；采矿方法及回采工艺是以矿石开采为主要目的的采矿活动。对于采矿工程本科学生而言，在有限的学习时间内，主要是掌握该课程的基本知识以及具体的工艺和技术。

（三）传统教学方法

以教师参照课本讲解为主，结合课后作业、多媒体演示、选修课、实习、专题讲座等形式。

教学重点和难点

（一）教学重点

矿井开拓 （1）矿体分类。根据厚度、倾角对矿体进行分类，以便选取合适的采矿工艺、技术和设备。（2）井田内划分。根据矿体类型，进一步划分成采区或矿块。（3）矿山井巷分类。将矿山井巷按空间形态上的不同分为直立巷道、水平巷道和倾斜巷道；按服务范围的不同分为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。（4）井型分类、矿井生产能力及服务年限。针对不同的矿产资源，根据生产规模将矿井分为大、中、小型矿井,并规定相应的矿井最低服务年限。（5）矿井开拓方式。根据矿体地下赋存的空间形态和地形条件，可以选择平硐开拓、斜井开拓或立井开拓等基本开拓方式，或同时利用几种基本开拓方式的综合开拓方式。（6）矿井主要生产系统。矿井有提升系统、运输系统、通风系统、排水系统和动力供应系统等主要生产系统。为形成各种生产系统，应有相应的井筒、巷道、硐室、设施和设备。（7）井底车场类型。按井筒形式划分，有立井井底车场、斜井井底车场；按列车在车场内运行方式不同划分，有环形式井底车场、折返式井底车场等。

采区巷道布置教学重点 根据矿产资源种类和矿层赋存条件的不同，矿井阶段被进一步划分为采区或矿块，布置相应的巷道和采矿工作面，如采准巷道位置、主要参数等内容。

采矿方法及回采工艺教学重点 不同的矿产资源种类，具有不同的采矿方法及回采工艺体系。目前，我国金属矿产地下开采，从采场的矿山压力管理角度，可以分为空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法等三大类采矿方法。

教学难点 井田内划分、矿山井巷布置的空间关系、井底车场和采区车场、矿井开拓和采准巷道布置、回采工艺等是本课程教学的难点。因矿山井筒、巷道的种类繁多，采矿方法较多，回采工艺复杂，学生对错综复杂的各种井巷的空间关系及这些空间井巷与采矿工艺之间的关系不容易弄清楚，在课程教学中对此应特别加以重视。

教学方式探讨

（一）理论教学

第一，在保证基础内容、不增加教学时数的前提下，对课程内容加以调整和更新。数字化技术是采矿工程现代技术发展的重要趋势，因此，在当前的采矿工程本科教学中，应积极建立数字化技术的教学理念，改变目前采矿工程专业的传统教学模式。通过引入Surpac、Dimine等数字化软件，增加教学过程中的直观性与思考性，将理论知识在建立虚拟采矿模型的过程中消化吸收并延伸到实际工程问题中，如图1所示。

图1 数字化矿图

第二，增加与工程实际相关的研究型、设计型、综合型作业，通过这类作业形式重点培养学生综合应用理论知识解决工程问题的能力，培养学生的工程意识和创新精神。

第三，使用多媒体课件教学，部分内容动画演示，达到课堂内容的直观化、可视化，如图2所示。

图2 教学立体模型示意图

（二）实践教学

第一，开设采矿模型实验课。目前，我校采矿实验室引进与研发了一系列采矿教学模型，虽然不太齐全，但对巩固学生课堂所学理论知识，帮助学生建立矿井空间概念，进行工程素质基本训练等起着重要作用。同时，也可鼓励学生在教师的指导下参与制作一些便于在课堂上使用的教学模型，将培养学生空间想象能力的各种教学方法与手段引入到金属矿床地下开采课程教学过程中，使学生加强对课程内容的分析能力和理解能力，提高学习效率。第二，针对教学过程中的具体问题，有目的、有计划地在实习过程中答疑解难、总结经验。因实习时间及实习内容所限，针对采矿方法教学过程中学生难以理解和把握的具体问题，教师应多收集一些现场资料，如生产录像、施工设计等，采用丰富、直观的影像和视频资料来配合课堂理论教学，以增强教学效果。

（三）科研促进教学

建立科研梯队，从矿山三维立体图构模的数值方法入手，构建三维矿山开采的数值模型与软件，通过采用数值模拟试验课程的开设，为学生研究工程中的科学问题提供技术手段和试验条件，为培养学生的试验与创新能力提供一种新的技术手段。

在采矿工程专业教学体系中，空间想象是本课程的灵魂和支柱，要使学生树立起空间概念和空间想象能力，教与学都存在着一定的难度。在教学实践中应通过改革传统教学方式，把握教学重心与关键，增强教学效果，使采矿工程专业本科教育适应现代技术的发展。

[1]刘敦文，沈志男.在传统专业的专业课教学中实施创新教育[J].成都教育学院学报，2004，18（2）:35-36.

[2]罗承选.构建“大采矿”学科体系培养优秀能源科技人才[J].煤炭高等教育，2005，（6）：1-3.

[3]王卫星，崔冰，赵芳高.金属矿山数字化[J].金属矿山，2005，（11）:1-3，73.

[4]姚芳，李哲.应用虚拟现实技术推动普通高校教学改革[J].吉林工程技术师范学院学报，2008，4（8）.18-20.

[5]曹树刚.采矿工程专业工程实践性教学探讨[J].高等建筑教育，2008，（2）：123-126.

[6]徐学锋，刘少伟，韦四江，等.新形势下采矿工程专业实践教学模式探讨[J].实验技术与管理，2009，26（3）:150-151.

[7]查文华.采矿工程专业毕业设计教学环节现状及对策分析[J].科教文汇，2009，（7）：102-103.

（本文责任编辑：张维佳）

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A

1672-5727（2011）09-0101-02

刘树新（1971—），男，内蒙古丰镇人，内蒙古科技大学副教授，主要从事采矿工程方面的教学与研究。

*本文系内蒙古科技大学2009年教学(教改)研究项目《金属矿床地下开采课程教学方法探讨》（项目编号：JY2009109）的部分成果