三维立体技术在采矿工程毕业设计的应用研究

王创业

【摘要】毕业设计是采矿工程专业重要的实践教学环节，对学生所学专业知识的融会贯通有着不可替代的作用。但由于存在课程学习周期长、实习教学环节薄弱和学生专业课学习效果不佳等原因造成学生在毕业设计中存在一定的问题。将三维立体技术应用于采矿工程毕业设计的指导中，可以提高学生的学习兴趣、促进学生对专业知识的融会贯通、开发学生的创新能力，从而提高毕业设计的教学质量。

【关键词】三维立体技术 采矿工程 毕业设计 实践教学

【Abstract】Graduation design is an important practical teaching section of mining engineering， which has an irreplaceable action in the digest of professional knowledge. But there are some reasons， such as long period of study， poor results of practice teaching and students eak professional course， which caused some problems in the graduation design. The three？鄄dimensional technology applied in mining engineering graduation design can improve the learning interest of the students， promote students mastery of professional knowledge， develop students innovative ability， so as to improve the teaching quality of graduation design.

【Key words】three？鄄dimensional technology； mining engineering； graduation design； practical teaching

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）07-0001-02

1.引言

采矿工程毕业设计是采矿工程专业必修的集中实践性教学环节，属于专业教学模块，其目的是在学生已完成专业基础课和专业课学习后，通过毕业设计的方式，综合应用和深化本专业所学理论知识和专业技能，培养学生分析和解决实际问题的能力。通过该教学环节，要求学生达到如下要求：①能综合运用多学科的理论知识与技能，通过毕业设计教学过程中的学习、研究和实际训练能够将理论认识深化、扩展知识领域、延伸专业技能；②学会依据课题任务进行资料数据的调研、收集、加工与整理，训练学生正确使用各种设计资料、手册、图册、国家标准和技术规范的基本技能，培养学生掌握工程设计的程序、方法和基本原则，提高学生工程计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；③树立正确的设计思想，培养学生严肃认真的科学态度、严谨求实的工作作风、正确的技术经济观点和工程全局意识；④接受现代采矿工程师的基本训练，进一步培养学生的创新能力和实践能力，为毕业后更好地适应工程设计、科学研究及其它技术工作奠定必要的基础。

由以上采矿工程毕业设计的目的和要求可知，该教学环节对于学生整体专业知识的整合与专业技能的提升将会有不可替代的作用。但是，在实际的教学中，由于专业课开课时间较长、学生缺乏大局观、知识整合能力欠缺等造成采矿工程毕业设计教学效果欠佳。因此，有必要采取先进的教学方法与手段来提高毕业设计的教学效果。近些年来，随着计算机技术、信息技术、通信技术、自动控制技术、3S （ GIS，GPS，RS） 技术、网络技术的发展，数字矿山近些年取得了长足的发展[1-2]，而作为数字矿山的重要组成部分，将三维立体技术运用于采矿工程毕业设计是一种有益的教学尝试。

2.采矿工程毕业设计存在的问题及原因

2.1存在的问题

作为采矿工程专业培养体系的最后一个环节，采矿工程毕业设计对学生整体能力的提升作用毋庸置疑。内蒙古科技大学采矿工程专业的培养特色是露天与井工开采并重，因此在过去相当一段时间内，学生在毕业设计环节需要完成两部分内容，即露天开采方案设计与井工开采方案设计。近些年，考虑到要与学生就业相结合，同时也是为了提高毕业设计质量、减轻学生负担，因此按照学生的就业安排相应的毕业设计内容。这也就意味着，就业去向是露天矿山的学生安排露天毕业设计，就业去向是井工矿山则安排做井工毕业设计。通过调整毕业设计内容，毕业设计质量得到了保证，但是在实际教学中仍然存在教学内容生疏、整合知识能力差、对矿山感性认识有限、动手能力弱等问题。

2.2产生问题的原因

①课程学习周期长，教学内容生疏

由于采矿工程专业自学生在大二下半学期就开设专业基础课，再经过大三一整学期、大四上半学期的专业课学习，等到学生进入毕业设计环节，前后经历了2年时间，因此学生对部分课程的教学内容已经生疏，影响了学生在毕业设计时对知识的综合应用。

②实习教学环节薄弱，感性认识有限

对于工程类专业，实习教学环节是提高学生感性认识的重要手段。采矿工程专业的主要的实习教学环节包括生产认识实习和毕业实习，然而受限于矿山企业这类高危生产单位的安全限制，在学生进行矿山实习时常常是被技术人员带领走马观花式的看一下企业生产流程，这样就造成学生实习效果差，缺乏对矿山的感性认识。

③就业压力大，学生专业课学习效果不佳

对于采矿工程专业来说，大四的上半学期是专业课的集中学习时间。在这一时间内，需要学习的专业课包括《露天采矿工艺》、《露天矿设计原理》、《煤矿地下开采》、《金属矿地下开采》、《矿山环境保护》、《矿山安全》、《露天矿运输及道路设计》、《采矿学课程设计》等，这些都是毕业设计的重要组成内容。但是由于近些年学生就业形势不好，就业压力逼迫学生不得不花费大量的时间与精力或找工作、或复习考研、或复习考公务员等等，因此学生对本该掌握的专业课没有掌握。

以上造成毕业设计困难的原因中，对于因学习周期长以及学习时间不够而造成的知识内容欠缺可以在毕业设计期间由指导教师补充讲解，而对矿山感性认识缺乏就目前来说解决较困难。基于统一的空间和时间四维坐标，将矿山中的所有信息（包地形、建筑、地层、构造、矿床矿体、危险源、井巷工程、开采单元、采场、工作面、设备、人员、监控系统等） 可视化后，能够建立真三维矿山地理信息模型[2]，而借助三维立体技术可让学生立体地观察到矿山的组成，由此可提高学生对矿山的感性认识。

3.教学案例分析

这里以井工开采毕业设计为例，讲解三维立体技术在毕业设计中的应用。

对于井工开采毕业设计来说，第一步需要设计矿床的开拓系统。在开拓系统的基础之上，才能完成采矿方法、通风系统、运输与提升系统的设计，这类似于建筑中的框架结构，由此可见其重要性。由于前述种种原因，学生对于该部分缺乏直观认识，无法在思想中想象开拓系统是什么样子，因此设计开拓系统时困难重重。而教材中关于开拓系统的图例缺乏立体感，无法引导学生。试举教材上盘竖井开拓方案布置图见图1[3]。

结合教材中关于图1中的图示1-5的备注，虽然能够明白开拓系统的组成，但是无法将该图与矿山其他系统结合起来，对于学生的指导作用不大。

如若采用三维立体技术，则建立的模型立体图可见图2。

图2是基于三维立体技术所建立的某矿竖井开拓系统图，从图中可以清晰地看到开拓系统的组成，包括井筒与各阶段巷道的位置、相互空间关系；矿井在生产过程中的通风线路；矿难事故发生时的避灾路线；甚至还包括井底车场、溜井、水仓这些细部结构在开拓系统中的位置。对比图1与图2，同样是竖井开拓系统图，但图2对学生的指导意义就相当有效。

4.教学效果

通过在内蒙古科技大学采矿工程2013届、2014届这两届学生的毕业设计教学实践，教学效果如下：①提高了学生的学习兴趣。通过观摩三维立体模型，学生对毕业设计的态度发生明显改变，由以前的被逼着做转为主动追着做，设计进度明显加快，学生毕业成绩的优良率明显增加；②促进了学生对专业知识的融会贯通。经过三维立体技术，有效地将《金属矿地下开采》、《矿井通风》、《矿山安全》、《井巷工程》以及《采矿学课程设计》中所学到的知识融合成了一个整体，提高了学生对所学知识的综合认识，达到了毕业设计的目的和要求；③开发了学生的创新能力。学生在了解到三维立体建模技术后，对数字矿山产生了浓厚的兴趣，更有同学利用课外时间自学建模技术，并取得了较好的实践成果。

5.结语

将三维建模技术应用在采矿工程毕业设计的教学中，可以在学生对矿山感性认识不足的情况下，扩充学生对于矿山生产系统的立体认识，加深学生对毕业设计相关内容的理解，进而提高毕业设计质量。但掌握三维建模技术需要许多专业以外的知识，这对于采矿工程专业的学生来说难度较大。利用该技术建立的矿山生产系统只是起到辅助教学展示的作用，并不能完全取代矿山生产实习所起到的作用。因此，最好的教学计划安排应该是先了解某矿山的三维立体模型，再安排去该矿山实习，最后结合该矿山做毕业设计，只有反复地对照学习，才能够加深学生对所学知识的掌握，提高毕业设计效果。

参考文献：

[1]方鹏，黄德镛.数字矿山技术的应用现状及展望[J].矿冶，2013，01：76-80.

[2]卢新明，尹红.数字矿山的定义、内涵与进展[J].煤炭科学技术，2010，01：48-52.

[3]解世俊.金属矿床地下开采[J].北京：冶金工业出版社，2006.