iVent软件在矿井通风教学中的应用与实践

刘晓明，吕太含冰，陈 辉，徐志强

1.中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116；3.中南大学 数字矿山研究中心，湖南 长沙 410083；4.新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047

教学方法

iVent软件在矿井通风教学中的应用与实践

刘晓明1，2，3，吕太含冰1，3，陈 辉4，徐志强1

1.中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；2.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116；3.中南大学 数字矿山研究中心，湖南 长沙 410083；4.新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047

本文针对矿井通风与空气调节课程传统教学的复杂性、抽象性，借助iVent虚拟平台，采用理论与实践、虚拟与现实相结合的创新教学方式，弥补了由于课程理论与实践性强、重难点多且抽象带来的不足，突破课程在实验、教学上的难题，将其应用于复杂网络解算与风量调节的教学和课程设计当中，使授课更加生动、直观、高效，同时培养了学生理论与实践的综合能力。

矿井通风；教学方式；iVent；网络解算

随着矿山开采深度增加和采掘机械化程度的提高，矿井通风与空调对于矿井建设和生产有着越来越重要的意义。“矿井通风与空气调节”属于国家精品课程，是采矿工程与安全工程的主干专业课，由于课程的实践性和工程性强、涉及知识广、理论知识抽象、通风网络复杂等问题，学生普遍反映学习难度较大，难以理解。受教学方法、教学工具和课时限制，该课程如何进一步系统地教学面临挑战。

通风是一门抽象的学科，教学中面临网络解算、通风设计和优化、通风系统演示、通风立体图绘制等难题，传统教学方式普遍采用黑板或PPT，二维静态文字与图像难以达到教学目的。紧随数字矿山飞速发展的步伐，运用可视化手段来模拟真实矿山，营造一个虚拟现实的通风系统，它近似或优于真实的系统，借助通风软件教学弥补传统教学的不足，可以大大提高教学效率。iVent是集三维通风网络设计、风网调节与模拟和风网解算与优化为一体的矿井通风软件系统，可作为通风教学的辅助平台，借助该平台可以使学生明确学习目的，迅速掌握矿井通风与空气调节的基本理论，锻炼通风设计和管理的能力，掌握应用软件的技能和解决实际问题的经验。

一、课程性质、特点及面临的挑战

1.课程性质

“矿井通风与空气调节”作为采矿工程和安全工程专业的一门必修核心专业课，以阐明矿井通风的基本概念、基本原理、基本方法、基本运算、基本设计、基本测定、基本管理（“七基”）为核心，系统地介绍矿井空气流动基本理论、矿井空气流动能量方程、矿井通风阻力及其计算、矿井自然通风、矿井主扇与机械通风、矿井通风网络风量分配与调节、掘进工作面通风、矿井通风系统及其设计、矿井通风测定和通风系统管理、矿井热环境调节、矿井防尘与排氡，并使之融会贯通。通过理论教学、实验、实践和课程设计，使学生掌握非煤矿山矿井通风与空调的基本理论和基础知识，具有矿井通风设计、管理的能力。

2.课程特点

“矿井通风与空气调节”是一门专业性和实践性强的课程，是理论、实验、实践、设计和管理的有机结合。该课程具有以下特点:

（1）实验性强。实验内容包含矿井空气测定（矿井大气压力测定）、 阻力测定、风筒断面的速度场系数测定与风表校正、风筒风阻特性曲线的实测、扇风机（装置）特性曲线的实测。

（2）理论性强，多学科交叉。该课程与“地质学”、“采矿学”、“地下施工”相配套开设，需要有较强的基础课功底。

（3）内容多、难点多，知识层次清晰，内容环环相扣。课程设计充分体现了课程的实践性，将全书内容贯通融入到实际的矿山通风系统设计中，进一步巩固所学知识，理论联系实际。

3.课程面临的挑战

（1）实验课程包含了较多实验，但实验条件有限，实验室建设需要较大场地和较多经费，现有的实验器材和实验方法无法测量出理想的数据，实验误差大，只有少数高校具备完善的实验室。

（2）由于课程理论和实践性强，与之相适应的教学方法需要形象丰富，除常规教学讲解外，还要开展课堂提问讨论、实验课、上机解算复杂网络、课程设计等多种教学方式。因此常出现课时不够的现象，尤其复杂网络解算，必须借助软件才能求解。

（3）课程设计涵盖的知识较广，不仅需要熟悉矿山各个系统，还需要对整个矿井通风系统结构、功能、安全、技术经济指标进行分析。难点多，知识环环紧扣。课程设计贯通了整本书的知识，同时还得对矿山的整个构架有清晰的了解。其中，风量和阻力的计算量大；进行风机联合运行的稳定性分析复杂；看懂抽象的开拓系统图、采矿方法图，绘制通风立体示意图都需要三维空间的想象力。

二、iVent思想构架及教学意义

1.iVent主要功能

iVent矿井通风系统系统是在Dimine平台上专门为矿井通风业务研发的一款软件，该系统基于Dimine数字采矿平台核心技术构建，是在三维仿真基础上的通风系统设计、通风网络结算、三维通风状态模拟作业平台。主要功能涵盖风网设计、风网解算、风网调节、结算报告输出、风机数据库管理风机构筑物模拟、需风量计算、循环风警示以及最大阻力路线提取。

2.iVent系统特色

iVent矿井通风系统特色主要体现在以下几个方面:

（1）兼容dmf、dxf、dwg数据格式，可实现开拓系统与通风系统、通风数据转与生产设计数据的相互转换；

（2）软件系统在真三维环境下进行软件设计，在编辑过程中动态维护拓扑关系，达到所见即所得的效果，充分考虑用户体验；

（3）单条分支可存在多个几何节点，有效降低风网复杂度；

（4）可模拟风窗、风门、风墙、降阻措施等通风调节措施在风网中的调节量；

（5）基于独立网孔法的回路风量计算方法，解算快速、稳定，千条风路10s内解算；

（6）全面、详尽、准确的风机数据库；

（7）支持对于风机串并联情况下的风机优选，协助用户快速选择当前工况情况下的适合风机；

（8）提供快速计算不同范围内需风量计算，避免繁琐的手工计算过程；

（9）具有回路法、通路法等多种局部风量调节方法，为不满足需风量要求的位置提供调节方案；

（10）可以一键输出报告。

3.iVent教学意义

针对课程和iVent各自特点，将iVent运用于矿井通风的教学之中，对推动课程的发展、培养学生实践能力具有长远的意义。

（1）课程实验的目的是让学生了解实验原理，学会使用实验器材，iVent是为矿井通风业务开发的一款作业软件，借助软件能辅助课程实验，快速明确实验目的，校验实验数据，快速处理数据，分析结果。

（2）在授课过程中，三维的效果、美观的界面以及动画显示风格可以调动学生的积极性，帮助学生理解抽象的内容。把学习通风软件可列为教学内容的一部分，让学生亲自感受软件的交互性。在复杂网络的解算上，iVent通过简单的操作就能快速算出，并且以三维可视化的方式清楚地表述出来，大大提高了教学效率。

（3）课程设计是对全书内容的巩固，iVent每个功能的开发都服务于三维通风网络设计，极大程度上解决了课程设计无从下手和工作量大的问题。国内矿山数字化已有一定基础，培养学生使用iVent，符合目前矿山信息技术型人才的需求。

三、应用实例

1. iVent应用于复杂网络解算与风量调节

iVent有着快捷的解算功能，可以精确地选择风机对复杂通风网络进行解算，对整个矿井风量分配、风机运行情况进行模拟。另外，iVent也有着强大调节功能，可以通过“手动调节”、“回路法”或“通路法”调节。最后，iVent以动画的方式清楚形象地传达解算结果和风量调节方式，如图1所示。

图1 通风网络解算与调节动画模拟部分截图

2.iVent应用于课程设计

结合iV ent进行通风系统的课程设计，具体步骤如下:

（1）将井巷工程的.dmf文件导入系统实现自动构建风网，根据总体结构拟定通风方案、布置进风井和回风井、确定通风方式、选择主扇安装地点，再通过编辑，对通风网络进行必要的巷道添加和编辑、风机添加等调整与修改。

（2）运用需风量计算属性参考工具，根据规程要求快速计算回采、掘进、硐室需风量，为需风点风量设置提供依据，省却繁琐的手工计算过程。

（3）运用摩擦阻力系数库属性参考工具，使阻力计算更科学。提供了循环风、最大阻力线路、节点压力计算等多种高级计算工具，辅助分析矿井通风薄弱环节，提取最大阻力路线。

（4）在未设置风机时，可以根据工况风量和风压，运行虚拟风机，进行网络解算，运用全面、详尽、准确的风机数据库，协助用户快速选择当前工况情况下的合适风机。

（5）使用数据统计，对视图内巷道、风机、构筑物，进行整体统计，再按其金额，计算费用。

（6）运行风机，对整个矿井风量分配、风机运行情况进行模拟，并给出不满足需风量要求的解决方案，辅助进行风网的调节；具有回路法、通路法多种调节方法，调节中创造性考虑降阻调节。

（7）设计与编辑绘制、调整通风网络同时进行，设计结束，即完成通风网络图、立体图的绘制，无需单独安排课时绘图，如图2所示。

图2 iVent应用与矿井通风课程设计

四、结语

矿井通风的课程教学应注重理论与实践的有机结合，突破重点和难点，掌握矿山通风与空气调节基本规律和基本原理，并将其应用于实际的通风设计中，培养学生矿井通风设计和管理的能力。

iVent集三维通风网络设计、风网调节与模拟和风网解算与优化为一体，不仅能应用于抽象知识的教学和实验课的指导，还能快速设计矿井通风系统，与传统教学互补。虚拟可视化平台使教学更加生动、直观、高效，将教学内容由静态变为动态，抽象变为形象。在课程设计中，iVent能引导设计者快速理清设计思路，将所学知识串联起来，避免繁琐的计算过程，全方位培养学生通风设计的能力，为在毕业设计和实践工作中运用此类软件奠定基础。

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mine ventilation； teaching method； iVent； network solutions

G640

A

1006-9372（2015）02-0049-03

2015-03-26；

2015-04-15。

国家高技术研究发展计划（863计划）项目 （2011AA060407）；国家自然科学基金项目（51374242）；中国博士后科学基金资助项目（2012M511417）；中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金资助项目（11KF02）。

刘晓明，男，讲师，主要从事矿床深井开采与安全预警数字化技术的研究工作。

投稿网址: www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱:bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式:刘晓明，吕太含冰，陈辉，等. iVent软件在矿井通风教学中的应用与实践［J］.中国地质教育，2015，24（2）:49-51.

Title: Application and Practice of IVent Software in Teaching Mine Ventilation

Author（s）: LIU Xiao-ming， LV Tai-han-bing， CHEN Hui， XU Zhi-qiang