爆破光测技术实验教学改革与安全管理

岳中文

(中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京　100083)



爆破光测技术实验教学改革与安全管理

岳中文

(中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院, 北京100083)

针对爆破光测技术实验教材内容部分过时、实验教学方法不合理、实验安全管理工作繁重等问题,通过更新教学大纲、调整教学内容、改革实验方法、转变实验角色、完善考核标准、建设安全管理制度、强化安全教育、加强实验预习和实验指导、规范实验教学安全运行、完善应急预案机制等实验教学改革,在实验教学中取得较好效果,提高了爆破光测技术实验教学的质量。

爆破光测技术； 实验教学改革； 安全管理

爆破光测技术是我校为岩土工程、采矿工程和爆破工程等相关专业学生开设的一门非常重要的专业课程。爆破光测技术实验教学主要内容是如何利用光测的技术研究爆破工程中的爆炸应力场、位移场、应变的测量以及相应机理。因此,爆破光测技术实验教学环节在整个教学过程中占有非常重要的地位。但是,由于爆破光测技术实验教学要用到炸药,为了保证实验的安全,所以传统的爆破光测技术实验教学中基本上都是实验指导教师操作,学生观看爆破效果,很少动手参与。另外,目前在用的爆破光测技术实验教材编写较为简单,一些内容相对陈旧。因此,为了提高实验教学的效果,达到提高学生创新能力的目的,我们对爆破光测技术实验教学进行了改革与实践,并对实验教学中的安全管理工作进行了完善和强化。

1　爆破光测技术实验教学改革与实践

1.1更新实验教学大纲,调整实验教学内容

(1) 更新实验教学大纲,调整实验教学内容。在爆破光测技术实验教学过程中,结合专业方向和爆破光测技术的新进展,明确课程的实验教学目的及任务,于2011 年修订了爆破光测技术实验教学大纲，科学安排课程实验教学的学时,从整体出发重点补充新增实验教学内容,删减过时的实验教学内容。

(2) 加快自编实验教学教材建设,建设精品实验教学课程。结合我校岩土工程和采矿工程专业的特点,自编爆破光测技术实验教学教程,该教程计划2016年出版。该教程按照新的教学大纲,充分融合该领域的新知识和新技术,突出实验教学中的关键点,细化实验操作规程,增强实验教学过程的可操作性,最大化地提高学生的实践操作能力。

1.2改革实验方法,保持实验教学内容的前沿性

(1) 集成创新数字激光高速摄影实验系统,推动实验教学发展。传统多闪光高速摄像机(Cranz-Schardin相机)具有诸多缺点和不足,但近年来数字高速相机和激光光源的发展,给爆破光测实验技术带来了新的机遇。对此,我们以泵浦激光器和Fastcam-SA5数字高速相机为主要元件，分别建立了爆炸载荷下动态焦散线实验系统(见图1)、爆炸载荷下光弹性实验系统(见图2)和爆炸纹影实验系统(见图3),获得了清晰的数字照片,验证了新型系统的可行性和先进性。新建的数字激光高速摄影实验系统不仅减小了实验的系统误差,而且提高了图像的数字化存储和处理的实用性和方便性,推动了爆破光测技术实验教学的发展[1-2]。

图1　爆炸载荷下动态焦散线实验系统

图2　爆炸载荷下光弹性实验系统

图3　爆炸纹影实验系统

(2) 采用替代品,降低危险性。目前,我校爆破实验室是北京市五环之内经北京市公安局批准使用的唯一可以使用炸药的实验室。爆破光测实验过程中的炸药使用严格遵循安全用药、集中用药、少量用药的原则,但是爆破实验时炸药的危险性时刻都存在着,为了降低发生实验危险的概率,我们参考文献[3-4],设计了电爆炸系统。在部分实验中,用电爆炸系统代替了炸药,极大地降低了实验的危险性。电爆炸丝电路图原理如图4所示。

图4　电爆炸丝电路图原理

(3) 改造DIC系统,丰富了爆破光测技术实验教学内容。20世纪80年代,美国南卡罗莱纳大学的Peters和Ranson提出了数字图像相关方法(digitalimagecorrelation,简称DIC)[5]。数字图像相关方法是一种有代表性的光学全场测量方法,能进行直观与定量的分析。借助这种技术,能够测量整个变形场的变形过程,如非均匀应变场、裂纹扩展等变形过程。和其他光测力学方法相比,数字图像相关方法具有实验光路简单、对测量环境要求低和试样制备简单等优点[6]。通过改造高速DIC方法可以研究爆炸载荷下脆性材料断裂和层裂破坏机理,丰富了爆破光测技术实验教学内容。爆炸载荷高速DIC系统如图5所示。

图5　爆炸载荷高速DIC系统

1.3课堂实验演示与实验技能训练相结合

由于爆破光测技术实验过程中使用炸药,这给实验带来诸多不便。因此,实验过程中可以适当运用课堂演示教学减少实验教学中遇到的安全问题。同时课堂演示教学具有直观、生动的特点,使学生更易于接近真实爆破光测实验,产生共鸣,对教学内容留下深刻的印象。 另外,实验指导教师可以把讲解示范与学生技能训练相结合,使得实验指导教师讲解、演示和学生实际操作融为一体,学生可快速、准确掌握实验教学内容以及需要注意的关键步骤和要求,既消除了安全隐患,又培养了学生的实际操作能力。

1.4转变角色,培养学生动手和创新能力

实验过程中,只有转变教师和学生的实验角色职能,才能培养学生动手和创新能力,达到实验教学的目的。改变传统教学中教师指导为主、学生实践为辅的教学模式,彻底实现实验教学中以学生实践为主,变辅助为亲自撰写实验计划书和实验方案,变观看实验为具体操作实验；实验指导教师则由实验主角转变为配角,由主要负责具体实验操作转变为宏观组织、监管和指导[7]。

1.5完善实验教学效果的考核方法

只有不断完善实验教学效果评价考核方法,才能促使创新人才的培养。根据爆破光测技术实验教学的特点,可以将实验考核的内容模块化,分成实验预习及设计模块、实验操作模块、实验安全管理模块、实验创新模块和实验报告模块等5个模块。5个模块分别制订了详实的评分细则,以评促学,全面调动学生实验的积极性,并能真实地反映出学生的实验水平,最终达到实验教学的目的。

2　爆破光测技术实验教学的安全管理

2.1制定制度,加强安全教育

(1) 制定安全制度,保证实验教学有章可循[8-10]。为保证爆破光测实验安全及实验的顺利开展,根据国务院于2006年9月1日实施的《民用爆炸物品安全管理条例》(国务院令第466号)和中华人民共和国公共安全行业标准(GA837-2009)《民用爆炸物品储存库治安防范要求》,我们制定了“中国矿业大学(北京)爆炸物品购买及审批制度”、“中国矿业大学(北京)爆炸物品入库管理制度”、“中国矿业大学(北京)爆炸物品出库管理制度”、“中国矿业大学(北京)爆炸物品管理人员责任制度”、“中国矿业大学(北京)爆炸物品库房应急预案”、“中国矿业大学(北京)爆炸物品使用单位及使用人员责任制度”、“中国矿业大学(北京)爆炸物品校内运输安全责任制度”、“中国矿业大学(北京)学生爆破(炸)实验安全规程”、“中国矿业大学(北京)各种爆炸物品出入库、日常管理登记表”、“中国矿业大学(北京)设备仪器使用制度”等。我们对这些制度在实验室进行了张贴和统一的装订成册。这些制度对实验场地、实验材料的领取、存放、药包制作以及实验操作等都作了详细规定和要求。

(2) 加强安全教育,确保实验万无一失。实验前,我们将统一装订成册的制度和爆破光测技术实验指导书分发给每一个参加实验的学生,实验指导教师把相关制度及实验指导书做成PPT课件,带领学生认真学习,积极讨论,要求大家认识到爆破光测实验安全的重要性以及有关实验教学过程中需要特别注意的安全管理问题,坚决达到“安全第一,预防为主”的目标[8-9]。

2.2强化实验预习和指导,避免错误操作

(1) 强化实验预习工作,消除错误操作隐患。爆破光测技术实验用药多为叠氮化铅,感度较高,所以实验过程中决不允许出现任何方面的错误或者操作失误。因此,为了安全实验的需要,要求学生实验前进行实验预习,认真阅读实验教材和爆破实验指导书。这样才会真正了解和掌握爆破光测实验的目的、实验的原理、实验的材料、实验的设备、实验的基本方法及具体实验步骤,避免错误操作。认真撰写预习实验报告,拟定出主要的爆破光测实验步骤和关键环节,指出具体实验时应该注意的安全问题,做到人人心中有数。

(2) 强化预习报告的检查,切实把关预习报告质量。对待学生预习报告,实验指导教师及时检查和批改,认真指出预习报告的错误之处,总结学生预习报告出现错误的特点,积极用多媒体课件展示,让预习报告有错误的学生及时更改过来,消除问题后才能够进入正式实验阶段。

2.3明确职责,强化实验技术指导

(1) 明确职责,精心实施实验方案[8-9]。由于参加爆破光测技术实验的学生较多,因此,实验过程中要组织分工,明确职责。具体做法是：每5个人一个小组,小组长1名,主要责任是分工协调；放炮操作员1名,主要负责装药、药包制作、联线和操作起爆器；高速相机操作员1名,主要负责高速相机的操作；电脑及数据采集操作员1名,主要负责电脑和数据采集的操作；安全警戒员1名,负责实验室的安全警戒。爆破实验过程中,实验教师作为总负责人,始终在实验室监督和指导。具体实验程序是由组长协调,以放炮操作员和高速相机操作员为主进行操作,其他2位学生协助。实验准备好后安全警戒员开始警戒,撤离人员,检查起爆联线,无误后向实验指导教师和放炮员及电脑数据采集操作员汇报所有准备工作,实验指导教师进一步确定实验程序和炮线连接方式无误后方可下达起爆指令。放炮操作员接到实验指导教师的指令后起爆炸药,等待1min后,撤销警戒指令后,学生才可以到实验室观察爆破实验效果以及数据图像采集情况。

(2) 加强实验过程技术指导,杜绝事故发生[11]。实验教学过程中,为了培养学生的动手能力和创新能力,要求学生自己动手组织、操作实验,但是爆破光测实验中,由于使用炸药,则可能产生一些不可预见的因素,稍有疏忽可能造成人员伤亡和财产损失,酿成无可挽回的灾难。因此,为避免实验事故的发生,实验指导教师要对实验过程进行全面监控,一旦发现违规操作则及时终止实验,指导学生检查排除,排除故障后才可重新进行爆破光测实验。

2.4做好应急预案,高效处理偶发事故

制订安全应急预案是及时解决爆炸物品爆炸引发的突发安全事件、提高处理突发安全事件的反应速度的必然选择。实验教学过程中,如果出现危险事故,实验指导教师则应立即启动应急预案,快速处理事故,使其危害程度降到最低[8,12]。结合学校实际情况,我们制订的爆破光测技术实验教学突发安全事故应急预案如图6所示。

图6　爆破光测技术实验教学突发安全事故应急预案

3　结语

通过更新教学大纲、调整教学内容、改革实验方法、转变实验角色、完善考核标准、建设安全管理制度、强化安全教育、加强实验预习和实验指导、规范实验教学安全运行、完善应急预案机制等实验教学改革,创造了竞争、创新的实验教学氛围,构建了一种安全、和谐的实验教学课堂环境,取得了多年来爆破光测技术实验教学安全“零”事故的效果,有效地保障了实验教学的秩序,明显提高了爆破光测技术实验教学的质量。

References)

[1] 杨立云,许鹏,高祥涛,等.数字激光高速摄影系统及其在爆炸光测力学实验中的应用[J].科技导报,2014,32(32):17-21.

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[5]PetersWH,RansonWH.DigitalImagingTechniqueinExperimentalMechanics[J].OptEng,1982,21 (3):427-431.

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ReformandsafetymanagementofexperimentalteachingofOpticalMeasurementTechnologyofBlastingcourse

YueZhongwen

(SchoolofMechanics&CivilEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China)

Aimingattheproblemsofpartoutdatedteachingmaterialcontents,theunreasonableexperimentalteachingmethodandheavysafetymanagementofspecificexperiments,thereformsofexperimentalteachingarecarriedoutbyupdatingsyllabus,adjustingteachingcontents,reformingthetestmethod,changingexperimentalroles,improvingassessmentstandards,constructingsafetymanagementsystem,strengtheningsafetyeducation,enhansingexperimentalpreparationandexperimentalguidance,standardingexperimentalteachingsafeoperationandimprovingtheemergencyplanmechanism.ThebetterresultsareachievedintheexperimentalteachingandthequalityofexperimentalteachingisimprovedfortheOpticalMeasurementTechnologyofBlasting.

opticalmeasurementtechnologyofblasting;reformofexperimentalteaching;safetymanagement

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.059

2015- 12- 08

中央高校基本科研业务费资助(2009QL15)

岳中文(1975—),男,安徽,博士,副教授,博士生导师,主要从事爆破工程方面的教学和研究.

E-mail：zwyue75@163.com

G642.0

B

1002-4956(2016)5- 0222- 05

实验室安全与环保