科研型实验室的教学转化与应用

贾后省+张梦婕

摘要：针对采矿工程专业实践教学的特殊性和复杂性，提出了对科研型实验室进行教学转化的理念，以河南理工大学矿压控制实验室为例，介绍了该实验室教学转化的方案及其在采矿工程课程《矿山压力与岩层控制》中的应用，实验课堂反应良好，对于提高实验室利用率、学生理解专业知识点、提升动手能力、提高学生学习热情具有积极意义。

关键词：采矿工程；矿山压力；实践教学；SAKAI

中图分类号：G482 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0254-02

煤炭是我国的主题能源，并将长期主导我国的能源消费，采矿工程专业的人才培养是煤炭行业持续、有续发展的重要基础[1-2]。采矿工程所涉监测、检测、测试等实验众多，但由于煤矿工程的特殊性和复杂性，相关实验的实践教学难以行之有效的开展，即便结合老师的课堂讲解，学生也很难想象出实际工程条件下的专业知识运用，导致学生对某些专业知识點理解困难甚至理解错误[3-4]。

随着煤矿行业近年来的飞速发展，一些致力于基础科学研究和解决现场难题的科研类实验室蓬勃发展，然而，由于科研过程的间断性和不均匀性，导致此类实验室出现利用率低下的问题，如能对此类实验室所涉实验稍作改进，并在合理编排的基础上进行实践教学，对于实践教学效果的提升、实验室利用率的提高将具有实际意义。本文以河南理工大学矿压控制实验室为例，介绍了该实验室教学转化的方案及其在采矿工程本科生核心课程《矿山压力与岩层控制》中的应用，实验课堂反应良好，对于学生理解专业知识点、提升动手能力、提高学生学习热情具有积极意义。

一、矿压控制实验室概况

矿压控制实验室主要由河南理工大学太行学者科研团队组成，是能源科学与工程学院下属的专门从事煤矿巷道矿压理论与控制技术的研究部门。主要从事矿压理论及支护设计、施工技术指导、支护技术咨询和服务、矿区支护规范制定、支护材料、注浆材料、矿压监测仪器、支护机具等领域的开发研究与应用，拥有一支具有丰富设计和施工经验的长期从事现场技术服务的高素质专业技术人员队伍，解决了大批现场问题，获得了诸多科研成果。然而，由于该实验室所涉科研项目的间断性、不均匀性，导致该实验室出现利用率低下的问题。

实验室建设初期，共设五个实验区：（1）巷道地质力学评估实验区；（2）煤矿钻孔钻进理论与装备实验区；（3）矿用锚固产品与锚固材料实验区；（4）巷道底臌锚固治理方法及设备实验区；（5）煤矿锚固质量评估与无损检测实验区。其中，煤矿钻孔钻进理论与装备实验区、矿用锚固产品与锚固材料实验区、煤矿锚固质量评估与无损检测实验区等三个分区的实验任务均与本科生核心课程《矿山压力与岩层控制》教学密切相关。

二、矿压控制实验室的教学转化

根据采矿工程本科专业《矿山压力与岩层控制》的课程要求，结合矿压控制实验室已有设备情况，以科研项目所进行的实验为基础，进行科研项目相关实验的改进，开展了锚杆（索）孔钻进施工演示、锚杆（索）树脂锚固剂锚固机理、锚杆（索）锚固性能实验、锚杆（索）预紧力损失监测等四个方面的实践教学，基本覆盖了《矿山压力与岩层控制》课程全部的实验课程。

（一）锚杆（索）孔钻进施工演示

该演示实验借助于气腿式顶锚杆（索）钻机、空气压缩机及高压水泵，在锚杆支护锚固施工仿真综合实验架上实现，空气压缩机为顶锚索钻机提供动力，高压泵给予高压水冲洗钻头、携带钻渣排出孔外，其装置中预设不同属性的岩层，从而可以实现顶锚杆（索）钻机工作原理、破岩过程、冲洗液排渣机理等施工工艺过程仿真。

（二）锚杆（索）树脂锚固剂锚固机理

该实验是在锚杆（索）孔成孔后，利用锚杆端头将树脂锚固剂送入钻孔底部，末端连接锚杆钻机进行旋转搅拌，从而实现锚杆（索）树脂锚固剂锚固施工仿真。

（三）锚杆（索）锚固性能实验

该实验是在锚杆（索）锚固后的基础上，借助于锚杆（索）拉力计实现锚杆（索）锚固性能实验仿真。

（四）锚杆（索）锚固质量检测

该实验在锚杆（索）锚固后的基础上，借助于锚杆（索）超声波检测仪，对锚杆尾部进行敲击，通过接收到的信号判别锚杆（索）锚固质量的好坏。

（五）锚杆（索）预紧力损失监测

该实验在锚杆（索）锚固后施加预紧力的基础上，借助于锚杆（索）测力计，实时动态监测锚杆（索）力预紧力与时间变化关系，分析锚杆（索）预紧力损失的影响因素，为防止预紧力损失对策提供依据。

三、矿压控制实验室的教学应用效果

矿压控制实验室教学转化后所进行的四组实验基本覆盖了《矿山压力与岩层控制》课程全部的实验内容，共安排了8个课时，从课程学习来看，学生的思维活跃程度、课程学习积极性都有着较好的显现，课堂氛围与知识掌握情况总体较好，课堂出勤率接近百分之百。

同时，充分利用SAKAI教学平台的讨论区、作业、聊天室、资源共享等功能模块，进行课堂外的学习与交流。实验课外讨论中，鼓励学生发表自己对课程知识点理解，鼓励学生对所进行的实验提出针对性意见，对于某些知识点有兴趣或者渴望进一步加深学习的同学，进行单独辅导或进一步展开实验。截止课程结束，在实践教学板块，平均每名同学的使用SAKAI教学平台次数超过10次/人。

四、结语

围绕《矿山压力与岩层控制》课程的实验要求，对矿压控制实验室进行了教学转化，开展了课程密切相关的四组实验，所涉实验是课堂学习的有效补充，由学生相互配合完成且有学生自己动手操作，对于学生完善专业知识、提升实际动手能力、增加专业知识学习兴趣、增强团队合作意识等方面具有积极作用。

参考文献：

[1]弓小平，木合塔尔·扎日，黄滚，戴兴国，石忠民.我国采矿工程专业改革现状与问题[J].高等理科教育，2010，（03）：58-63.

[2]徐学锋，刘少伟，韦四江，顾明.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，（03）：150-151.

[3]秦忠诚，蒋国安.采矿工程专业课程体系整体优化与实践[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