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目前,中国矿业大学采矿工程专业教材采用高井祥老师编写的《测量学》,课程主要分为理论课和实验课两大部分,其中课堂授课为24课时,实验课8课时,内容设置如表1所示。实验课程主要开设水准测量、角度测量及全站仪认识与使用及地形图认读等内容。
1.2课程存在的问题
分析课程现状,目前中国矿业大学采矿工程专业测量学课程的设置存在如下几个问题:
(1)课程内容较多,而学时较少
从测量基础理论知识到矿山测量的应用,课程几乎涵盖了大部分测量学科的相关知识,但只有24课时的课堂教学明显无法面面俱到,不得不对部分内容进行缩减,课程内容的连续性不易保证,影响了教学效果。
(2)基础理论多,而专业应用内容少
测量学的基础理论知识占到总课堂学时的91.7%,而与采矿工程专业相关的矿山测量知识较少,只讲解基本概念,无法让学生对井上下测量工作有深刻的认识。此外,还有矿图、开采沉陷变形及控制等内容没有包含在内。
(3)实践内容不足
实践是测量学这门课程的必备环节,能够加深同学对课程相关理论知识的认知,便于在生产中综合运用。为此,中国矿业大学专门建立了实验室开放系统,全校同学可以根据自己的情况进行预约实验。但是现有的8课时实验内容全部集中在测量基础知识的学习上,未涉及将来工作中可能用到的矿山测量知识,导致学生学习和生产应用的脱节。
(4)测绘新技术和理论讲述较少
近年来,测绘技术的变化日新月异,GPS、摄影测量、遥感等技术在各行业的应用越来越广。煤矿企业大多都配备有先进的测量仪器,如GPS、全站仪、自动安平水准仪、陀螺仪等。因此,在讲课过程中需要对测绘新技术、理论及仪器设备进行讲解,使学生能够把握测量知识的应用方向,而目前课程对此方面的讲述明显不足。
2理论教学内容的改革
2.1课程内容改革
(1)精简或删除部分基础测量理论及技术。
对于距离、高程和角度测量等内容,应精简钢尺量距、视距测量、经纬仪测角等占的比例;对小地区控制测量部分,应精简三角网和小三角测量及交会法定向的内容;对地形测图等内容,应删除平板仪测图、经纬仪联合小平板仪测图,精简经纬仪测图。
(2)增加测绘新技术、新理论的比例。
增加自动安平水准仪、数字水准仪、全站仪的相关内容和应用;在控制测量部分增加GPS、RTK的等原理的讲述;在地形图测图部分增加航空、低空摄影测量及遥感成图的相关内容。
(3)加强矿山测量部分的应用教学。
加强井下控制测量、巷道施工测量的内容;增加矿图的认识及开采沉陷变形监测;拓展新型沉陷变形监测技术,如合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)、激光三维扫描等新技术的介绍。
2.2教学方法、手段改革
多媒体是目前高校普遍采用的一种教学手段。与传统的黑板教学相比,多媒体教学图文并茂,便于演示,可以提高课堂教学效率和效果,但也存在内容多,信息量大的缺点,致使学生思路跟不上,容易走神。因此,有必要将多媒体和板书进行有机结合,以达到最佳的教学效果。例如在讲解经纬仪整平对中时,可以在多媒体中增加动画效果,模拟圆水准气泡、管水准气泡的移动同三脚架、脚螺旋移动的关系,使学生有直观的认识。在讲解方位角、导线坐标等公式的推算时,先采用板书推导,使学生的思路能够循序渐进,促进学生思考问题,推导完成之后,可以采用多媒体再播放一遍推导过程,巩固重点和难点内容。中国矿业大学在2012年新的教学大纲中要求课堂教学中应有一定的研讨学时,采矿专业测量学课程设置4课时。这把传统上以“教”为主的教学模式转变为以学生“学”为主的教学模式,在课堂上采用“启发式”、“问题式”、“讨论式”、“探究式”等互动教学方法,可以激发学生的学习兴趣和积极性,加深学生对知识的理解,培养学生学以致用的能力。实施过程中可以采用分组讨论、辩论及学生讲课等形式。案例教学是一种非常重要的教学手段。学生通过案例分析可以更加深入的同应用相结合,有助于巩固课堂理论知识,培养学生分析问题和解决问题的能力。例如:在讲述大比例尺地形图测绘时,将校园作为实例,对平面控制测量和高程控制测量,甚至是GPS控制测量进行讲述和分析,然后再以学院楼、道路、花池等为例介绍大比例尺成图的过程和方法。由于同学对校园环境非常熟悉,更容易掌握相关的知识点和工程应用。
2.3考试与考核改革
课程考核是对学生掌握知识、技能、理论应用的一次检测,也是评定学生能否获取课程学分的一个重要依据。多数高校都将期末考试的70%~80%作为最终的课程考试成绩。这种一次考试定成绩的考核方式容易使学生出现考前突击、死记硬背、一知半解等情况,难以达到课程教学目的。因此,课程考试考核应采用多元化的方式,在课程教学中可以增加小测验、研讨、期中考试、课程论文等过程考核,完善现有的考试考核方式。此外,计算机技术也可以作为考核的一项重要手段,例如在完成导线计算的讲述后,可以让同学采用程序开发的方式实现导线的内业计算。这既可以让学生深入掌握导线计算的方法和流程,也可以锻炼学生的程序开发和应用能力。
3实践内容的改革
实践是培养工科专业学生动手操作、理论应用、团队协作意识等综合能力的必备环节。随着测绘仪器、理论及计算机技术的飞速发展,原有的一些测绘实践内容已无法满足社会需求,因此需要在有限的课时内对相关知识进行取舍优化,以达到实践教学的目的。
3.1实验教学改革
目前,中国矿业大学采矿工程专业只有8课时实验课,主要开设水准测量、角度测量及全站仪认识与使用及地形图认读等内容。实验课中课时安排不够合理,也未涉及矿山测量知识。此外,水准测量和角度测量所采用的仪器仍然为DS3水准仪和DJ6经纬仪,仪器过于陈旧,因此有必要对实验内容进行改革。将原有的水准测量实验仍设置为2课时,但需讲述DS3水准仪和自动安平水准仪的使用;原有角度测量减少为2课时,仪器改为全站仪测角和使用;去除全站仪认识与使用及地形图认读的实验内容,改为数字化测图(2课时);增加矿山测量实验内容,如矿井联系测量,实验场地可以设置在地下车库,以便模拟井下环境。
3.2科研促进教学
矿山测量是中国矿业大学的特色课程,采矿工程专业必须能够认识矿图,了解井下测量工作和开采沉陷及变形控制。中国矿业大学教师与矿山企业联系紧密,各类与矿山相关的科研项目较多,内容涉及矿山测量、井下开采方案设计、充填开采、开采沉陷及变形控制、建筑物损害鉴定、土地复垦及生态规划及重建等方面。在课堂、实践等教学过程中,适当穿插与科研项目相关的内容,可以增强学生的思考、动手、理论联系实际等能力,并且对矿山相关新技术能有初步的认知。这丰富了教学内容和方法,能够让学生了解所学知识的应用之处,有助于提高学生的学习兴趣。
随着我国经济地不断地发展,人们物质生活不断提升,人们所关注的问题从温饱到健康,从健康又到精神需求环境追求。采矿工程的追求和发展也随着经济的发展不断提升,安全的问题越来越受到重视。由于采矿业是一个高危行业,它所涉及到的勘探、挖掘等工作都容易受到爆破等危险的威胁,所以在开采的过程中保证工作人员的安全是首要的任务。一些特大的危险事故中,采矿人员的伤亡数量达到百人以上,牺牲的大多属于在最前线的勘探工作人员。本身从事挖矿的行业都是家庭较为贫困的人员,如果在勘探的过程中出现了什么危险事故,对勘探者的整个家庭来说都是较大的打击。再加上国家的补助政策没有很好地落实到位,这就导致原本贫困的家庭日子更加贫困,这从国家经济的整体发展上很不利。所以在采矿工程中,要提高安全指数,这是采矿企业必须做到,也是发展中首要考虑到的因素,企业必须良好地履行自身地职责,在保证安全的基础上再进一步提高开采的效率,是企业能够实现良好发展的基础。
1.2高强度开采需求
对采矿业来说,在能够满足安全开采的需求进行高强度开采对于开采过程的安全性是有保证的,同时为了取得更大的经济效益,也可以选择高强度开采。采矿企业也是企业一种,所以盈利是采矿业发展的最终目的,所以保证安全性的前提下,要进一步思考如何深入发展高强度开采。
1.3可持续发展需求
要想获得最大的经济效益,从劳动价值生产的角度来分析,需要通过减少原材料的消耗量、降低生产成本以及提升劳动生产率才能够得以实现。
1.4采矿方法需求
无论是什么类型的生产行业,都需要方法简单、简易操作且可行性强的生产方式,这样可以有效地提升生产效率。同时,生产的成本不断降低,生产环境适应能力不断加强,保证生产的安全性与稳定性,随之生产效率也会逐步提升。
2影响开采工程中采矿方法选择的因素
2.1地质因素
矿产是地质经过矿物作用形成的埋在地下或是在地表上能够使人类进行利用开发的矿物,这就说明矿产开采的过程中需要考虑到地质因素。一般情况下,地质因素索要考虑的主要是矿床的自身条件,其中的矿山与威严的物理性质、矿体的形状、厚度、倾角等在矿石中分布的因素都会对采矿过程造成一定的影响。
2.2经济因素
企业在对项目投资之前都会做一个较为详细的项目可行性研究策略,经济上的收益问题是不必可少的一个重要因素,采矿工程中的开采方法选择会对企业的经济收益与经济实力造成一定的影响,所以经济罂粟也是采矿工程中开采方法合理选择的影响因素之一。
2.3技术因素
开采的技术因素对开采的方式影响很大,开采的工作不是靠蛮力去解决的,技术水平如果不能够达到具体的开采要求,是无法满足开采过程中的安全性和效率性。技术因素需要考虑的方面主要包括开采装备好坏、开采技术水平、开采装置机械化水平、开采管理水平、开采的勘探技术等等。
本科采矿工程专业经历四年的学习,从高数、大学英语、工程制图等基础课到井巷工程、采矿学、矿山压力与岩层控制等专业课程,并且安排了矿山机械、工程经济学、矿山电子等拓展课程[1],学习内容之广,但学习的深度较浅。采矿工程毕业设计是教学计划中教学的最后一个环节[2-3],其目的就是让毕业生综合的、系统的运用四年所学知识,毕业设计还要求学生实地考察学习,理论联系实际,科学的培养自身技能,为将来从事煤炭行业打下坚实基础。近年来发现,采矿本科毕业设计的内容水平明显下降,究其原因是学生或者指导教师的责任[4-5]。学生毕业设计不合格说明培养的质量不能满足企业要求,盲目不求质量输送毕业生,可能由于知识缺漏造成的人员伤亡,对国家和社会造成很大的损失,也会对本校的声誉以及个人的前途发展有很大的影响[6]。因此,剖析目前采矿工程毕业设计存在的问题和提出解决新思路是本文的目的所在。
一、存在的问题
(一)单位实习情况差在单位实习情况的好坏是决定是否能做好毕业实习的重要影响因素之一。每个煤炭学校的采矿专业学生都安排至少四周的单位实习时间,如果充分利用好这四周在单位现场实习,对矿井的各个环节有个初步认识并对重要部分重点了解,可以说毕业设计以及答辩就不是问题。但了解学生实际到单位实习情况不容乐观,据统计只有三成的学生实际到单位进行了现场实习,并且学生到单位后没有下井实习,只是做了收集矿上基础资料的工作,收集之后便离开单位,浪费了大量的宝贵时间,造成对煤矿情况不了解、巷道设计不清楚、实际的采煤生产一无所知,造成毕业设计和答辩的被动。
(二)毕业设计的选题及内容单一纵览近年来的采矿毕业设计题目,设计的矿井集中在河南、山西,相当一部分矿井被学生重复拿来设计,如焦作、平顶山和晋城的矿井,重复次多过多,甚至一个学期有两到三个学生做同一个矿的初步设计,设计的内容只是部分不同,缺乏创新。
(三)工程绘图全部依赖电脑,缺乏手绘能力2000年以前,电脑未能全面普及,采矿毕业设计普遍要求手绘图纸,手绘的内容有《井田开拓方式平面图》、《井田开拓方式剖面图》、《采区平面图》、《采区剖面图》与《井底车场》,抄袭较少,但电脑普及之后,出现了电脑绘图软件,如AtoCAD,为了减少学生工作量,学生可以利用CAD绘图,逐渐学生缺乏手绘图纸的能力,对图纸的熟悉度大不如以前,出现了诸多问题,如线性不对,图中比例不对、标注不规范等问题,并且学生可以轻易的复制,抄袭的严重。
(四)毕业答辩情况不容乐观部分毕业生在答辩时尽管设计说明书内容和排版较好,但答辩时对自己设计的论文的内容模糊,答辩时语言不流畅,思路不清晰,对设计的内容只知其一不知其二,很难用可衡量的标准去给学生定量给分,只能靠答辩老师定性给分,由于收到诸多因素影响,不能准确的去判断情况。
二、解决问题新思路
(一)改变毕业设计实习方式,建立三点一线的联络通道针对部分学生不去单位实习情况,建立“毕业生—指导教师—实习单位”联系通道,即实习学生、实习单位联系人与指导老师建立联系通道,及时沟通了解学生在实习单位的实习情况,指导老师及时进行实习指导和实习内容安排,目的让学生在最短的时候内,高效的将所需了解的内容尽快掌握,也约束了学生的行为,杜绝学生不去单位实习情况。
(二)利用3D模拟现场等手段建立新的实习场景由于煤矿行业性质决定,现场实习存在很大的安全风险,再加上煤矿行业不景气,各煤矿经营情况不好,学生寻找实习单位比较困难,下井进行一线实习更是难上加难,所以寻求新的实习模式刻不容缓,可以实验室为实践教学基础平台,可利用3D模拟现场场景,可为学生提供新的设计思路,打破常规只在现场实习才能了解情况。
(三)加强毕业设计中间环节的管制,建立周汇报答辩制度。毕业设计期间完全由学生自主安排时间,部分同学懒惰性太强,设计进程一拖再拖,到最后阶段随意糊弄过关,为了杜绝此现象,加强毕业设计中间环节的管制,建立周汇报答辩制度,即学生一周一次给指导老师汇报设计进程。
(四)建立完善的毕业答辩管理制度。可实施“三项答辩法”,即在原来采矿工程毕业设计答辩采用单一设计内容及图纸答辩的基础上,增加了基础知识答辩和采矿CAD设计能力考核两个答辩环节,并通过采用一定的指标权重进行综合得出毕业设计成绩。例如答辩成绩和指导老师的成绩比重分别为70%和30%;答辩成绩和指导老师的成绩相差20分时,以低分为最终成绩;答辩成绩和指导老师成绩一个不及格时,则答辩最终成绩不及格。
三、结语
采矿工程毕业设计环节的好坏是决定采矿工程专业人才培养能否成功的关键一步,毕业学生正处于青春期,叛逆和懒惰时常伴随着他们,但如果毕业实习环节严谨、科学、合理,及时打消学生其他想法,将精力全身心投入到毕业设计中,从中学到各项能力,使同学们能达到具备扎实牢固的基础知识和专业知识,具有较高的适应采矿工作能力,对新技术和新知识有所了解的复合型人才。
作者:李红斌 单位:河南理工大学
参考文献:
[1]董长吉,等.采矿工程专业毕业设计改革的研究与应用[J].黑龙江教育,2013(2):50-51.
[2]李怀珍,武俐.采矿工程毕业设计存在的问题分析与教改探讨[J].淮南职业技术学院学报.2011.38(11):85-87.
[3]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.
1.仔细分析地质情况
地质因素对矿体赋存形态的影响较大,因此采矿工程设计者要对矿山区域内的地质情况进行深入的分析和研究,具体如矿床的地质结构和构造等。因为矿体的赋存形态往往受到这些因素的影响,所以分析和研究这些因素可以判断矿石质量的分布情况,同时也为下一步确定开采境界线提供了理论基础。
2.明确矿体本身的各种信息
矿体本身的各种信息对描述矿岩空间分布情况、矿石质量情况、夹层分布对质量的影响等内容具有重要作用,因此,采矿工程设计者要注意收集矿体本身的各种信息如,矿体具体的赋存形态、矿石的结构及类型及矿岩分布情况等信息。明确这些矿体信息将为圈矿设计的工作提供直接依据。
3.避免遗漏矿床的其他重要信息
有关矿床的重要信息较多,需要采矿工程设计者始终保持严谨的态度,避免遗漏某些重要信息,具体如高级储量的位置、覆盖土的分布情况、矿层对应问题、矿石品级的对应问题等等。在开采的过程中,通常在高级储量分布的区域内选择首采区,并开展下一步选择开拓系统和布置等活动。同时,采矿工程设计者还应对覆盖土分布、矿石及品级对应等问题作重点研究,避免一些问题的发生,如进行组合计算矿石品级中,避免人为因素对矿石一级品数量计算的影响。有关矿山夹层信息也要引起采矿工程者的高度重视,如经常出收稿日期:2014-06-10作者简介:吕波(1984-),男,贵州盘县人,本科毕业,工程师,贵州松河煤业管理有限责任公司生产技术部主任。现石灰石矿床中的高镁夹层和高硅夹层,需要仔细研究其搭配比例和空间结构。综合上述信息可知,采矿工程设计者必须注意收集矿床的各种重要信息,在制定地质报告时必须及时查漏补缺,从而保证报告的完整性和准确性。
4.补充矿石的特性研究
矿石的某些特型对开采的影响较大,如矿石的物理力学性质、矿床水文地质、围岩的特性等,因此,采矿工程设计者在地质报告中要尽量完善的补充阐述矿石的特性。
(二)确定矿山开采的境界线
地质报告编制完毕后将给出具体的储量计算范围,并递交国家储委完成审查备案的环节,进而进行矿山地质和采矿设计的环节。矿山地质和采矿设计只要是依据地质报告给出的有关地质储量信息选择恰当的开采技术和条件,最终完成开采工作。设计的相关成果具体体现在甲方的采矿许可证及其配套文件中,并且有关部门要逐年进行核查,因此必须严谨认真的完成矿山地质和采矿设计的环节,而确定具体的开采境界线是这个环节第一步工作,对下面的开采工作具有重要的意义,在确定矿山开采的境界线的过程中要注意以下几点内容:
(1)开采境界内矿石的工业储量要与矿山生产的服务年限相符,工业储量不得少于生产的服务年限。
(2)控制好矿山开采的境界线以内的平均剥采比,平均剥采比不能大于0.5∶1(t/t)。
(3)企业必须对地质报告中探明的工业储量充分利用。因此,在基建投资和工程量没有较大增加及现有开拓系统未作较大改动的前提下,应该在圈定开采境界线时尽量增大圈入境界线内的范围,从而促进国家资源的合理利用。
(4)开采范围要与公共设施或重要建构筑物保持一定的安全距离,尤其要注意开采区要远离工厂、居民区等人群密集区。安全距离的设置要合理并符合《爆破安全规程》的相关要求。
(5)务必保持采场四周最终边坡的稳定性,并及时调整不平稳的边坡坡度。采矿工程设计者可根据矿岩的稳定性来设置采矿场的边坡角,同时可根据地质报告内容避开不稳定岩层及构造带,从而减少对边坡角稳定性的影响。
(6)采矿工程设计者应从地质勘探线的剖面图对开采境界进行初步的确定,通常采用办法是地质地形平面图与地质剖面图相结合总体分析的方法。
(7)确定初步的开采境界线后再进行边坡角相关核算、边坡公路工程布置及总体剥采比的核算,如此反复仔细的计算后,才能将最终确定开采的范围。这项工作对设计者的要求较高,需要设计者本身积累了丰富的设计经验,并能够整体掌握工程内容。
二、先进技术在采矿工程设计中的应用
(一)计算机技术在采矿工程设计中的应用
计算机在现代采矿工程中的应用范围已经越来越广泛,计算机技术可以帮助采矿工程设计者完成很多工作,但是可供采矿工程设计使用的标准机还未出现。现在,采矿设计的专用计算机程序可以完成一定的设计工作,但有还需完善设计工作中各环节间的数据转换工作。同时计算机技术的应用标志着我国煤炭企业已经进入图形数字化时代,这些技术的应用不但可以大大提高工作效率,而且可以减少各种核算的误差,进而为企业节约较多的时间和成本。
(二)AutoCAD技术在绘制采矿工程图中的应用
我国煤矿企业对计算机技术应用带动了其他先进技术应用于本行业中,其中AutoCAD技术就凭借着自身的优势受到了行业的青睐。AutoCAD技术具有简单快捷、操作方便、高精度等优点,但是需要采矿工程设计者全面的掌握,才能完成采矿工程图的绘制工作。采矿工程设计者采用AutoCAD技术在绘制的设计图中设置相应的图层,并完成一般图形元素或特殊图形元素的绘制,如风门、井田界线等。
2测量工作的重要作用
2.1为井下开采工程的设计方案提供依据
采矿企业在采矿前,需要对矿区的地质进行勘测,以充分掌握矿藏的存在状态以及开采的环境等,进而保证设计方案的有效开展。井下测量工作主要测定矿藏的储量、质量和存在条件,矿藏的储量将直接影响到设计方案对开采范围的限定,进而直接影响到矿井的生产能力和企业的经济效益。而矿藏的质量将影响到企业的销路,因国家与各商家对于不同质量的矿藏,其接受要求不同,因此,对矿藏质量的勘测将直接影响到企业的根本利益。另外,矿藏的存在条件是开采过程中最为重要的方面,主要工作内容包括对矿藏所在层次及结构、内部与外部环境等的勘测,直接影响到矿藏的开采方式和开采角度。
2.2保证井下开采工程按计划开展与实施
矿产的开采过程,也就是企业的正式投入生产阶段,为了保障矿藏的生产可以按照计划实施,并使其得以有效利用,这就要求测量人员能够实时测量井下的开采过程,及时填充井下的平面图和剖面图,并对开采计划进行相应修改,对月计划、季度计划、年计划生产进行相应调整,进而保证矿井的生产能力。若一味追求生产产量而忽视施工环境,不按照原有计划实施矿藏的开采,将危及采矿人员的生命安全,影响企业的经营模式,形成混乱的企业经营管理现状,使相关领导失去对“三量”的掌控力度,甚至出现开采滞后的现象,严重影响矿产的安全生产和正常开采。同时,对井下开采情况进行及时测量和填充,可保证开采工程的有序发展,进而保证井下开采的安全和矿藏的质量。
2.3为井下开采工程提供有效监督
矿藏开采的工作流程主要是勘探、计划和开采。对于矿藏开采的一般要求是:首先规定矿藏开采的数量,并在实际生产中,务必按计划开采,不能随意丢放矿藏,同时及时上报矿藏的开采情况,进而确定开采的进度是否同原有计划一致,其服务年限是否得到相应保证,此类工作均需要专业的井下测量人员对开采情况进行实时勘测,并及时填土,避免出现滥挖滥采的状况,为井下开采工作提供有效监督,实时掌握井下开采情况,有计划的进行矿藏开采,掌握回采率,避免矿产资源浪费,提高矿藏利用率,保证矿藏的安全顺利生产。
2.4为井下开采工程提供适时指导
矿藏的开采受数量上的限制,自建井以来,需对井下开采工程不断投资,使矿藏得以不断生产,以维持矿业企业的正常运行。鉴于此,若要保证矿藏的持续生产,需按照生产计划来实施,在井下开采过程中,相关测量人员需及时跟进生产进度,并为井下开采工作提供及时指导。同时,矿井中对于矿藏的运输,通常是有专门的运输巷道,然而对于其运输设备是否完善、施工方向是否准确等,均需要井下测量人员对其进行测量与检查。若在井下开采过程中,缺乏测量人员的适时指导,导致施工人员盲目挖掘,同时缺乏对地质情况的了解和事故的处理经验,将制约着开采工作的顺利开展,甚至危及人员生命安全。
2有色采矿工程中的不安全因素及对策
在有色采矿工程中,存在的不安全因素较多。针对有色采矿工程有可能发生的不安全因素进行研究分析,并采取行之有效的解决措施,对于降低安全事故发生率具有重要的意义。就从有色采矿工程井巷施工来看,要表现在以下几个方面:
2.1采区井巷设计中存在的不安全技术因素及对策
在弯道井巷施工的过程中,弯道井巷曲率半径如果选取不合当,势必会给有色采矿的运输造成安全影响。一般来说,在采矿井巷施工的过程中,巷道起坡方法有单道起坡和双道起坡两种。其中,采区中部车场采用单道起坡的方法,其拔口工程量相对较小,能够节省一付弹簧道岔,还能够降低一定的人力、财力。若是采区中部车场采用双道起坡的方法,其拔口工程量就相对较大,除了使用一付弹簧道岔,还应适应一付固定道岔,同时耗费的人力、财力更多。从安全问题出发,在采区中部车场采用双道起坡的方法最为适宜,虽然耗费了更多的人力、财力,但是,却能够为相关工作人员提供方便,避免了巷道堵塞,确保了巷道运输通畅,从而也在一定程度上确保了有色采矿生产安全。此外,进行弯道井巷的曲率半径设计时,若是通过弯道井巷的运输设备为七吨重的机车,通常弯道井巷的曲率半径为12~15m,若运输设备重量小于7t,则曲率半径为9m。若是井巷弯道幅度过大,耙矸机中的钢丝绳磨损就比较严重,极易出现钢丝绳因磨损断裂造成人员受伤的情况。若是井巷弯道幅度过大无法避免,从而采取急拐弯的方法,则巷道对面通过爆破后所掉落下的矸石无法耙彻底,就必然会造成巷道出现上坡现象,这将对巷道运输安全产生严重的威胁。
2.2采矿工作面的施工中存在的不安全技术因素及对策
在有色采矿工程施工中,一般是打通巷道进入计划开采面积的远处,正式开采时的工作面称回采工作面。进行巷道开拓工作时,采矿工作面的施工是否安全影响整个有色采矿工程的安全性,对于整个有色采矿工程来说,处理好采掘面施工方面的安全技术具有重要的意义。首先要在反眼头实施单向施工,留住反眼头矿柱,为下区段的回采正规推采营造有利的安全施工条件。这是由于许多矿井所采用的反眼头双向施工极易产生垮帮现象,并且不利于维护所决定的。与此同时,切眼的开口以及分斜坡的开口对于安全系数也有着很大的影响。相关长度的不足以及开口方向的不准确都会对具体的施工造成重大的影响,并产生垮帮的现象。因此,在施工切眼方向时要尽量保证切眼沿矿层的正斜方向,留有充分的长度。而且开口的方向也要严格按照相应的标准,使其垂直于主斜坡方向。此外,还要做好伪倾斜推采的超前开采距离的确定工作。许多有色采矿工程的事故都是由于这种距离的测量不够精准所造成,只有根据矿区的实际情况保证上部超前开采的距离小于回采的最大控顶距离才能保证有色采矿生产的安全性和稳定性。
2.3掘进施工中存在的不安全技术因素及对策
①掘进工作面运巷拔口位置的选择有正、反两种,在施工时要特别注意。从可采矿层来看,要想提高矿炭资源的回收率,就应该对局部地段进行有效地改造。在设计改造眼过程中,要根据矿层、地质条件进行设计,避免对改造眼的方位、位置及坡度的设计不当。在改造设计过程中,往往只考虑到经济效益,而没有从有色采矿质量方面进行注意,而随意将改造眼坡度设计为25°以上。因此,在设计时,应该将改造眼坡度设计为25°以下。②选择好运巷拔口的位置。因为对拔口的位置设计不到位,如果石门与矿层相通过,可以设计为正拔口和反拔口,会导致巷道跨度过大,从而导致安全事故的发生。③很多不安全问题大多都是人为因素造成的。因为有色采矿工人的安全意识缺乏,不遵守安全有色采矿的规章制度,容易出现盲目性、随意性的违章作业,就会导致安全事故频发。加上安全防范措施不到位,缺乏科学高效的安全应急机制,一旦出现严重的安全隐患,就难以及时有效地进行应对。因此,在进行有色采矿过程中,必须以安全设计规范和相关安全手册为指南,只有这样,才能够确保有色采矿作用安全有序地进行。
3严格按照安全要求做好有色采矿施工
3.1严格落实审批制度
严格按照国家安全标准对矿坑开采进行审批,按照不同的标准的进行开采。不能够对矿山矿坑的支撑结构产生破坏,切实做好保护工作。
3.2选择合适的开采仪器
必须严格按照有关标准选用合适的开采仪器,确保设备安全质量能够顺利接受验收。作为矿山企业,应该切实做好机电设备的维护,加强防护装置的检查,检修安全检测仪器,以确保安全。
3.3加强对空气质量的检测
只有确保其合格才能够进行开采,以防出现中毒、窒息等问题针对机械设备、排土场等可能存在的危害,采取积极有效的应对措施,才能够最大可能地提高其安全性。
3.4完善安全管理机制
采用事前安全控制、事中安全控制和事后安全控制相结合的方式,加强安全日常巡查,一旦发现问题,可以及时有效地处理。实行全员安全控制激励与约束机制,将安全控制与每个施工人员的绩效待遇联系起来,从内心提高施工人员参与有色采矿施工的积极性和主动性。
2、我国采矿工程的现状和面临的挑战
近年来我国采矿过程暴露出了许多问题,长时间的掠夺式采矿,造成了一些矿产资源的储量下降,甚至有枯竭的危险。另一方面由于采矿工程企业的管理不到位造成了一些采矿工程不能顺利进行。同时由于采矿工程的操作环境艰苦、安全隐患大,薪金待遇不高,造成了人们对于采矿工程这种职业的偏见,不能很好的吸引人才和留住人才。采矿工程一方面人才流失严重,另一方面还不能吸引高素质、高知识储备的专业人才进入行业,进行采矿工程的职工知识技能水平不高,在采矿工程中不能进行有效观察,不能对采矿机械进行合理操作,容易造成安全隐患,影响采矿的正常进行。采矿工程中的中小工程较多,没有进行有力整合,中小采矿工程在采矿设备和工人待遇方面投入能力有限,造成开采环节的科技含量低,人工密集型开采,对人力资源造成浪费。较低的待遇影响采矿职工队伍的稳定性。此外,有些采矿工程无法把握矿产资源的脉络,找矿、探矿能力不足,作业程序不规范、管理制度不健全,对整个采矿工程的可持续发展提出了挑战。我国采矿工程投入大量资金,多用于矿山设施建设和劳动力费用支出,而在采矿行业科技投入存在严重不足,机械化程度为35%左右,落后发达国家采矿工程装备水平十年左右。较低的科技投入和机械化水平导致了我国采矿工程的劳动密集型状态与发达国家采矿行业相比,劳动生产率很低。世界经济一体化的发展,伴随着矿产市场全球一体化的发展,我国劳动密集型的采矿工程,在世界高度机械化的水平下很难与世界采矿行业进行有力竞争。同时,我国经过改革开放以来的快速发展,采矿工程与环境的矛盾日益凸显。国家要保证生态文明的建设,矿产及生态环境的可持续发展是重要环节。长期的采矿工程对环境造成了大量的破坏,生态环境严重恶化。对环境的破坏成为采矿工程面临的重要挑战。以采煤业为例,山西采煤行业进行了长达40年的快速发展,大量煤炭资源产出的同时,生态环境问题也显现出来,露天开采煤炭资源后,没有进行矿坑的回填和绿化,形成荒山,水土流失严重,破坏地下水脉,造成地下水位变化和地下水污染。地下开采的矿区,开采后不进行处理,造成地表塌陷。采矿过程中产生的煤矸石等废物未经规划,随意堆积,形成大量采矿垃圾,影响生态环境的正常运行。因此,能否正视对环境的影响并采取相关措施成为采矿工程面临的重要挑战。
3、采矿工程面临的机遇
采矿工程目前正处在发展和调整阶段,一味追求利益的采矿工程已经不能适应生态文明建设的要求。采矿工程应该将可持续发展战略运用到采矿工程中的各个环节,进行采矿工程的管理创新和技术投入,保证采矿工程的可持续发展,促进采矿工程与社会和环境的和谐进步,这成为未来采矿工程发展的必然趋势,也是采矿工程转型、调整的一个重要契机。在不断进行自我管理,科技机械设备利用率提高的前提下,加之矿产市场世界一体化,各国矿产资源贸易增多,同时伴随着美欧经济复苏,印度、非洲经济快速发展对矿产资源的需求量大幅度提升,我国采矿工程即将迎来新的、更加健康的稳步发展。全球能源和矿产资源的市场调整接近尾声,对于采矿工程造成的不稳定影响也即将结束。我国采矿工程要清楚地认识到世界矿产市场与我国采矿工程的联系,在世界矿产资源调整导致的全球整体矿产行业低迷期内完善内部制度,强化管理机制,革新理念,时刻把握采矿工程可持续发展基本要求。加大采矿工程科技投入,提高机械化水平,保证我国采矿工程的竞争优势,促进我国采矿行业的规模化发展。进入新的阶段,国家对采矿工程的重视程度日益提高,国家对采矿工程的调整和发展提供了大量的技术和资金的支持,保证了采矿工程的发展。越来越多的专业人才投身到采矿工程,保证了行业人才的供应,促进了行业向科技技术丰富型方向发展。矿产市场调整时期的过渡给了我国采矿工程内部改善和调整的机遇。因此,我们要把握好采矿工程发展的机遇,促进我国采矿行业的发展。
(1)投资大,运行成本高。采矿工程学科,建设一个系统完备的专业实验室,至少需要花费数百万。此外,实验过程中的能源、物料及不可避免的仪器设备的损坏消耗巨大。
(2)运行效率低、总体利用率不高。实验设备通常是按照预先设计的实验目的购置的,能够支持的实验内容比较单一,同时受益学生有限,而且在2次实验之间,处于闲置状态,总体利用率相对较低。
(3)教学形式相对单一,缺乏完善的统筹与安排,计划性不强,针对性较弱,不能充分调动学生的积极主动性。
(4)实验资源不足,不能满足广大学生的实际需求,在很大程度上抑制了学生参与实验教学活动的积极性和主观能动性。
(5)现有模型陈旧、展示手段单一、更新效率低,阻碍了采矿工程专业学生实践创新能力的培养。
2基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法的提出
采矿工程专业教学的首要任务是培养学生对矿山实体与工程视图之间的一种形象思维和逻辑思维能力。然而,由于缺乏现场认识,学生们难以想出书本上呆板图形所要表达的矿山巷道形状、结构特征及其相互之间的空间关系。如果能够利用近年来迅速发展起来的虚拟样机技术构建一个“五脏俱全”的矿井生产环境,分别利用声音、图形、图像、动画和实物照片等多角度多方位地冲击学生的感官神经,可以极大地吸引学生的注意力、提高实验教学效率。同时,通过三维游览和兴趣驱动的游戏模式表达出传统教学手段无法描述的现象和规律,使学生从不同角度观察各种井巷、硐室等的结构形状和空间位置关系,而且还可以针对不同的教学内容和教学目的,带领学生在虚拟生产矿井中游览每个井筒、巷道和硐室,使学生身临其境、切身感悟,不仅可以大大增强学生对抽象事物的感受能力,而且还能有效激发学生的学习兴趣,促使学生充分发挥主观能动性,达到一个良好的教学效果。基于此,本文综合利用虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形图像技术等生成逼真的“虚拟矿井建设”实验场景,按照采矿工程专业毕业生在从事工作后的实际晋升途径,分别设计出工作岗位角色和工作任务,并配备必要的设备、仪器和工具,让同学们在虚拟情境中完成自己未来岗位的工作任务,并获得晋升及奖励,促使学生进行更深层次的实践动手操作。不仅可以提高学生的实验积极性,而且可以得到许多在常规实验中难以实现的效果和实验现象。
3基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法的构建
通过构建基于兴趣和任务驱动的囊括矿井工业广场、完整地面生产系统、井筒及提升运输设备、井底车场(包括中央变电所、水泵房、水仓、煤仓、转载硐室、炸药库、充电硐室等)、测风站、掘进工作面(综掘、炮掘)、采煤面(炮采、普采、综采等)功能完善、配套齐全的大型综合虚拟矿井建设的实验场景,不仅可以形成独特的实验教学体系,而且能够让学生对煤矿生产各系统、各环节进行掌握和实践操作,便于激发他们奋发向上的精神和珍惜热爱生活的态度。具体构建方法为。
(1)分析当代大学生的求新、求异、个性化的需求,探讨一种新型的基于兴趣驱动的采矿工程学科虚拟实验方法,让学生在虚拟的“矿井建设”环境下完成自己的专业实践训练,通过构建兴趣驱动的游戏般的实验环境,使互动媒体实验教学与课堂理论教学相统一。
(2)总结分析我国现有虚拟实验在硬件装备、软件配置等方面的现状,收集整理学生、实验教师等对虚拟实验教学的评价,明确采矿工程专业学科“虚拟矿井建设”实验可行性;
(3)综合利用虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形、图像技术等虚拟现实技术构建采矿工程学科实验教学场景实现方法。
(4)基于虚拟矿井建设的实验教学体系建设,主要内容包括。
①人物角色设计及其晋升体系:以大学生毕业后从事矿业生产工作的实际职称系列或管理系列为依据设定相应的角色。
②角色任务分配及奖惩办法;根据采矿工程行业各职称系列人员所从事的具体工作内容设计出虚拟矿井建设过程中各角色的任务。通过本部分内容的学习,可使学生们明确自己以后的实际工作内容和所需要的专业知识,进而明确大学期间需要掌握的专业知识。
③实验道具设计,即虚拟矿井建设所需的设备、仪器、系统及工具等,使学生们掌握采矿生产过程中的设备配套、功能原理及其操作方法,并加深相关作业的工艺过程和关键环节控制等专业知识。
④角色身份及相关装备的获取途径及条件设计:基于现有职称晋升标准,制定出虚拟矿井建设中各角色任务的晋升条件,使学生们对于自己未来的成长方式有个大致的了解,从而准确把握大学期间的任务和目标。
⑤基于计算机虚拟现实技术,生成逼真的实验情境,使学生在该情境中借助必要的道具对实验对象进行操作,实现“虚拟身份”的真实体验。
2开拓巷道工程施工过程中存在的不安全技术因素及对策分析
首先,下部车场轨道间的安全间隙过小,在巷道施工的过程中,设计下部车场时,通常把1.3m作为车场间的安全间隙,然而在实际施工过程中,很多矿井的安全间隙通常只有1.2m,这就导致当车场的运输任务比较紧张,尤其是运输车变形或材料车过宽时,车场之间极易发生挤碰而对工作人员的生命安全构成威胁。所以,在施工时还要充分考虑到超宽运输车可能通过的情况,尽量把安全间隙设置在1.4m左右,以此来确保施工工作的正常进行。其次,设计巷道时出现高度过低的情况,进行巷道开拓工作时,半圆拱形断面是首选的掘进方式,一般墙高都被控制在1.2m左右。但是在实际的施工过程中,为数不少的矿区并没有严格按照这一标准进行巷道的建设,很多大断面积的巷道的墙高仅有1.1m,这就直接导致了在巷道里架线时,达不到架线的安全高度和施工的安全标准,极大的提高了触电事故的发生率。所以,在设计巷道墙高时必须结合当地的实际情况详细分析。最后,设定巷道的腰线时存在不合理的情况,中线和腰线是井下巷道进行施工时用以完成施工控制的,中线的主要作用是能够对巷道的掘进方向进行指导,一般来说,需要在巷道的顶板位置或是棚梁上设置3到4个中线点,以正中或偏中线的形式展示,采用激光光束等方法检查掘进迎头的尺寸是否合理。所谓腰线其实是一种标示线,用以对巷道的标高和坡度进行合理的控制,可以用水平尺等施工工具延伸到掘进迎头的位置来探测腰线所在的位置是否合理。
3采掘工作面施工过程中存在的不安全技术因素及解决策略
3.1切眼和分斜坡在开口过程中出现的问题。
对采掘工作面的实际作业过程中,技术人员在设计切眼时,开口的方向并没有沿煤层的正倾斜方向,还有很多开口即使沿正倾斜方向,但是设计长度明显不合理,这就造成三角带煤柱容易发生跨帮问题。所以在施工过程中一定要严格按照设计标准进行切眼开口的设计,尽量避免出现质量问题。
3.2急倾斜煤层的主斜坡坡度过小。
在实际的施工过程中,需要设计好急倾斜煤层的主斜坡的坡度,然而即便有明确的倾斜角度作为参考,施工过程中也难免会出现一些问题,使得主斜坡的坡度不符合施工标准,即使受到自身重力的作用煤炭也不能自溜下降,降低了工作效率。
3.3改造眼的反眼坡度。
在设计改造眼时,相当多的矿区会把经济效益放在第一位,所以在设计改造眼时并不会综合考虑各方面的条件,有的甚至把改造眼的坡度设置到30度以上,并且有太多拐弯,给施工安全留下隐患。
(1)考核类别:考试,考查;
(2)考试形式:闭卷和开卷;
(3)试卷类型:试卷库、试题库、命题。具体到某一门专业课程的考核则是授课教师根据该课程在本专业中的重要程度来确定。考核效果则是以卷面成绩、平时表现和作业完成情况综合确定该课程是否达到要求。以《井巷工程》为例考核,采用闭卷考试形式,不同学校采用的试卷类型不一样,可以是试卷库、试题库、命题三种形式中的一种,试卷通常有授课教师确定,考试结束后由教师批改试卷,结合卷面成绩、平时成绩综合最终确定学生学习效果是否达到大纲要求,如果没有达到及格线(60分),则要参加下次的补考。
2专业课程考核和职业资格考试相结合探讨
以执业资格考试中一级建造师为例,《建设工程经济》、《建设工程法规及相关知识》、《建设工程项目管理》、《专业工程管理与实务》4个科目,其中《建设工程经济》、《建设工程法规及相关知识》、《建设工程项目管理》各个工程内专业均需要参加考试,并且考核大纲是统一的,而《专业工程管理与实务》科目分为:建筑工程、公路工程、铁路工程、民航机场工程、港口与航道工程、水利水电工程、市政公用工程、通信与广电工程、矿业工程、机电工程。考生报名时可根据实际工作需要选择其中一个专业类别。与采矿工程相关的专业必然选择矿业工程类别,该矿业工程中的《专业工程管理与实务》涵盖了涉及工程测量、工程材料、矿业地面工程、爆破工程、井巷工程等内容。该课程涉及到了采矿工程专业学生在大学期间的学习的所有专业课程和实践教学环节。对于采矿工程的矿山企业管理、工程技术经济学、采矿工业的基本方针、政策和法规等则可以采用客观题型来考察学生掌握程度;对于采矿学、井巷工程、矿井通风与安全、岩体力学、工程力学、采用主观题型来考察。作为专业课程的授课教师首先应该取得相应的执业资格,其次在专业课程的授课和考核中引入执业资格考试的相应内容。以《井巷工程》为例,井巷工程作为采矿工程专业的主干课程,在采矿工程专业的学生培养中起到重要作用,而在我国的建造师执业资格考试中有相应的专业类别,即矿业工程。作为采矿工程专业的任课教师应该考虑如何将课堂教学考核和执业资格考试相结合,以实现在专业课程的授课和考核过程中就让学生具备准建造师的资格。在授课过程中应该结合爆破工程、工程材料、地下工程施工、巷道支护等内容进行讲授,教师也应该熟悉取得建造师所需要的知识。
随着我国经济地不断地发展,人们物质生活不断提升,人们所关注的问题从温饱到健康,从健康又到精神需求环境追求。采矿工程的追求和发展也随着经济的发展不断提升,安全的问题越来越受到重视。由于采矿业是一个高危行业,它所涉及到的勘探、挖掘等工作都容易受到爆破等危险的威胁,所以在开采的过程中保证工作人员的安全是首要的任务。一些特大的危险事故中,采矿人员的伤亡数量达到百人以上,牺牲的大多属于在最前线的勘探工作人员。本身从事挖矿的行业都是家庭较为贫困的人员,如果在勘探的过程中出现了什么危险事故,对勘探者的整个家庭来说都是较大的打击。再加上国家的补助政策没有很好地落实到位,这就导致原本贫困的家庭日子更加贫困,这从国家经济的整体发展上很不利。所以在采矿工程中,要提高安全指数,这是采矿企业必须做到,也是发展中首要考虑到的因素,企业必须良好地履行自身地职责,在保证安全的基础上再进一步提高开采的效率,是企业能够实现良好发展的基础。
1.2高强度开采需求
对采矿业来说,在能够满足安全开采的需求进行高强度开采对于开采过程的安全性是有保证的,同时为了取得更大的经济效益,也可以选择高强度开采。采矿企业也是企业一种,所以盈利是采矿业发展的最终目的,所以保证安全性的前提下,要进一步思考如何深入发展高强度开采。
1.3可持续发展需求
要想获得最大的经济效益,从劳动价值生产的角度来分析,需要通过减少原材料的消耗量、降低生产成本以及提升劳动生产率才能够得以实现。
1.4采矿方法需求
无论是什么类型的生产行业,都需要方法简单、简易操作且可行性强的生产方式,这样可以有效地提升生产效率。同时,生产的成本不断降低,生产环境适应能力不断加强,保证生产的安全性与稳定性,随之生产效率也会逐步提升。
2影响开采工程中开采方式选择的因素
2.1地质因素
矿产是地质经过矿物作用形成的埋在地下或是在地表上能够使人类进行利用开发的矿物,这就说明矿产开采的过程中需要考虑到地质因素。一般情况下,地质因素索要考虑的主要是矿床的自身条件,其中的矿山与威严的物理性质、矿体的形状、厚度、倾角等在矿石中分布的因素都会对采矿过程造成一定的影响。
2.2经济因素
企业在对项目投资之前都会做一个较为详细的项目可行性研究策略,经济上的收益问题是不必可少的一个重要因素,采矿工程中的开采方法选择会对企业的经济收益与经济实力造成一定的影响,所以经济罂粟也是采矿工程中开采方法合理选择的影响因素之一。
2.3技术因素
开采的技术因素对开采的方式影响很大,开采的工作不是靠蛮力去解决的,技术水平如果不能够达到具体的开采要求,是无法满足开采过程中的安全性和效率性。技术因素需要考虑的方面主要包括开采装备好坏、开采技术水平、开采装置机械化水平、开采管理水平、开采的勘探技术等等。