建井工程結構課程教學改革研究與實踐

李東陽

摘要：針對我國土木工程礦山建設方向本科課程內(nèi)容陳舊的問題，本文通過介紹《建井工程結構》課程的改革，論述了新的課程在課程內(nèi)容更新，增加新的科技成果、雙語教學方面的改革與實踐。

關鍵詞：礦山建設;建井工程結構;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0084-02

隨著我國礦業(yè)建設迅猛發(fā)展，國家和社會等各方對礦山建設人才的培養(yǎng)質(zhì)量都提出了很高的要求，由于種種原因，高校礦山建設類教材的發(fā)展遠遠跟不上礦建行業(yè)的發(fā)展。2011年，中國礦業(yè)大學（北京）開始在土木工程專業(yè)本科生中恢復了礦山建設方向，隨之開展了相應的教學梯隊建設和教材編寫工作。本文將簡要介紹4年來，《建井工程結構》課程教學改革和實踐情況?！督ňこ探Y構》是面向礦業(yè)的土木工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，通過該課程的學習，使學生能夠系統(tǒng)地掌握礦井設計和施工方面的基本理論、基本技術和基本方法。特別是煤炭工業(yè)基地的建設，建井工程作為煤炭開采的前期工程，是一項投資巨大、工期持久的基本建設工程。由于煤層賦存條件的原因，建井工程往往面臨各種復雜環(huán)境，例如東部地區(qū)幾百米厚的含水沖積層，有害氣體或者承壓水的突然涌出;西部地區(qū)侏羅系、白堊系特殊的地層條件，抗壓強度低、遇水泥化、涌水量大、注漿困難等。因此，現(xiàn)代的礦山建設對高校人才的知識結構必然會有更高的要求，以適應現(xiàn)代化煤炭工業(yè)基地建設的需要。

一、《建井工程結構》教材建設現(xiàn)狀

1999年教育部對全國學科專業(yè)調(diào)整，原有礦山建設工程專業(yè)并入到土木工程。保留開設該方向的高校陸續(xù)并入土木工程專業(yè)。國內(nèi)在土木工程專業(yè)本科生中開設礦山建設方向的高校很少，主要是原有煤炭工業(yè)部的幾所大學，其行業(yè)背景也多以煤炭工程和金屬礦山建設工程為背景。過去主要使用的教材是陶寶祥、李和群、胡學文等編著的教材《建井工程結構》，1986年由煤炭工業(yè)出版社出版。主要內(nèi)容包括5部分：天輪平臺、鑿井井架、鑿井施工用盤、整體式立井井壁，復合井壁。此后，關于建井工程結構的教材就一直沒有修訂和再版。而關于建井工程結構知識的更新與最新工程技術的進展多體現(xiàn)在一些工程技術手冊中，1986年，沈季良主編了《建井工程手冊》，1995年路耀華、崔增祁主編了《中國煤礦建井技術》，2003年崔云龍主編了《簡明建井工程手冊》，2007年王建平、靖洪文、劉志強主編了《礦山建設工程》，其中部分內(nèi)容涉及建井工程結構。需要指出的是，這些手冊和教材為國家礦山建設行業(yè)的教育教學、人才培養(yǎng)、工程建設做出了重要的貢獻。這些教材和手冊分別對國內(nèi)外各個時期的礦山建設工程的最新科技進展進行了總結。但是在本科教學中還存在一定的問題。主要是：①手冊內(nèi)容繁多，知識結構欠梳理，不適合于本科教學。②缺乏反映最新技術水平的教學實例，施工過程影像，現(xiàn)代施工技術圖片。③相當大部分的專業(yè)知識已經(jīng)過時，不能反映近10年來我國建井工程結構的最新進展，特別是施工技術進步方面的最新科技成果。

二、課程教學改革方案

總體思路是：以革新教材內(nèi)容為中心，同時豐富教學手段和內(nèi)容，對學生強化工程實踐與學習。

1.教材建設的思路。在新教材編寫過程中需要體現(xiàn)以下幾點新思路：①補充現(xiàn)代礦井建設施工技術和運行實際的相關知識，結合實際建設和生產(chǎn)來討論各部分設計計算內(nèi)容，讓學生明白為什么要這樣設計，將設計計算和實際建設與生產(chǎn)過程結合起來，體現(xiàn)教材的時代性。②在知識結構的編排上，要形成合理的認知結構，要符合本科生學習的習慣。使其能夠從剛剛學習過的結構力學、材料力學、鋼結構、土力學中順利地將知識遷移過來，體現(xiàn)教材的先進性。③自1986年以來的29年間，我國在立井和斜井建設技術方面積累了大量的工程實際經(jīng)驗，形成了一系列的行業(yè)新標準。在新編的教材中要補充這些知識成果，使學生能夠迅速地將學習的知識轉化為解決實際工作問題的技能，體現(xiàn)教材的實用性。④現(xiàn)代的土木工程設計已經(jīng)和相關行業(yè)的設計計算軟件緊密地結合起來了，在新教材的編寫中，要對建井工程結構設計計算的相關計算軟件做初步的介紹，體現(xiàn)出教材知識結構的完整性。

2.教學內(nèi)容更新。目前國內(nèi)煤礦立井井深在800-1100m范圍內(nèi)已建成多個，多采用立井短段掘砌的混合作業(yè)方式。以鑿井井架、礦井提升機、提升吊桶、傘鉆、抓巖機、MJY型整體式金屬模板為主體的機械化作業(yè)線。近年來針對鑿井技術裝備已經(jīng)進行多次改造升級，逐步滿足了現(xiàn)代煤礦立井1000～1500m深井筒的安全、高效、快速施工需求。這些科技進步成果是需要通過教材引入課堂的。①技術裝備方面。需要補充的裝備方面的內(nèi)容主要有：1）大型鑿井井架。目前我國礦山立井鑿井井架原在70年代開發(fā)的，共有5個系列6個型號，Ⅰ-Ⅴ型鑿井井架，最大的Ⅴ型井架僅能滿足立井井筒直徑8m、深度1100m的施工要求。為了滿足超大超深立井的需要，產(chǎn)學研單位合作研發(fā)了新型鑿井井架，VI型，VII型。主要性能指標得到了極大的提升。2）大型鑿井提升機?，F(xiàn)在我國已研制生產(chǎn)出滾筒直徑5m的鑿井提升機，在提升鋼絲繩、最大靜張力、最大靜張力差、提升高度、提升速度、電機功率及配套電控等方面已經(jīng)得到了很大的改進，這些內(nèi)容需要補充。3）鑿井懸吊穩(wěn)車。目前的立井用鑿井懸吊穩(wěn)車常用16t、25t、40t幾種型號，容繩量大于1000m，可以基本滿足大直徑超深立井的建設要求。但是存在穩(wěn)車體積大，鋼絲繩懸垂長等缺點，容易產(chǎn)生斷繩事故。需要向學生介紹穩(wěn)車優(yōu)化研究技術的進展、新型鑿井懸吊穩(wěn)車的控制方式、PLC與變頻控制技術、過載安全保護等新技術的應用與進展。4）多層吊盤。需要增加介紹立井機械化施工與多層吊盤的內(nèi)容，講解邁步式吊盤的工作原理。5）液壓鑿巖鉆架。主要增加介紹全液壓新型傘鉆，在提高鉆巖速度，降低機械噪音，基本杜絕粉塵污染方面的技術進展。6）中心回轉抓巖機。增加介紹斗容為1m3的大型液壓中心回轉式抓巖機，在提高抓巖能力及降低能耗方面的研究和應用情況。7）金屬整體液壓模板。增加介紹目前廣泛應用的MJY系列整體下移式金屬模板。重點介紹全液壓自移式模板裝置，在避免大量使用鋼絲繩及鑿井絞車，減少了設備和材料的用量，防止斷繩事故，同時增大了井口的工作空間方面的技術進步。8）新型吊桶。增加介紹新研發(fā)完成的6m3、7m3、8m3三種新型座鉤式吊桶，4m3新型底卸式吊桶的情況。重點介紹其優(yōu)化吊桶結構，降低吊桶重心，減少吊桶傾倒危險方面的技術進步。9）鉤頭及連接裝置。增加介紹新研制成功了的13t、15t、18t、21t、25t等新型提升鉤頭。重點介紹其在優(yōu)化連接形式、降低裝置的高度、增加密封性，使用壽命方面的技術進步。對于鑿井設備，既要介紹存在的問題，又要說明技術進步的方向，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。②體現(xiàn)新的技術規(guī)范和標準。自1986年以來的29年間，我國在立井和斜井建設技術方面積累了大量的工程實際經(jīng)驗，形成了一系列的行業(yè)新標準。特別是在鋼結構和鋼筋混凝土結構方面，國家標準經(jīng)過了數(shù)次更新。如《煤礦立井井筒及硐室設規(guī)范》（GB50384-2007），《煤礦斜井井筒及硐室設計規(guī)范》（GB50415-2007），《煤礦井巷工程質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50213-2010），《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50017-2003），《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）。行業(yè)標準，如《煤礦凍結法開鑿立井工程技術規(guī)范》（MT/T1124-2011）。這些規(guī)范和標準都是各個時期相關行業(yè)大量實踐經(jīng)驗的總結，在新編的教材中要補充這些知識成果，使學生能夠迅速地將學習的知識轉化為解決實際工作問題的技能，體現(xiàn)教材的實用性。

3.豐富教學手段和實踐。①在學校的支持下，建立礦山建設工程實驗室，建設實驗教學示范中心，制作室內(nèi)縮微實驗模型，體現(xiàn)建井工程結構的工作原理和分析要點，讓學生有更為直觀的認識。②聯(lián)系礦山建設類企業(yè)，建立北京市校外人才培養(yǎng)基地，帶領學生開展現(xiàn)場的參觀和實習活動，強化對課堂教學知識的再認識。③將課程設計與大學生創(chuàng)新計劃、任課教師承擔的國家自然科學基金項目，礦山建設企業(yè)委托項目結合起來進行，突出為礦山建設行業(yè)培養(yǎng)人才的目的和知識特征。

4.探索雙語教學。隨著近年來，國內(nèi)煤炭行業(yè)的不景氣，國內(nèi)礦井建設企業(yè)開始逐步加大了參與海外工程項目的力度。這就要求畢業(yè)生必須有一定的專業(yè)外語知識。以往學生學習的是土木工程專業(yè)外語，幾個專業(yè)的知識混排在一起，不利于講授和學習。《建井工程結構》課程改革方案中，在每一個重要知識點的地方，都要增加相關英文單詞的注解，使學生在學習過程中，掌握一定的詞匯量。個別章節(jié)的后面，引入原版英文教材的相關內(nèi)容，使學生逐步掌握建井工程結構相關英文技術資料的地道表達方法。

三、結語

《建井工程結構》是面向礦業(yè)的土木工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，課程改革的成效關系到我國礦山建設類人才的培養(yǎng)質(zhì)量及未來礦山建設企業(yè)的國際競爭力。只有通過高校教師和企業(yè)一線建設專家的通力合作，才能將教材的時代性、先進性、實用性和完整性落到實處，最終為高素質(zhì)人才的培養(yǎng)奠定基礎。

參考文獻：

[1]陶寶祥，李和群，胡學文，等.建井工程結構[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1986.

[2]路耀華，崔增祁.中國煤礦建井技術[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1995.

[3]王建平，靖洪文.礦山建設工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007.