《礦山機(jī)械》課程教學(xué)方法探討

陳加勝++陳清華+鄧海順++朱增寶

摘 要： 《礦山機(jī)械》課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化、采礦工程和礦山安全等專業(yè)一門重要的專業(yè)必修課，該課程涉及機(jī)械、液壓、巖石力學(xué)、采煤工藝及井巷工程等多門學(xué)科。本文介紹了礦山機(jī)械課程結(jié)構(gòu)體系及礦山機(jī)械的發(fā)展，從提高學(xué)生學(xué)習(xí)礦山機(jī)械的興趣、使學(xué)生對煤礦的地面和井下有系統(tǒng)和全面的認(rèn)識、開闊學(xué)生的國際視野和工程實(shí)例教學(xué)四個方面論述了如何提高《礦山機(jī)械》課程教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞： 工程實(shí)例教學(xué) 學(xué)習(xí)興趣 國際視野 煤礦生產(chǎn)系統(tǒng) 《礦山機(jī)械》

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》指出：高等教育需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)辦出特色。適應(yīng)國家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，建立動態(tài)調(diào)整機(jī)制，不斷優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)[1]。礦山機(jī)械是煤礦生產(chǎn)的必備設(shè)備，其技術(shù)性能和質(zhì)量關(guān)系到煤礦企業(yè)的效益和安全[2]?！兜V山機(jī)械》課程是煤炭高校的特色專業(yè)課程，如何提高礦山機(jī)械課程教學(xué)質(zhì)量，為煤礦企業(yè)培養(yǎng)合格的專業(yè)人才，對煤炭高校和煤炭工業(yè)的發(fā)展都是非常重要的。

1.《礦山機(jī)械》課程結(jié)構(gòu)體系及礦山機(jī)械的發(fā)展

《礦山機(jī)械》課程結(jié)構(gòu)體系如圖1所示，主要介紹煤礦掘進(jìn)機(jī)械、采煤機(jī)械、支護(hù)設(shè)備、流體機(jī)械、運(yùn)輸和提升設(shè)備，流體機(jī)械單獨(dú)列為一門課。礦山機(jī)械有一個從簡單到復(fù)雜、從低級到高級逐步完善的發(fā)展過程。例如：滾筒式采煤機(jī)由鋼絲繩牽引到錨鏈牽引再發(fā)展到無鏈牽引。支護(hù)設(shè)備有一個從單體支柱與鉸接頂梁發(fā)展到滑移頂梁支架，再到綜采液壓支架的發(fā)展過程。刮板輸送機(jī)與滾筒式采煤機(jī)、支護(hù)設(shè)備配套形成采煤工作面的“三機(jī)”，協(xié)同合作完成采煤面的截割、裝載、支護(hù)和運(yùn)輸工作。各種礦山機(jī)械之間又有一定的聯(lián)系，比如掘錨聯(lián)合機(jī)組是懸臂式掘進(jìn)機(jī)和連續(xù)采煤機(jī)相結(jié)合形成的。礦山機(jī)械仍然在不斷發(fā)展，一些新的礦山機(jī)械仍然在不斷出現(xiàn)。在講授某一種礦山機(jī)械時，需要將該種機(jī)械的歷史、現(xiàn)狀和最新發(fā)展完整地講授，使學(xué)生有全面的認(rèn)識。

2.如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)《礦山機(jī)械》的興趣

興趣是最好的老師，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度的好壞直接影響學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣，也決定教師的付出能否有預(yù)期的效果[3][4]。有的學(xué)生感覺現(xiàn)在煤礦效益較差，以后工作也不打算去煤礦，學(xué)習(xí)礦山機(jī)械還有什么用？所以教師需要對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，我結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

（1）在講解某種礦山機(jī)械的開始，應(yīng)使用實(shí)物圖片或現(xiàn)場視頻講解結(jié)構(gòu)和動作過程，使學(xué)生有一個感性認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在講工作原理時比較容易理解。

（2）將復(fù)雜的問題簡單化，不應(yīng)該把簡單問題復(fù)雜化。盡量多用圖片少用文字，盡量用三維動態(tài)的實(shí)物圖代替不易看懂的二維平面圖。

（3）利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。帶學(xué)生參觀礦井三維立體動態(tài)模型；參觀模擬采煤和掘進(jìn)工作面；實(shí)驗(yàn)室可以配備一些錨桿鉆機(jī)、風(fēng)動鑿巖機(jī)、風(fēng)鎬等小型的礦山機(jī)械及掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、液壓支架等大型礦山機(jī)械的模型讓學(xué)生拆裝，讓這些設(shè)備或模型運(yùn)行一段時間，提高學(xué)生的動手能力和感性認(rèn)識。

（4）到煤礦井下礦山工作面現(xiàn)場參觀體驗(yàn)，這一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楹芏嗝旱V并不歡迎學(xué)生去下井實(shí)習(xí)，原因在于一方面考慮到安全因素，另一方面擔(dān)心學(xué)生較多影響生產(chǎn)。這要求煤礦、社會改變觀念，為學(xué)生提供便利條件，這樣有利于學(xué)生畢業(yè)后更好地服務(wù)煤礦、服務(wù)社會。

（5）增加露天煤礦、采石場、金屬礦山和海底礦產(chǎn)礦山機(jī)械內(nèi)容提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，擴(kuò)大知識面。在講煤巖物理機(jī)械性質(zhì)時，除了講解和煤礦礦山有關(guān)的巖石和煤外，還可以適當(dāng)增加學(xué)生比較感興趣的巖石，比如鉆石、化石。

（6）與時俱進(jìn)?，F(xiàn)在的學(xué)生思想都比較活躍，對一些新的信息都比較感興趣，平時要注意收集與本課程有關(guān)的一些新的信息并展示給學(xué)生，教師要與時俱進(jìn)，不斷充實(shí)自身理論和實(shí)踐知識，不斷提高教學(xué)水平。

（7）強(qiáng)調(diào)本課程的重要性。機(jī)械原理是通用的，學(xué)會礦山機(jī)械后，遇到其他機(jī)械同樣會很快熟悉，也可以將礦山機(jī)械的知識運(yùn)用到其他機(jī)械上。即使煤炭采完了，地下、露天、海洋和外空等其他礦藏的開采同樣需要礦山機(jī)械，所以礦山機(jī)械不會過時，而是會大有用途。需要經(jīng)常與學(xué)生交流，解決學(xué)生的疑問。

（8）教師必須對所教課程有興趣、有激情，用激情感染學(xué)生，使學(xué)生對這門課感興趣。

（9）在講授礦用電機(jī)車的結(jié)構(gòu)原理時，可以與汽車、高鐵動車組比較學(xué)習(xí)，加強(qiáng)皮帶輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)在選煤廠、發(fā)電廠、港口、采石場等行業(yè)的應(yīng)用。

3.結(jié)合工程實(shí)例講解礦山機(jī)械的應(yīng)用

工程實(shí)例教學(xué)能做到理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)和課外實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，克服教材編寫落后與生產(chǎn)實(shí)踐和信息量不足等缺點(diǎn)。生動形象的工程實(shí)例使學(xué)生拓寬眼界，獲得實(shí)踐知識，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力，便于學(xué)生畢業(yè)后盡快地適應(yīng)社會工作環(huán)境，為以后從事礦山機(jī)械相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)[6][7]。

例如可以選擇南水北調(diào)、西氣東輸、英吉利海底隧道工程、黃河和長江穿越隧道等工程實(shí)例，讓學(xué)生知道隨著隧道的斷面形狀、斷面大小、長度、地質(zhì)條件及施工狀態(tài)的不同，應(yīng)該采用哪些不同的掘進(jìn)設(shè)備和施工方法。在隧道工程的開口幾十米內(nèi)需要選用體型小、調(diào)動靈活的懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開挖，隧道達(dá)到能夠使用全斷面掘進(jìn)機(jī)（TBM）安裝長度后撤出懸臂式掘進(jìn)機(jī)，再使用TBM施工。

近年來很多煤礦在采煤工作面順槽、掘進(jìn)后配套、集中運(yùn)輸巷及軌道上下山都采用無極繩運(yùn)輸。無極繩運(yùn)輸相比調(diào)度絞車和回柱絞車，具有運(yùn)輸連續(xù)性強(qiáng)、運(yùn)量大、效率高、成本低、勞動強(qiáng)度低、安全等優(yōu)點(diǎn)[8]。

下面以淮南某礦運(yùn)輸順槽SQ-80無極繩絞車的安裝施工實(shí)例，說明無極繩絞車的安裝施工步驟、技術(shù)要求和注意事項(xiàng)。

（1）工程概況。某礦軌道順槽安裝一套SQ-80無極繩絞車及配套電氣設(shè)備，絞車功率110kW、滾筒直徑Φ1.2m、最大牽引力80KN、鋼絲繩規(guī)格Φ21.5mm、公稱繩速（雙速1.0m/s和1.7m/s）。無極繩絞車設(shè)備布置如圖2所示。

（2）施工前的準(zhǔn)備工作。①運(yùn)輸前大件設(shè)備必須封鎖牢固可靠，重心保持平衡，避免發(fā)生超高、超寬和重心偏移問題。②運(yùn)輸設(shè)備所經(jīng)路線的巷道高度和寬度必須滿足要求。運(yùn)輸前檢查沿途絞車各種性能并驗(yàn)算絞車牽引能力和鋼絲繩安全系數(shù)，不可超重運(yùn)輸。③施工前準(zhǔn)備好以下器具：礦車、手拉葫蘆、錨鏈、大錘、風(fēng)鎬、振動棒、地梁、地腳螺栓、尾輪生根梁等。準(zhǔn)備好水泥、黃沙和石子。④在絞車和張緊裝置上方頂板施工兩排起吊錨桿。提前聯(lián)系礦測量部門測量放置絞車和張緊器的中腰線。

（3）安裝施工步驟。絞車和張緊裝置的定位→挖基礎(chǔ)→澆灌基礎(chǔ)→無極繩絞車、張緊裝置安裝→尾輪、輪組的安裝→鋼絲繩安裝→電控和通信裝置安裝。

（4）試運(yùn)行。①試運(yùn)行前的準(zhǔn)備和檢查：對牽引絞車、張緊裝置、梭車、尾輪、輪組、鋼絲繩、電控和通信裝置等進(jìn)行檢查，確認(rèn)一切正常，方可開機(jī)。②試運(yùn)行啟動及試運(yùn)行過程中的操作程序及注意事項(xiàng)：跟車司機(jī)確定具備開車條件后，再發(fā)送開車信號，發(fā)送信號不得少于2次，絞車司機(jī)接到第二次信號后再啟動開車。運(yùn)行過程中跟車司機(jī)要注意車輛運(yùn)行是否正常，絞車司機(jī)要注意無極繩絞車、張緊裝置工作是否正常。③停車的操作程序、方法及注意事項(xiàng)。一般跟車司機(jī)待車輛即將運(yùn)行到位時發(fā)送停車信號，絞車司機(jī)接到停車信號后馬上操縱停車按鈕停車。另外，跟車司機(jī)也可以利用發(fā)射機(jī)的緊急停車按鈕或遙控停車。開始先試驗(yàn)低速運(yùn)行，然后試驗(yàn)高速運(yùn)行，在試運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)異常情況要及時停車處理。試運(yùn)行期間逐漸加大載重量，直到達(dá)到最大載荷為止。

（5）主要施工安全措施。①必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸挖掘基礎(chǔ)，嚴(yán)禁欠挖。澆注混凝土基礎(chǔ)時，采用人工拌料，必須嚴(yán)格按配比攪拌均勻，且必須用振動棒振搗密實(shí)。②用起吊錨桿作為起吊點(diǎn)，用雙根SGB620/40T刮板機(jī)鏈條和M20螺栓連接吊掛牢靠。使用手拉葫蘆起吊時，操作人員要站在安全地點(diǎn)操作，不得位于起吊點(diǎn)下方或設(shè)備可能歪倒打滑的方向。設(shè)備吊起擺動范圍內(nèi)嚴(yán)禁有人，嚴(yán)防斷鏈或設(shè)備滑落、歪倒傷人。③電氣開關(guān)防爆面完整無銹，閉鎖安全可靠。繼電器保護(hù)整定符合設(shè)計(jì)要求，分、合閘動作靈敏可靠，指示正確。接地干線采用4×40㎜鍍鋅扁鐵，接地極采用DN50×1500㎜鍍鋅鋼管。所有電氣設(shè)備的外殼均應(yīng)可靠接地，其接地電阻不得大于2Ω。

（6）主要技術(shù)質(zhì)量要求。①水泥、黃沙和石子嚴(yán)格按C20砼要求配比?；炷恋馁|(zhì)量比為水泥：黃沙：石子=1：1.81：3.69，水灰比=0.5，水泥為Po.325硅酸鹽水泥，石子粒徑：Φ16min～31.5㎜。失效的混凝土嚴(yán)禁使用，澆灌時保證混凝土攪拌均勻。②嚴(yán)格按照礦測量部門提供的絞車和張緊器的中腰線操平找正。③絞車地腳螺栓為M30×1100㎜（8根），張緊器的地腳螺栓為M20×600㎜（12根），預(yù)留螺栓孔位置不超過設(shè)計(jì)±20㎜。④絞車制動靈敏可靠，減速箱內(nèi)油位適當(dāng)，各連接螺栓必須齊全緊固，不得松動。張緊器的配重應(yīng)適當(dāng)，導(dǎo)桿在滑道內(nèi)可以自由升降。⑤絞車鋼絲繩壓繩輪、托繩輪的數(shù)量應(yīng)能滿足現(xiàn)場使用要求，保證鋼絲繩不得摩擦道板、輪架或鋼軌等。尾輪要固定牢靠。

通過本工程實(shí)例的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解無極繩絞車設(shè)備的運(yùn)輸、安裝、試運(yùn)行、基礎(chǔ)和電氣等施工安全措施及主要技術(shù)質(zhì)量要求。

4.讓學(xué)生了解礦井各生產(chǎn)系統(tǒng)的作用，熟悉礦山機(jī)械生產(chǎn)線配套

煤礦的目的是安全、高效地開采出高質(zhì)量的煤炭。為了達(dá)到這個目的，首先必須開掘一系列巷道進(jìn)入煤體，開掘巷道需要使用鉆機(jī)、裝載機(jī)、掘進(jìn)機(jī)及掘錨機(jī)組等掘進(jìn)機(jī)械；然后布置采煤工作面，安裝采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)等采煤機(jī)械進(jìn)行采煤；為了把地下的煤炭運(yùn)送到地面，必須有一套提升和運(yùn)輸設(shè)備。

讓學(xué)生了解通風(fēng)、供水、排水、供電、空壓、灌漿、瓦斯抽放、通信等系統(tǒng)及各系統(tǒng)使用的相應(yīng)機(jī)械設(shè)備，使學(xué)生對煤礦的地面和井下有系統(tǒng)和全面的認(rèn)識。

5.開闊學(xué)生的國際視野

國家工程教育專業(yè)認(rèn)證要求機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)的本科畢業(yè)生必須具有國際視野和跨文化交流、競爭與合作能力。如何開闊學(xué)生的國際視野，應(yīng)該將世界主要采煤國家，比如德國、美國、波蘭等國的煤礦地質(zhì)、礦山機(jī)械等照片和視頻展示給學(xué)生。精選以下示例：

（1）波蘭井下煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝視頻。讓學(xué)生了解綜合機(jī)械化掘進(jìn)設(shè)備如何配套運(yùn)行實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)的截割、裝載、轉(zhuǎn)載、材料運(yùn)輸?shù)仁┕み^程，了解如何使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)架設(shè)巷道支架。

（2）MINOVA履帶式行走鉆孔和錨桿安裝一體化錨桿鉆機(jī)動作視頻。讓學(xué)生了解鉆機(jī)如何帶動鉆桿和鉆頭實(shí)現(xiàn)鉆孔，了解錨固劑如何注入及鉆臂姿態(tài)的調(diào)整過程。

（3）海洋船鉆探（Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology）視頻。讓學(xué)生了解海洋鉆探的過程和特點(diǎn)，擴(kuò)大學(xué)生的眼界。

（4）斗輪式挖掘機(jī)。德國KRUPP 293斗輪挖掘機(jī)，世界史上最大的陸地自由移動機(jī)器，學(xué)生會被如此龐大的挖掘機(jī)震撼。

（5）海底采礦機(jī)器人、南極冰層巖心鉆探、火星探測車探測火星巖樣。

礦山機(jī)械是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，礦山機(jī)械是一個機(jī)械群，涉及的機(jī)械種類很多，需要教師有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并注意各種教學(xué)方法的運(yùn)用。本文從如何提高學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣等方面提出一些建議，并運(yùn)用到采礦工程和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化兩個專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐，取得較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）[EB/OL]. http： // www.gov.cn / jrzg / 2010-07 / 29 / content_ 1667143.htm.

[2]李曉豁，沙永東編著.采掘機(jī)械[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011（9）.

[3]孟凱.讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體——提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[J].教學(xué)研究，2012（1）：58-59.

[4]張艷.英語歌曲輔助教學(xué)與英語學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)[碩士學(xué)位論文][D].上海：上海師范大學(xué)，2012：18-19.

[5]朱寶安，梁樹才.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在醫(yī)學(xué)高專生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2014（4）：225-227.

[6]卓德兵.工程實(shí)例教學(xué)在“土木工程概論”課程教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].課程教材改革，2014（5）：117-118.

[7]肖擁軍.結(jié)合工程實(shí)例分析提高工程地質(zhì)課程教學(xué)效果[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2014（5）：113-114.

[8]李炳文，萬麗榮，柴光遠(yuǎn)主編.礦山機(jī)械[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010（1）：225-230.