《矿山机械》课程教学方法探讨

陈加胜++陈清华+邓海顺++朱增宝

摘 要： 《矿山机械》课程是机械设计制造及自动化、采矿工程和矿山安全等专业一门重要的专业必修课，该课程涉及机械、液压、岩石力学、采煤工艺及井巷工程等多门学科。本文介绍了矿山机械课程结构体系及矿山机械的发展，从提高学生学习矿山机械的兴趣、使学生对煤矿的地面和井下有系统和全面的认识、开阔学生的国际视野和工程实例教学四个方面论述了如何提高《矿山机械》课程教学效率。

关键词： 工程实例教学 学习兴趣 国际视野 煤矿生产系统 《矿山机械》

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》指出：高等教育需要优化结构办出特色。适应国家和区域经济社会发展需要，建立动态调整机制，不断优化高等教育结构[1]。矿山机械是煤矿生产的必备设备，其技术性能和质量关系到煤矿企业的效益和安全[2]。《矿山机械》课程是煤炭高校的特色专业课程，如何提高矿山机械课程教学质量，为煤矿企业培养合格的专业人才，对煤炭高校和煤炭工业的发展都是非常重要的。

1.《矿山机械》课程结构体系及矿山机械的发展

《矿山机械》课程结构体系如图1所示，主要介绍煤矿掘进机械、采煤机械、支护设备、流体机械、运输和提升设备，流体机械单独列为一门课。矿山机械有一个从简单到复杂、从低级到高级逐步完善的发展过程。例如：滚筒式采煤机由钢丝绳牵引到锚链牵引再发展到无链牵引。支护设备有一个从单体支柱与铰接顶梁发展到滑移顶梁支架，再到综采液压支架的发展过程。刮板输送机与滚筒式采煤机、支护设备配套形成采煤工作面的“三机”，协同合作完成采煤面的截割、装载、支护和运输工作。各种矿山机械之间又有一定的联系，比如掘锚联合机组是悬臂式掘进机和连续采煤机相结合形成的。矿山机械仍然在不断发展，一些新的矿山机械仍然在不断出现。在讲授某一种矿山机械时，需要将该种机械的历史、现状和最新发展完整地讲授，使学生有全面的认识。

2.如何提高学生学习《矿山机械》的兴趣

兴趣是最好的老师，学生的学习态度的好坏直接影响学习效果的优劣，也决定教师的付出能否有预期的效果[3][4]。有的学生感觉现在煤矿效益较差，以后工作也不打算去煤矿，学习矿山机械还有什么用？所以教师需要对学生进行引导，我结合自身教学经验总结如下：

（1）在讲解某种矿山机械的开始，应使用实物图片或现场视频讲解结构和动作过程，使学生有一个感性认识，提高学生的学习兴趣，使学生在讲工作原理时比较容易理解。

（2）将复杂的问题简单化，不应该把简单问题复杂化。尽量多用图片少用文字，尽量用三维动态的实物图代替不易看懂的二维平面图。

（3）利用实验教学激发学生的学习兴趣[5]。带学生参观矿井三维立体动态模型；参观模拟采煤和掘进工作面；实验室可以配备一些锚杆钻机、风动凿岩机、风镐等小型的矿山机械及掘进机、采煤机、液压支架等大型矿山机械的模型让学生拆装，让这些设备或模型运行一段时间，提高学生的动手能力和感性认识。

（4）到煤矿井下矿山工作面现场参观体验，这一点很难实现，因为很多煤矿并不欢迎学生去下井实习，原因在于一方面考虑到安全因素，另一方面担心学生较多影响生产。这要求煤矿、社会改变观念，为学生提供便利条件，这样有利于学生毕业后更好地服务煤矿、服务社会。

（5）增加露天煤矿、采石场、金属矿山和海底矿产矿山机械内容提高学生学习的兴趣，扩大知识面。在讲煤岩物理机械性质时，除了讲解和煤矿矿山有关的岩石和煤外，还可以适当增加学生比较感兴趣的岩石，比如钻石、化石。

（6）与时俱进。现在的学生思想都比较活跃，对一些新的信息都比较感兴趣，平时要注意收集与本课程有关的一些新的信息并展示给学生，教师要与时俱进，不断充实自身理论和实践知识，不断提高教学水平。

（7）强调本课程的重要性。机械原理是通用的，学会矿山机械后，遇到其他机械同样会很快熟悉，也可以将矿山机械的知识运用到其他机械上。即使煤炭采完了，地下、露天、海洋和外空等其他矿藏的开采同样需要矿山机械，所以矿山机械不会过时，而是会大有用途。需要经常与学生交流，解决学生的疑问。

（8）教师必须对所教课程有兴趣、有激情，用激情感染学生，使学生对这门课感兴趣。

（9）在讲授矿用电机车的结构原理时，可以与汽车、高铁动车组比较学习，加强皮带输送机、刮板输送机在选煤厂、发电厂、港口、采石场等行业的应用。

3.结合工程实例讲解矿山机械的应用

工程实例教学能做到理论联系实际，实现课堂教学和课外实践有机结合，克服教材编写落后与生产实践和信息量不足等缺点。生动形象的工程实例使学生拓宽眼界，获得实践知识，增强学习动力，便于学生毕业后尽快地适应社会工作环境，为以后从事矿山机械相关工作打下良好的基础[6][7]。

例如可以选择南水北调、西气东输、英吉利海底隧道工程、黄河和长江穿越隧道等工程实例，让学生知道随着隧道的断面形状、断面大小、长度、地质条件及施工状态的不同，应该采用哪些不同的掘进设备和施工方法。在隧道工程的开口几十米内需要选用体型小、调动灵活的悬臂式掘进机进行开挖，隧道达到能够使用全断面掘进机（TBM）安装长度后撤出悬臂式掘进机，再使用TBM施工。

近年来很多煤矿在采煤工作面顺槽、掘进后配套、集中运输巷及轨道上下山都采用无极绳运输。无极绳运输相比调度绞车和回柱绞车，具有运输连续性强、运量大、效率高、成本低、劳动强度低、安全等优点[8]。

下面以淮南某矿运输顺槽SQ-80无极绳绞车的安装施工实例，说明无极绳绞车的安装施工步骤、技术要求和注意事项。

（1）工程概况。某矿轨道顺槽安装一套SQ-80无极绳绞车及配套电气设备，绞车功率110kW、滚筒直径Φ1.2m、最大牵引力80KN、钢丝绳规格Φ21.5mm、公称绳速（双速1.0m/s和1.7m/s）。无极绳绞车设备布置如图2所示。

（2）施工前的准备工作。①运输前大件设备必须封锁牢固可靠，重心保持平衡，避免发生超高、超宽和重心偏移问题。②运输设备所经路线的巷道高度和宽度必须满足要求。运输前检查沿途绞车各种性能并验算绞车牵引能力和钢丝绳安全系数，不可超重运输。③施工前准备好以下器具：矿车、手拉葫芦、锚链、大锤、风镐、振动棒、地梁、地脚螺栓、尾轮生根梁等。准备好水泥、黄沙和石子。④在绞车和张紧装置上方顶板施工两排起吊锚杆。提前联系矿测量部门测量放置绞车和张紧器的中腰线。

（3）安装施工步骤。绞车和张紧装置的定位→挖基础→浇灌基础→无极绳绞车、张紧装置安装→尾轮、轮组的安装→钢丝绳安装→电控和通信装置安装。

（4）试运行。①试运行前的准备和检查：对牵引绞车、张紧装置、梭车、尾轮、轮组、钢丝绳、电控和通信装置等进行检查，确认一切正常，方可开机。②试运行启动及试运行过程中的操作程序及注意事项：跟车司机确定具备开车条件后，再发送开车信号，发送信号不得少于2次，绞车司机接到第二次信号后再启动开车。运行过程中跟车司机要注意车辆运行是否正常，绞车司机要注意无极绳绞车、张紧装置工作是否正常。③停车的操作程序、方法及注意事项。一般跟车司机待车辆即将运行到位时发送停车信号，绞车司机接到停车信号后马上操纵停车按钮停车。另外，跟车司机也可以利用发射机的紧急停车按钮或遥控停车。开始先试验低速运行，然后试验高速运行，在试运行时发现异常情况要及时停车处理。试运行期间逐渐加大载重量，直到达到最大载荷为止。

（5）主要施工安全措施。①必须严格按设计尺寸挖掘基础，严禁欠挖。浇注混凝土基础时，采用人工拌料，必须严格按配比搅拌均匀，且必须用振动棒振捣密实。②用起吊锚杆作为起吊点，用双根SGB620/40T刮板机链条和M20螺栓连接吊挂牢靠。使用手拉葫芦起吊时，操作人员要站在安全地点操作，不得位于起吊点下方或设备可能歪倒打滑的方向。设备吊起摆动范围内严禁有人，严防断链或设备滑落、歪倒伤人。③电气开关防爆面完整无锈，闭锁安全可靠。继电器保护整定符合设计要求，分、合闸动作灵敏可靠，指示正确。接地干线采用4×40㎜镀锌扁铁，接地极采用DN50×1500㎜镀锌钢管。所有电气设备的外壳均应可靠接地，其接地电阻不得大于2Ω。

（6）主要技术质量要求。①水泥、黄沙和石子严格按C20砼要求配比。混凝土的质量比为水泥：黄沙：石子=1：1.81：3.69，水灰比=0.5，水泥为Po.325硅酸盐水泥，石子粒径：Φ16min～31.5㎜。失效的混凝土严禁使用，浇灌时保证混凝土搅拌均匀。②严格按照矿测量部门提供的绞车和张紧器的中腰线操平找正。③绞车地脚螺栓为M30×1100㎜（8根），张紧器的地脚螺栓为M20×600㎜（12根），预留螺栓孔位置不超过设计±20㎜。④绞车制动灵敏可靠，减速箱内油位适当，各连接螺栓必须齐全紧固，不得松动。张紧器的配重应适当，导杆在滑道内可以自由升降。⑤绞车钢丝绳压绳轮、托绳轮的数量应能满足现场使用要求，保证钢丝绳不得摩擦道板、轮架或钢轨等。尾轮要固定牢靠。

通过本工程实例的学习，使学生了解无极绳绞车设备的运输、安装、试运行、基础和电气等施工安全措施及主要技术质量要求。

4.让学生了解矿井各生产系统的作用，熟悉矿山机械生产线配套

煤矿的目的是安全、高效地开采出高质量的煤炭。为了达到这个目的，首先必须开掘一系列巷道进入煤体，开掘巷道需要使用钻机、装载机、掘进机及掘锚机组等掘进机械；然后布置采煤工作面，安装采煤机、液压支架、刮板输送机、破碎机等采煤机械进行采煤；为了把地下的煤炭运送到地面，必须有一套提升和运输设备。

让学生了解通风、供水、排水、供电、空压、灌浆、瓦斯抽放、通信等系统及各系统使用的相应机械设备，使学生对煤矿的地面和井下有系统和全面的认识。

5.开阔学生的国际视野

国家工程教育专业认证要求机械设计制造及自动化专业的本科毕业生必须具有国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力。如何开阔学生的国际视野，应该将世界主要采煤国家，比如德国、美国、波兰等国的煤矿地质、矿山机械等照片和视频展示给学生。精选以下示例：

（1）波兰井下煤巷综合机械化掘进工艺视频。让学生了解综合机械化掘进设备如何配套运行实现巷道掘进的截割、装载、转载、材料运输等施工过程，了解如何使用悬臂式掘进机架设巷道支架。

（2）MINOVA履带式行走钻孔和锚杆安装一体化锚杆钻机动作视频。让学生了解钻机如何带动钻杆和钻头实现钻孔，了解锚固剂如何注入及钻臂姿态的调整过程。

（3）海洋船钻探（Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology）视频。让学生了解海洋钻探的过程和特点，扩大学生的眼界。

（4）斗轮式挖掘机。德国KRUPP 293斗轮挖掘机，世界史上最大的陆地自由移动机器，学生会被如此庞大的挖掘机震撼。

（5）海底采矿机器人、南极冰层岩心钻探、火星探测车探测火星岩样。

矿山机械是一门实践性很强的课程，矿山机械是一个机械群，涉及的机械种类很多，需要教师有一定的实践经验并注意各种教学方法的运用。本文从如何提高学生对本课程的学习兴趣等方面提出一些建议，并运用到采矿工程和机械设计制造及其自动化两个专业的教学实践，取得较好的教学效果。

参考文献：

[1]教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）[EB/OL]. http： // www.gov.cn / jrzg / 2010-07 / 29 / content_ 1667143.htm.

[2]李晓豁，沙永东编著.采掘机械[M].北京：冶金工业出版社，2011（9）.

[3]孟凯.让学生成为学习的主体——提高学生学习的兴趣[J].教学研究，2012（1）：58-59.

[4]张艳.英语歌曲辅助教学与英语学习兴趣的激发[硕士学位论文][D].上海：上海师范大学，2012：18-19.

[5]朱宝安，梁树才.开放式实验教学在医学高专生物化学实验教学中的应用[J].中国医学教育技术，2014（4）：225-227.

[6]卓德兵.工程实例教学在“土木工程概论”课程教学中的应用探讨[J].课程教材改革，2014（5）：117-118.

[7]肖拥军.结合工程实例分析提高工程地质课程教学效果[J].当代教育理论与实践，2014（5）：113-114.

[8]李炳文，万丽荣，柴光远主编.矿山机械[M].北京：中国矿业大学出版社，2010（1）：225-230.