建井工程結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

李東陽

摘要：針對我國土木工程礦山建設(shè)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(jié)構(gòu)》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(xué)方面的改革與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：礦山建設(shè);建井工程結(jié)構(gòu);教學(xué)改革

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

隨著我國礦業(yè)建設(shè)迅猛發(fā)展，國家和社會等各方對礦山建設(shè)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(shè)類教材的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上礦建行業(yè)的發(fā)展。2011年，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）開始在土木工程專業(yè)本科生中恢復(fù)了礦山建設(shè)方向，隨之開展了相應(yīng)的教學(xué)梯隊(duì)建設(shè)和教材編寫工作。本文將簡要介紹4年來，《建井工程結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)改革和實(shí)踐情況。《建井工程結(jié)構(gòu)》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(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握礦井設(shè)計(jì)和施工方面的基本理論、基本技術(shù)和基本方法。特別是煤炭工業(yè)基地的建設(shè)，建井工程作為煤炭開采的前期工程，是一項(xiàng)投資巨大、工期持久的基本建設(shè)工程。由于煤層賦存條件的原因，建井工程往往面臨各種復(fù)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(qiáng)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(shè)對高校人才的知識結(jié)構(gòu)必然會有更高的要求，以適應(yīng)現(xiàn)代化煤炭工業(yè)基地建設(shè)的需要。

一、《建井工程結(jié)構(gòu)》教材建設(shè)現(xiàn)狀

1999年教育部對全國學(xué)科專業(yè)調(diào)整，原有礦山建設(shè)工程專業(yè)并入到土木工程。保留開設(shè)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(shè)礦山建設(shè)方向的高校很少，主要是原有煤炭工業(yè)部的幾所大學(xué)，其行業(yè)背景也多以煤炭工程和金屬礦山建設(shè)工程為背景。過去主要使用的教材是陶寶祥、李和群、胡學(xué)文等編著的教材《建井工程結(jié)構(gòu)》，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(fù)合井壁。此后，關(guān)于建井工程結(jié)構(gòu)的教材就一直沒有修訂和再版。而關(guān)于建井工程結(jié)構(gòu)知識的更新與最新工程技術(shù)的進(jìn)展多體現(xiàn)在一些工程技術(shù)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(shù)》，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(qiáng)主編了《礦山建設(shè)工程》，其中部分內(nèi)容涉及建井工程結(jié)構(gòu)。需要指出的是，這些手冊和教材為國家礦山建設(shè)行業(yè)的教育教學(xué)、人才培養(yǎng)、工程建設(shè)做出了重要的貢獻(xiàn)。這些教材和手冊分別對國內(nèi)外各個(gè)時(shí)期的礦山建設(shè)工程的最新科技進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。但是在本科教學(xué)中還存在一定的問題。主要是：①手冊內(nèi)容繁多，知識結(jié)構(gòu)欠梳理，不適合于本科教學(xué)。②缺乏反映最新技術(shù)水平的教學(xué)實(shí)例，施工過程影像，現(xiàn)代施工技術(shù)圖片。③相當(dāng)大部分的專業(yè)知識已經(jīng)過時(shí)，不能反映近10年來我國建井工程結(jié)構(gòu)的最新進(jìn)展，特別是施工技術(shù)進(jìn)步方面的最新科技成果。

二、課程教學(xué)改革方案

總體思路是：以革新教材內(nèi)容為中心，同時(shí)豐富教學(xué)手段和內(nèi)容，對學(xué)生強(qiáng)化工程實(shí)踐與學(xué)習(xí)。

1.教材建設(shè)的思路。在新教材編寫過程中需要體現(xiàn)以下幾點(diǎn)新思路：①補(bǔ)充現(xiàn)代礦井建設(shè)施工技術(shù)和運(yùn)行實(shí)際的相關(guān)知識，結(jié)合實(shí)際建設(shè)和生產(chǎn)來討論各部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容，讓學(xué)生明白為什么要這樣設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)際建設(shè)與生產(chǎn)過程結(jié)合起來，體現(xiàn)教材的時(shí)代性。②在知識結(jié)構(gòu)的編排上，要形成合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，要符合本科生學(xué)習(xí)的習(xí)慣。使其能夠從剛剛學(xué)習(xí)過的結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、鋼結(jié)構(gòu)、土力學(xué)中順利地將知識遷移過來，體現(xiàn)教材的先進(jìn)性。③自1986年以來的29年間，我國在立井和斜井建設(shè)技術(shù)方面積累了大量的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，形成了一系列的行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)。在新編的教材中要補(bǔ)充這些知識成果，使學(xué)生能夠迅速地將學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際工作問題的技能，體現(xiàn)教材的實(shí)用性。④現(xiàn)代的土木工程設(shè)計(jì)已經(jīng)和相關(guān)行業(yè)的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件緊密地結(jié)合起來了，在新教材的編寫中，要對建井工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的相關(guān)計(jì)算軟件做初步的介紹，體現(xiàn)出教材知識結(jié)構(gòu)的完整性。

2.教學(xué)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(gè)，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(jī)、提升吊桶、傘鉆、抓巖機(jī)、MJY型整體式金屬模板為主體的機(jī)械化作業(yè)線。近年來針對鑿井技術(shù)裝備已經(jīng)進(jìn)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(jìn)步成果是需要通過教材引入課堂的。①技術(shù)裝備方面。需要補(bǔ)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(gè)系列6個(gè)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(xué)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(biāo)得到了極大的提升。2）大型鑿井提升機(jī)。現(xiàn)在我國已研制生產(chǎn)出滾筒直徑5m的鑿井提升機(jī)，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(jī)功率及配套電控等方面已經(jīng)得到了很大的改進(jìn)，這些內(nèi)容需要補(bǔ)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(shè)要求。但是存在穩(wěn)車體積大，鋼絲繩懸垂長等缺點(diǎn)，容易產(chǎn)生斷繩事故。需要向?qū)W生介紹穩(wěn)車優(yōu)化研究技術(shù)的進(jìn)展、新型鑿井懸吊穩(wěn)車的控制方式、PLC與變頻控制技術(shù)、過載安全保護(hù)等新技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)展。4）多層吊盤。需要增加介紹立井機(jī)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(jī)械噪音，基本杜絕粉塵污染方面的技術(shù)進(jìn)展。6）中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)。增加介紹斗容為1m3的大型液壓中心回轉(zhuǎn)式抓巖機(jī)，在提高抓巖能力及降低能耗方面的研究和應(yīng)用情況。7）金屬整體液壓模板。增加介紹目前廣泛應(yīng)用的MJY系列整體下移式金屬模板。重點(diǎn)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(shè)備和材料的用量，防止斷繩事故，同時(shí)增大了井口的工作空間方面的技術(shù)進(jìn)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(diǎn)介紹其優(yōu)化吊桶結(jié)構(gòu)，降低吊桶重心，減少吊桶傾倒危險(xiǎn)方面的技術(shù)進(jìn)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(diǎn)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(shù)進(jìn)步。對于鑿井設(shè)備，既要介紹存在的問題，又要說明技術(shù)進(jìn)步的方向，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。②體現(xiàn)新的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。自1986年以來的29年間，我國在立井和斜井建設(shè)技術(shù)方面積累了大量的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，形成了一系列的行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)。特別是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面，國家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了數(shù)次更新。如《煤礦立井井筒及硐室設(shè)規(guī)范》（GB50384-2007），《煤礦斜井井筒及硐室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50415-2007），《煤礦井巷工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50213-2010），《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003），《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《煤礦凍結(jié)法開鑿立井工程技術(shù)規(guī)范》（MT/T1124-2011）。這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)都是各個(gè)時(shí)期相關(guān)行業(yè)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，在新編的教材中要補(bǔ)充這些知識成果，使學(xué)生能夠迅速地將學(xué)習(xí)的知識轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際工作問題的技能，體現(xiàn)教材的實(shí)用性。

3.豐富教學(xué)手段和實(shí)踐。①在學(xué)校的支持下，建立礦山建設(shè)工程實(shí)驗(yàn)室，建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，制作室內(nèi)縮微實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停w現(xiàn)建井工程結(jié)構(gòu)的工作原理和分析要點(diǎn)，讓學(xué)生有更為直觀的認(rèn)識。②聯(lián)系礦山建設(shè)類企業(yè)，建立北京市校外人才培養(yǎng)基地，帶領(lǐng)學(xué)生開展現(xiàn)場的參觀和實(shí)習(xí)活動，強(qiáng)化對課堂教學(xué)知識的再認(rèn)識。③將課程設(shè)計(jì)與大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃、任課教師承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，礦山建設(shè)企業(yè)委托項(xiàng)目結(jié)合起來進(jìn)行，突出為礦山建設(shè)行業(yè)培養(yǎng)人才的目的和知識特征。

4.探索雙語教學(xué)。隨著近年來，國內(nèi)煤炭行業(yè)的不景氣，國內(nèi)礦井建設(shè)企業(yè)開始逐步加大了參與海外工程項(xiàng)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(xué)生學(xué)習(xí)的是土木工程專業(yè)外語，幾個(gè)專業(yè)的知識混排在一起，不利于講授和學(xué)習(xí)。《建井工程結(jié)構(gòu)》課程改革方案中，在每一個(gè)重要知識點(diǎn)的地方，都要增加相關(guān)英文單詞的注解，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，掌握一定的詞匯量。個(gè)別章節(jié)的后面，引入原版英文教材的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生逐步掌握建井工程結(jié)構(gòu)相關(guān)英文技術(shù)資料的地道表達(dá)方法。

三、結(jié)語

《建井工程結(jié)構(gòu)》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(guān)系到我國礦山建設(shè)類人才的培養(yǎng)質(zhì)量及未來礦山建設(shè)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(shè)專家的通力合作，才能將教材的時(shí)代性、先進(jìn)性、實(shí)用性和完整性落到實(shí)處，最終為高素質(zhì)人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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