爆破光測技術實驗教學改革與安全管理

岳中文

(中國礦業大學(北京) 力學與建筑工程學院, 北京　100083)

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爆破光測技術實驗教學改革與安全管理

岳中文

(中國礦業大學(北京) 力學與建筑工程學院, 北京100083)

針對爆破光測技術實驗教材內容部分過時、實驗教學方法不合理、實驗安全管理工作繁重等問題,通過更新教學大綱、調整教學內容、改革實驗方法、轉變實驗角色、完善考核標準、建設安全管理制度、強化安全教育、加強實驗預習和實驗指導、規范實驗教學安全運行、完善應急預案機制等實驗教學改革,在實驗教學中取得較好效果,提高了爆破光測技術實驗教學的質量。

爆破光測技術； 實驗教學改革； 安全管理

爆破光測技術是我校為巖土工程、采礦工程和爆破工程等相關專業學生開設的一門非常重要的專業課程。爆破光測技術實驗教學主要內容是如何利用光測的技術研究爆破工程中的爆炸應力場、位移場、應變的測量以及相應機理。因此,爆破光測技術實驗教學環節在整個教學過程中占有非常重要的地位。但是,由于爆破光測技術實驗教學要用到炸藥,為了保證實驗的安全,所以傳統的爆破光測技術實驗教學中基本上都是實驗指導教師操作,學生觀看爆破效果,很少動手參與。另外,目前在用的爆破光測技術實驗教材編寫較為簡單,一些內容相對陳舊。因此,為了提高實驗教學的效果,達到提高學生創新能力的目的,我們對爆破光測技術實驗教學進行了改革與實踐,并對實驗教學中的安全管理工作進行了完善和強化。

1　爆破光測技術實驗教學改革與實踐

1.1更新實驗教學大綱,調整實驗教學內容

(1) 更新實驗教學大綱,調整實驗教學內容。在爆破光測技術實驗教學過程中,結合專業方向和爆破光測技術的新進展,明確課程的實驗教學目的及任務,于2011 年修訂了爆破光測技術實驗教學大綱，科學安排課程實驗教學的學時,從整體出發重點補充新增實驗教學內容,刪減過時的實驗教學內容。

(2) 加快自編實驗教學教材建設,建設精品實驗教學課程。結合我校巖土工程和采礦工程專業的特點,自編爆破光測技術實驗教學教程,該教程計劃2016年出版。該教程按照新的教學大綱,充分融合該領域的新知識和新技術,突出實驗教學中的關鍵點,細化實驗操作規程,增強實驗教學過程的可操作性,最大化地提高學生的實踐操作能力。

1.2改革實驗方法,保持實驗教學內容的前沿性

(1) 集成創新數字激光高速攝影實驗系統,推動實驗教學發展。傳統多閃光高速攝像機(Cranz-Schardin相機)具有諸多缺點和不足,但近年來數字高速相機和激光光源的發展,給爆破光測實驗技術帶來了新的機遇。對此,我們以泵浦激光器和Fastcam-SA5數字高速相機為主要元件，分別建立了爆炸載荷下動態焦散線實驗系統(見圖1)、爆炸載荷下光彈性實驗系統(見圖2)和爆炸紋影實驗系統(見圖3),獲得了清晰的數字照片,驗證了新型系統的可行性和先進性。新建的數字激光高速攝影實驗系統不僅減小了實驗的系統誤差,而且提高了圖像的數字化存儲和處理的實用性和方便性,推動了爆破光測技術實驗教學的發展[1-2]。

圖1　爆炸載荷下動態焦散線實驗系統

圖2　爆炸載荷下光彈性實驗系統

圖3　爆炸紋影實驗系統

(2) 采用替代品,降低危險性。目前,我校爆破實驗室是北京市五環之內經北京市公安局批準使用的唯一可以使用炸藥的實驗室。爆破光測實驗過程中的炸藥使用嚴格遵循安全用藥、集中用藥、少量用藥的原則,但是爆破實驗時炸藥的危險性時刻都存在著,為了降低發生實驗危險的概率,我們參考文獻[3-4],設計了電爆炸系統。在部分實驗中,用電爆炸系統代替了炸藥,極大地降低了實驗的危險性。電爆炸絲電路圖原理如圖4所示。

圖4　電爆炸絲電路圖原理

(3) 改造DIC系統,豐富了爆破光測技術實驗教學內容。20世紀80年代,美國南卡羅萊納大學的Peters和Ranson提出了數字圖像相關方法(digitalimagecorrelation,簡稱DIC)[5]。數字圖像相關方法是一種有代表性的光學全場測量方法,能進行直觀與定量的分析。借助這種技術,能夠測量整個變形場的變形過程,如非均勻應變場、裂紋擴展等變形過程。和其他光測力學方法相比,數字圖像相關方法具有實驗光路簡單、對測量環境要求低和試樣制備簡單等優點[6]。通過改造高速DIC方法可以研究爆炸載荷下脆性材料斷裂和層裂破壞機理,豐富了爆破光測技術實驗教學內容。爆炸載荷高速DIC系統如圖5所示。

圖5　爆炸載荷高速DIC系統

1.3課堂實驗演示與實驗技能訓練相結合

由于爆破光測技術實驗過程中使用炸藥,這給實驗帶來諸多不便。因此,實驗過程中可以適當運用課堂演示教學減少實驗教學中遇到的安全問題。同時課堂演示教學具有直觀、生動的特點,使學生更易于接近真實爆破光測實驗,產生共鳴,對教學內容留下深刻的印象。 另外,實驗指導教師可以把講解示范與學生技能訓練相結合,使得實驗指導教師講解、演示和學生實際操作融為一體,學生可快速、準確掌握實驗教學內容以及需要注意的關鍵步驟和要求,既消除了安全隱患,又培養了學生的實際操作能力。

1.4轉變角色,培養學生動手和創新能力

實驗過程中,只有轉變教師和學生的實驗角色職能,才能培養學生動手和創新能力,達到實驗教學的目的。改變傳統教學中教師指導為主、學生實踐為輔的教學模式,徹底實現實驗教學中以學生實踐為主,變輔助為親自撰寫實驗計劃書和實驗方案,變觀看實驗為具體操作實驗；實驗指導教師則由實驗主角轉變為配角,由主要負責具體實驗操作轉變為宏觀組織、監管和指導[7]。

1.5完善實驗教學效果的考核方法

只有不斷完善實驗教學效果評價考核方法,才能促使創新人才的培養。根據爆破光測技術實驗教學的特點,可以將實驗考核的內容模塊化,分成實驗預習及設計模塊、實驗操作模塊、實驗安全管理模塊、實驗創新模塊和實驗報告模塊等5個模塊。5個模塊分別制訂了詳實的評分細則,以評促學,全面調動學生實驗的積極性,并能真實地反映出學生的實驗水平,最終達到實驗教學的目的。

2　爆破光測技術實驗教學的安全管理

2.1制定制度,加強安全教育

(1) 制定安全制度,保證實驗教學有章可循[8-10]。為保證爆破光測實驗安全及實驗的順利開展,根據國務院于2006年9月1日實施的《民用爆炸物品安全管理條例》(國務院令第466號)和中華人民共和國公共安全行業標準(GA837-2009)《民用爆炸物品儲存庫治安防范要求》,我們制定了“中國礦業大學(北京)爆炸物品購買及審批制度”、“中國礦業大學(北京)爆炸物品入庫管理制度”、“中國礦業大學(北京)爆炸物品出庫管理制度”、“中國礦業大學(北京)爆炸物品管理人員責任制度”、“中國礦業大學(北京)爆炸物品庫房應急預案”、“中國礦業大學(北京)爆炸物品使用單位及使用人員責任制度”、“中國礦業大學(北京)爆炸物品校內運輸安全責任制度”、“中國礦業大學(北京)學生爆破(炸)實驗安全規程”、“中國礦業大學(北京)各種爆炸物品出入庫、日常管理登記表”、“中國礦業大學(北京)設備儀器使用制度”等。我們對這些制度在實驗室進行了張貼和統一的裝訂成冊。這些制度對實驗場地、實驗材料的領取、存放、藥包制作以及實驗操作等都作了詳細規定和要求。

(2) 加強安全教育,確保實驗萬無一失。實驗前,我們將統一裝訂成冊的制度和爆破光測技術實驗指導書分發給每一個參加實驗的學生,實驗指導教師把相關制度及實驗指導書做成PPT課件,帶領學生認真學習,積極討論,要求大家認識到爆破光測實驗安全的重要性以及有關實驗教學過程中需要特別注意的安全管理問題,堅決達到“安全第一,預防為主”的目標[8-9]。

2.2強化實驗預習和指導,避免錯誤操作

(1) 強化實驗預習工作,消除錯誤操作隱患。爆破光測技術實驗用藥多為疊氮化鉛,感度較高,所以實驗過程中決不允許出現任何方面的錯誤或者操作失誤。因此,為了安全實驗的需要,要求學生實驗前進行實驗預習,認真閱讀實驗教材和爆破實驗指導書。這樣才會真正了解和掌握爆破光測實驗的目的、實驗的原理、實驗的材料、實驗的設備、實驗的基本方法及具體實驗步驟,避免錯誤操作。認真撰寫預習實驗報告,擬定出主要的爆破光測實驗步驟和關鍵環節,指出具體實驗時應該注意的安全問題,做到人人心中有數。

(2) 強化預習報告的檢查,切實把關預習報告質量。對待學生預習報告,實驗指導教師及時檢查和批改,認真指出預習報告的錯誤之處,總結學生預習報告出現錯誤的特點,積極用多媒體課件展示,讓預習報告有錯誤的學生及時更改過來,消除問題后才能夠進入正式實驗階段。

2.3明確職責,強化實驗技術指導

(1) 明確職責,精心實施實驗方案[8-9]。由于參加爆破光測技術實驗的學生較多,因此,實驗過程中要組織分工,明確職責。具體做法是：每5個人一個小組,小組長1名,主要責任是分工協調；放炮操作員1名,主要負責裝藥、藥包制作、聯線和操作起爆器；高速相機操作員1名,主要負責高速相機的操作；電腦及數據采集操作員1名,主要負責電腦和數據采集的操作；安全警戒員1名,負責實驗室的安全警戒。爆破實驗過程中,實驗教師作為總負責人,始終在實驗室監督和指導。具體實驗程序是由組長協調,以放炮操作員和高速相機操作員為主進行操作,其他2位學生協助。實驗準備好后安全警戒員開始警戒,撤離人員,檢查起爆聯線,無誤后向實驗指導教師和放炮員及電腦數據采集操作員匯報所有準備工作,實驗指導教師進一步確定實驗程序和炮線連接方式無誤后方可下達起爆指令。放炮操作員接到實驗指導教師的指令后起爆炸藥,等待1min后,撤銷警戒指令后,學生才可以到實驗室觀察爆破實驗效果以及數據圖像采集情況。

(2) 加強實驗過程技術指導,杜絕事故發生[11]。實驗教學過程中,為了培養學生的動手能力和創新能力,要求學生自己動手組織、操作實驗,但是爆破光測實驗中,由于使用炸藥,則可能產生一些不可預見的因素,稍有疏忽可能造成人員傷亡和財產損失,釀成無可挽回的災難。因此,為避免實驗事故的發生,實驗指導教師要對實驗過程進行全面監控,一旦發現違規操作則及時終止實驗,指導學生檢查排除,排除故障后才可重新進行爆破光測實驗。

2.4做好應急預案,高效處理偶發事故

制訂安全應急預案是及時解決爆炸物品爆炸引發的突發安全事件、提高處理突發安全事件的反應速度的必然選擇。實驗教學過程中,如果出現危險事故,實驗指導教師則應立即啟動應急預案,快速處理事故,使其危害程度降到最低[8,12]。結合學校實際情況,我們制訂的爆破光測技術實驗教學突發安全事故應急預案如圖6所示。

圖6　爆破光測技術實驗教學突發安全事故應急預案

3　結語

通過更新教學大綱、調整教學內容、改革實驗方法、轉變實驗角色、完善考核標準、建設安全管理制度、強化安全教育、加強實驗預習和實驗指導、規范實驗教學安全運行、完善應急預案機制等實驗教學改革,創造了競爭、創新的實驗教學氛圍,構建了一種安全、和諧的實驗教學課堂環境,取得了多年來爆破光測技術實驗教學安全“零”事故的效果,有效地保障了實驗教學的秩序,明顯提高了爆破光測技術實驗教學的質量。

References)

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ReformandsafetymanagementofexperimentalteachingofOpticalMeasurementTechnologyofBlastingcourse

YueZhongwen

(SchoolofMechanics&CivilEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China)

Aimingattheproblemsofpartoutdatedteachingmaterialcontents,theunreasonableexperimentalteachingmethodandheavysafetymanagementofspecificexperiments,thereformsofexperimentalteachingarecarriedoutbyupdatingsyllabus,adjustingteachingcontents,reformingthetestmethod,changingexperimentalroles,improvingassessmentstandards,constructingsafetymanagementsystem,strengtheningsafetyeducation,enhansingexperimentalpreparationandexperimentalguidance,standardingexperimentalteachingsafeoperationandimprovingtheemergencyplanmechanism.ThebetterresultsareachievedintheexperimentalteachingandthequalityofexperimentalteachingisimprovedfortheOpticalMeasurementTechnologyofBlasting.

opticalmeasurementtechnologyofblasting;reformofexperimentalteaching;safetymanagement

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.059

2015- 12- 08

中央高校基本科研業務費資助(2009QL15)

岳中文(1975—),男,安徽,博士,副教授,博士生導師,主要從事爆破工程方面的教學和研究.

E-mail：zwyue75@163.com

G642.0

B

1002-4956(2016)5- 0222- 05

實驗室安全與環保