“金屬礦通風”課程教學改革與實踐

姜元勇 曹建立

摘要：金屬礦通風是采礦工程專業的一門重要的專業課程，為深部和高海拔地區金屬礦產資源的安全高效開采提供關鍵的理論支持和技術支撐。文章通過對比分析“金屬礦通風”與“煤礦通風”的異同，結合教學實踐，從教學內容和教學方法兩個方面進行了改革和實踐，提高了學生學習的積極性和主動性，獲得了良好的教學效果。

關鍵詞：金屬礦通風;課程架構;以學生為中心;教學改革與實踐

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1674-9324（2019）41-0088-02

隨著地球深部和高海拔地區金屬礦產資源的開采，金屬礦通風的作用進一步凸顯，學習和研究的重要性得到了進一步的強化[1，2]。金屬礦通風課程以流體力學、熱力學和物理化學為理論基礎，運用質量守恒、動量守恒、能量守恒和熱力學基本定律，獲得具有工程意義的數學描述。由于煤礦通風的研究起步早，教材較多，金屬礦通風教材和教學方法多數參考煤礦通風的相關經驗進行，金屬礦通風特色不夠突出。因此，有必要對比分析金屬礦與煤礦通風的異同，研究適合金屬礦通風特點的教學內容和教學方法。

一、金屬礦與煤礦通風的對比分析

1.對通風工作的重視程度不同。由于煤礦產量較大，機械設備較多，產塵量大，瓦斯突出事故傷亡人數多、影響范圍廣，因此煤礦重視通風工作，通風設計完備且先進，并且一般煤礦均設有專門的通風管理部門。而金屬礦山，一般情況下沒有瓦斯災害，對通風系統的要求不如煤礦高，尤其是小型金屬礦山，經常出現無機械通風設施，或者通風系統運轉不規范的情況。

2.通風系統的工作目的存在差別。盡管金屬礦和煤礦的通風系統都有為井下作業人員提供呼吸和排塵的作用，但是，對于深部金屬礦山，通風系統還承擔著不可忽視的降溫作用。而煤礦的通風系統，主要承擔防控瓦斯災害的作用。

3.通風系統的空間分布狀態不同。金屬礦的礦體產狀與煤礦不同，金屬礦大多呈傾斜產出，礦體形狀不規則，而煤礦多數呈水平（或近水平）的層狀產出。這使得金屬礦的通風井巷隨著礦體呈現出明顯的空間分布狀態，而煤礦通風井巷多為平面分布狀態。

4.通風系統的工作活動狀態不同。金屬礦床開采過程中，通常多個中段同時作業，這就要求通風井巷也在多中段同時有效工作，而煤礦通風井巷不存在多中段工作的情況。

鑒于以上諸多不同，需要在教學過程中有針對性的進行改革，以便滿足培養金屬礦通風人才的需求。

二、金屬礦通風教學改革與實踐措施

1.教學內容方面。（1）事故案例分析，提升學生對金屬礦通風重要性的認識。在課程講解的緒論階段，通過視頻的形式，向學生展示金屬礦由于通風不良所造成的事故，如炮煙中毒、電纜和坑木起火、工人中暑和矽肺等。讓學生切實感受到金屬礦通風工作的必要性和重要性，從思想上真正認識到良好的通風是采礦作業正常進行的基本前提之一。隨著深部金屬礦產資源的開采，地熱問題突出，通風的降溫作用得到了進一步的重視，認識到金屬礦通風的重要性，學生們的學習興趣得到了很大的提升。（2）國內外教材相結合，培養學生的國際視野。將國外教材“Subsurface Ventilation Engineering”引入到教學中，使學生能夠切實體會到中外教材之間的差異，感受到國外通風課程的側重點。通過國內外教材的結合，使學生對礦井通風課程的認識更加深入，對礦井通風的國際研究和發展現狀更加熟悉。（3）室內典型實驗，使學生熟練掌握金屬礦基本通風參數的測試方法。通風室內實驗是課堂教學的重要補充[3]，在實驗室向學生展示和講解通風測試儀器，如氣壓計、壓差計、溫度濕度計、風速表、皮托管等，通過學生親自動手操作，實現點壓力測定、風量測定、流場系數測定、風機特性測定等，理解測試原理，掌握測試方法。室內實驗能夠加深學生對測試儀器工作原理的理解，強化動手動腦的能力，真正體會到通風測試規程的重要性，為現場測試奠定基礎。? （4）金屬礦實地考察和測量，加深學生對風速、風量和通風構筑物的認識和理解。利用采礦工程認識實習、生產實習和畢業實習的機會，將通風測試儀表帶入井下，在風機房、典型通風巷道和通風構筑物附近進行測量，讓學生掌握通風參數現場測量的方法和測量數據的處理方法。同時，對照礦山安全規程，讓學生體會通風安全要求的重要性。通過現場學習，加深學生對通風機、通風井巷和通風構筑物的認識，切身感受到主要通風井巷、輔助通風井巷、采場、硐室、掘進工作面等不同工作地點的通風狀況。切身體會到風速、溫度、濕度之間的聯系。

2.教學方法方面。（1）圍繞金屬礦通風任務，讓學生明確課程架構。金屬礦通風的主要任務是將地面新鮮空氣連續地供給作業地點，稀釋并排出有毒有害氣體和粉塵，調節礦內氣候條件，創造安全舒適的工作環境，為金屬礦產資源的安全高效開采提供基礎保障?？梢钥闯?，首先，金屬礦通風要解決的是風量問題。這自然而然的就引出了通風動力和通風阻力的課程內容。通風動力，可以分為自然通風和機械通風。通風阻力，可以分為摩擦阻力、局部阻力和正面阻力。其次，金屬礦通風要解決的是風質問題。這必然引出礦內大氣的相關知識。另外，金屬礦通風還要解決降溫問題，這引出了礦內熱源和人體溫度感知的相關知識。圍繞金屬礦通風的主要任務，課程架構一目了然。

（2）運用專業軟件，向學生展示金屬礦通風系統的時空分布。考慮到專業軟件已經逐漸成為一種重要的教學手段[4]，以實際金屬礦山通風系統為依據，使用AutoCAD、MapGIS、3DMax等繪圖軟件，將通風系統進行三維展示，使學生建立起三維通風系統的空間概念。使用3DVent、Ventsim、Fluent等軟件，模擬礦井風流流動和污染物運移，讓學生從視覺上感受到礦內風流的三維流動，分支復合，以及粉塵的運動。（3）以學生為中心，引導學生自主提出問題，解決問題。授課過程中運用啟發式教育，讓學生假想置身于礦山環境中，如何區分通風引起的問題？碰到通風問題，如何處理？引導學生查閱相關資料，尋找類似礦山案例，提出解決問題的思路，進而給出具體解決措施。通過運用這種授課方式，提高了學生的課堂和課下參與度，激發了學生的學習熱情。通過發現問題和解決問題，增強了學生解決問題的自信心、獲得感和成就感。（4）與采礦方法相結合，培養學生的礦山系統思想。礦山的一切工作都是為采礦服務的，礦井通風也不例外。在教學過程中，圍繞采礦方法講解通風知識，不僅能夠使學生明確通風的服務對象和要求，還可以培養學生的系統思想。通風設計一定要圍繞采礦設計進行，并且要根據采礦設計的變更及時更新。將通風與采礦方法相結合，不但有利于學生掌握通風知識，而且加深了學生對采礦方法的認識和理解。（5）工程問題理論化，理論問題工程化，有機結合互相促進，培養學生的創新能力。礦井通風是一門工程實踐性很強的課程，認知、了解和定性認識的知識占大多數，很多定量計算的知識點，也以經驗公式的形式給出。這導致許多同學對通風知識的認識局限于了解概念、熟記規程、掌握工程方法等。其實，任何一門學科的背后都有深刻的科學原理，只有全面深入地認識到這些科學原理，并加以靈活運用才能夠成功處理工程中遇到的各類棘手問題。如通風能量方程的使用條件，空氣壓縮性可以忽略的條件，通風基本定律（風量平衡定律、風壓平衡定律、阻力定律）的適用范圍等。如果不指出和強調這些公式和定律的適用范圍，大部分同學在學習的過程中就會逐步淡忘這些限制條件，導致最終認為這些公式和定律是普遍適用的。另外，當對具體問題進行深入研究時，好多同學都覺得無從下手，淺層次的定性分析和經驗方法無法滿足要求，此時就必須要深層次的挖掘工程問題的理論基礎，從理論方面尋求解決工程的新突破。

三、結論

通過實施上述教學改革措施，對傳統的基于煤炭行業的礦井通風教材進行了改進，理清了金屬礦通風教學的思路和重點。通過以解決實際問題為導向的課程教學，使學生明確了學習目標，理解了課程架構。以學生為中心，中外教材相結合，開闊了學生的國際視野，使學生的學習積極性和主動性得到了有力的提升。工程問題與理論問題相結合，打開了學生們深入研究工程實踐問題和科學問題的大門。

參考文獻：

[1]劉煥新，王劍波，趙杰，吳欽正.近海黃金礦床深部開采科技難題及研究展望[J]，金屬礦山，2018，（2）：14-18.

[2]李國清，張亞明，龔劍，付乾峰.高原礦井增壓通風研究[J]，金屬礦山，2017，（2）：151-156.

[3]程為民.《礦井通風與安全》實驗課程的改革與實踐[J]，教育教學論壇，2016，（51）：260-262.

[4]李雨成，劉劍，賈進章.《礦井通風》課程建設目標及實現途徑的研究與實踐[J]，中國科教創新導刊，2013，（29）：153-155.