“固体矿床地下开采”课程教学探讨

1、“固体矿床地下开采”课程教学探讨     摘要：固体矿床地下开采课程是高校采矿工程本科专业十分重要的专业主干课程之一。固体矿床地下开采课程所涉及的知识十分丰富，既有全矿井生产系统布置，也有区域性生产系统布置，还有具体的回采工艺和技术设计、设备选型。对该课程教学体系、教学方法进行深入分析，对提高该专业的教学质量具有重要的实践意义。 关键词：固体矿床地下开采；教学体系；教学方法 中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1004-8154(2008)03-0105-03 我国矿产资源分为能源矿产、金属矿产、非金属矿产和水气矿产等四大类。从采矿工程专业教

2、学内容区分，主要分为固体矿产开采(包括金属矿产、非金属矿产和部分能源矿产)和石油天然气开采两大类。目前，我国采矿工程专业以此分为两大类教学体系。固体矿床地下开采课程是我国许多高校采矿工程本科专业十分重要的专业主干课程之一，在该专业本科教学过程中占有十分重要的位置。因此，在当前课程教学时间偏少情况下，对该课程教学体系进行深入分析，对提高该专业的教学质量具有重要的实践意义。 一、问题的提出 我国高等院校采矿工程本科专业采矿方法课程主要有煤矿开采和金属矿开采两大体系。至20世纪70年代，煤矿开采课程包括矿山压力与控制、矿井开采工艺与技术以及矿井设计等三大部分内容。到20世纪80年代分成三门课程，一直

3、延续至今。金属矿床开采课程一直以来主要包括矿床开拓、采矿方法两方面内容。20世纪90年代初期，重庆大学采矿工程系将煤矿开采、金属矿开采和化学矿开采等课程合并为固体矿床开采课程，以煤矿开采教学为主，兼顾金属矿、非金属矿开采知识讲授，并在随后增加“岩土工程技术与检测”方向以后，对部分教学内容作了调整。2000年，武汉工业大学张世雄等人将矿床露天开采、矿床地下开采、饰面石材开采及其他特殊采矿方法、露天与地下联合开采、矿山环境保护与矿山救护等方面的教学内容合并为“矿物资源开发工程”。2003年，中国矿业大学王悦汉等人提出了矿井“掘、采、治”三元开采技术体系，包括矿井开拓、准备方式、采煤方法和采动影响及

4、其治理等4部份。固体矿床开采课程教学内容越来越多，教学难度越来越大。 近20年来，我国高校教学普遍向“厚基础，宽专业”方向发展。本科教学中，公共基础知识、计算机能力和外语能力培养等相关课程的教学分量越来越多，专业课程的教学分量越来越少。因此，固体矿床开采课程的教学体系及教学重点应该顺应形势的变化，做出适当的调整。 二、教学体系分析 固体矿床地下开采课程所涉及的知识十分丰富，既有全矿井生产系统布置，也有区域性生产系统布置，还有具体的回采工艺和技术设计、设备选型。多年实践表明，对于采矿工程本科学生而言，在有限的学习时间内，主要是掌握该课程的基本知识，具体的工艺、技术和一些专门知识可以通过专题讲座、

5、选修课、矿山实习，或毕业以后的进一步学习等环节来弥补。 1. 基本教学要求 对于采矿工程专业本科学生而言，通过固体矿床地下开采课程的学习，掌握矿井开拓、采区巷道布置及采矿方法的基本知识，了解矿井开采技术的发展趋势，初步培养采矿工程图识别和绘制能力，具备采矿方法、采区巷道布置和矿井建设方案等设计的初步能力。 2. 主要教学内容 固体矿床地下开采过程中，最基本的生产过程是各种掘、采活动。前者是从地面掘出一系列井筒、巷道进入矿体，涉及全局性的井筒、巷道和区域性的巷道布置；后者涉及各类采矿方法和回采工艺，以及与采矿方法有关的局部性的回采巷道布置。因此，从矿井设计、建设、生产和管理的角度，对各种掘、采活

6、动应该从重要性、服务范围上加以区分。固体矿床地下开采课程教学体系的设置，也应与此配合。 根据如上分析，固体矿床地下开采课程主要教学内容可以分为矿井开拓、采区(盘区、带区、矿块)巷道布置、采矿方法及回采工艺等三大部分。矿井开拓，是矿井设计、建设和生产的全局性、战略性的部署；采区(包括盘区、带区或矿块，以下简称“采区”)巷道布置，主要是针对生产矿井的区域性的掘进活动；采矿方法及回采工艺，是以矿石开采为主要目的的采矿活动。而许多特殊的采矿方法、采动治理以及矿山环境保护等内容，由于教学时间限制，可以通过选修课、专题讲座等形式来弥补。 三、教学重点和难点 1. 矿井开拓教学重点 学生在了解采矿工业简单的

7、发展历史以后，应该掌握如下基本知识： (1)矿层分类。由于成矿环境和后期各种地质构造作用，形成了不同空间形态的矿层(体)。因此，应根据厚度、倾角对矿层(体)进行分类，以便选取合适的采矿工艺、技术和设备。 (2)井田内划分。由于井田范围较大，应分区域、分阶段进行开发。因此，可以将井田划分为阶段，设置开采水平；根据矿层类型，将阶段进一步划分成采区、盘区、带区或矿块。 (3)矿山井巷分类。一个矿井巷道的总长度，可以达到数公里、数十公里，甚至上百公里。由于空间形态、服务对象的不同，矿井巷道名称也纷繁复杂。因此，首先将矿山井巷从空间形态上的不同分为直立巷道、水平巷道和倾斜巷道；其次，再从服务范围的不同分

8、为开拓巷道、准备巷道和回采巷道。 (4)井型分类、矿井生产能力及服务年限。该部分是将井田矿产资源的储量等级、储量规模与矿井生产规模(也称为“井型”)和生产过程联系起来。为降低投资风险，只有地质勘探程度较高的矿产资源才能作为矿山设计的依据。为选择合理的采矿工业、技术和装备，采矿行业技术政策对井田的储量规模、井型和矿井服务年限等三者之间的关系作了规定。针对不同的矿产资源，根据生产规模将矿井分为大、中、小型矿井，并规定了相应的矿井最低服务年限。 (5)矿井开拓方式。根据矿层(体)地下赋存的空间形态和地形条件，可以采用不同的开拓方式。其中，井筒形式、数量和相互之间的位置选择，水平延伸方式，是矿井开拓的

9、重要内容之一。根据地质地形条件和资源条件，可以选择平硐开拓、斜井开拓或立井开拓等基本开拓方式，或同时利用几种基本开拓方式开拓一个井田的综合开拓方式。不同的开拓方式具有不同的适用条件。  (6)矿井主要生产系统。对于矿井生产而言，矿井具有提升系统、运输系统、通风系统、排水系统和动力供应系统等主要生产系统。为形成各种生产系统，应有相应的井筒、巷道、硐室、设施和设备。 (7)井底车场类型。由于井筒形式、井筒提升和井下主要巷道运输方式的不同，以及井筒与地下主要巷道空间位置关系的不同，构成了不同类型的井底车场。按井筒形式划分，有立井井底车场、斜井井底车场；按井筒提升容器不同划分，有箕斗、带式输

10、送机、罐笼、绞车提升等四类井底车场；按井下主要巷道运输设备不同划分，有普通矿车(固定式矿车)、底卸式矿车、皮带输送机井底车场；按井筒不同数目划分，有单井筒井底车场、多井筒井底车场；按列车在车场内运行方式不同划分，有环形式井底车场、折返式井底车场等。 2. 采区巷道布置教学重点 根据矿产资源种类和矿层赋存条件的不同，矿井阶段被进一步划分为采区、盘区、带区或矿块，布置相应的巷道和采矿工作面。以煤矿开采为例，该部分的教学重点包括：采区类型；影响采区巷道布置的主要因素；区段平巷(顺槽)布置；采区上(下)山布置；采区上、中、下部车场类型以及采区主要参数选择等内容。 3. 采矿方法及回采工艺教学重点 不同

11、的矿产资源种类，具有不同的采矿方法及回采工艺体系。目前，我国金属矿产地下开采，从采矿工作面(采场)的矿山压力管理角度，可以分为空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法等三大类采矿方法；煤炭资源地下开采，主要采用长壁式采矿方法。以煤矿地下开采为例，该部分的教学重点包括：一般机械化采煤工艺、综合机械化采煤工艺、爆破落煤工艺、厚煤层倾斜分层回采工艺特点、倾斜长壁采煤方法及回采工艺特点、放顶煤开采综合机械化采煤工艺等，以及工作面循环作业的内容选择和工作面循环图表编制。另外，急倾斜煤层开采的采区巷道布置特点以及倒台阶采煤法、伪倾斜柔性掩护支架采煤法和伪倾斜走向长壁分段密集采煤法等内容在课堂教学过程中应加以介绍

12、。 4. 课程教学难点 井田内划分、矿山井巷布置的空间关系、井底车场和采区车场、矿井开拓和采区巷道布置方案设计等是本课程教学的难点。 (1)井田内划分。将大范围的井田划分为矿井区域性的独立的生产单元，根据矿产资源赋存条件的不同有不同的划分方法。对于初学者，难以准确理解阶段、水平和采区等基本概念，难以全面把握采区与盘区、带区、矿块的差异和适应条件。在课程教学之初，应加以重视。 (2)矿山井巷的空间关系。矿山井筒、巷道的种类繁多。本科学生难以既理解各种井筒、巷道的功能作用，又准确把握井筒、巷道之间的相互关系，在本课程教学和后续教学环节中应加以重视。 (3)井底车场及采区车场。本课程的井底车场、采区

13、车场两部分的教学内容十分丰富，既有数量众多的车场种类的区别，又有车场自身结构的差异。受教学时间的限制，难以详细介绍。该部分内容，可以通过学生课外学习及课外作业加以弥补。 (4)矿井开拓和采区巷道布置方案设计。矿井开拓方案设计或采区巷道布置设计，应是本课程各种单方面基本知识的综合运用。因此，对于本科学生而言，是在掌握各种基本知识基础之上的灵活运用，要求更高。可以通过以后的专业生产实习、课程设计、毕业实习和毕业设计等教学环节加以进一步训练。 四、教学方法及教学过程 本课程以课堂教学为主，辅以采矿模型实验教学、课外作业和综合性概念设计。 1. 课堂教学 针对前述的教学重点和难点，利用多媒体、影像资料

14、演示等形式进行重点教学。其中，针对教学重点和难点选择众多的、典型的教学范例以及本课程前后知识融会贯通的应用，是提高本课程教学质量的重要保证。 2. 采矿模型实验教学 在有限的教学时间内，可以安排三次采矿模型实验教学。同时，针对各次实验教学内容，布置综合性课外设计作业，完成实验报告。 (1)矿井开拓模型实验。主要介绍典型的矿井开拓巷道布置模型、井底车场模型及地面工业广场布置模型，包括各种模型的井筒、巷道布置方式和主要的生产系统。 (2)采区巷道布置模型实验。主要介绍典型的采区巷道布置模型和采区车场模型，包括采区巷道布置有关内容和采区内的主要生产系统。 (3)采矿方法模型实验。主要介绍各种典型的采

15、矿方法教学模型。对于煤矿开采而言，包括一般机械化采煤工作面布置模型、综合机械化采煤工作面布置模型及急倾斜采煤工作面布置模型等，以及各工作面的回采工序和回采工艺过程。 3. 课外作业 可以通过各种类型的课外作业，使学生巩固、深化所学知识。例如，结合矿体形态的空间线条绘制作业，目的是进行矿山井巷布置空间概念的初步练习；矿井开拓方式选择的综合作业，目的是进一步复习影响矿井开拓方案确定的主要内容；推导满足水平设计服务年限要求的阶段垂高计算公式，目的是进一步复习影响矿井阶段划分的主要内容；采区轨道上山下部采用顶板绕道和底板绕道的平、剖面车场图绘制，目的是培养井巷空间交叉的识别和绘图能力等。 五、结束语

16、对于采矿工程专业本科学生而言，固体矿床地下开采课程内容十分丰富。既要全面地、深入地掌握其基本内容，又要能灵活运用所学知识，进行相应的综合设计及在今后对矿井生产进行技术管理，教学难度很大。但是，本专业的生产实习、固体矿床开采课程设计、毕业实习和毕业设计等后续教学环节应是本课程教学的延续，可以在很大程度上对本课程相关内容的学习进行补充，也不容忽视。 The teaching practice for the course of “the underground exploit of solid mineral deposit”CAO Shu-gang (Institute of Resource

17、and Environmental Science，Chongqing University，Chongqing 400044，China) Abstract：The course of “the underground exploit of solid mineral deposit” is one of the professional courses for the mining engineering of undergraduate course in a lot of universities of our country. The knowledge that the underground exploit course involving are very abundant，there is a production system disposal of the whole mine，a regional production system disposal too，and there are concrete back-mining techniques and technical design，type of apparatus-selecting. Analyzing the cours