智能开采《矿山压力智能感知与岩层控制》课程教学大纲

《矿山压力智能感知与岩层控制》课程教学大纲课程名称：矿山压力智能感知与岩层控制IntelligentPerceptionofRockPressureandGroundControl课程编号：020040080课程性质：√必修□选修课程类别：□通识课程√专业课程£实践教学适用专业：智能采矿工程课程学时：48学时（理论40学时，实验8学时）课程学分：3学分应开课学期：第六学期先修课程：《材料力学》、《岩体力学与工程》、《煤矿地质学》、《采矿学》、《井巷工程》等。任课学院、系部：能源科学与工程学院采矿工程系一、课程简介“矿山压力及岩层控制”是采矿工程专业的一门专业核心课程，课程性质为必修课。课程主要讲授矿山压力与岩层控制的基本概念、采场上覆岩层运移规律及基本理论、绿色开采概念及内涵、回采工作面矿压显现特征与控制、巷道围岩控制原理与方法、矿山压力观测方案设计和矿压数据解读等。本课程能够为解决矿区总体规划、矿井设计、矿山生产实践等复杂工程问题打下理论和实践基础。二、课程教学的目标及与毕业要求的关系（一）课程目标课程总目标：通过本课程的学习，学生可以系统深入地掌握矿山压力显现及控制的基本原理和控制技术，学会矿压问题分析和研究的基本方法，培养学生运用所学知识进行采掘工作面顶板支护设计、进而进行矿压问题研究的能力。同时通过课程教学引导学生独立思考、发现问题，培养其思辨能力和工程职业道德素质。1.掌握采掘工作面围岩中的应力场分布规律，了解采掘工作面应力控制的基本原理，树立工程意识；2.掌握煤矿采场覆岩结构特征，理解砌体梁、关键层之间的关系和内涵，掌握煤矿绿色开采体系与覆岩运动之间的关系，体会大国工匠和科学家精神；3.掌握采场顶板初次来压和周期来压特征，能够进行综采工作面围岩控制设计，了解智能采煤工作面顶板控制原理和方法，理解中国煤炭科技发展在世界的引领地位；4.掌握影响巷道围岩变形的主控因素，掌握巷道保护和支护方法，能够进行回采巷道围岩支护设计，了解巷道顶板冒顶智能预警原理及方法，体会有控卸压与人生感悟。5.能够制定采掘工作面矿压观测方案，解读和分析矿压观测数据，拓展矿山压力智能感知和控制方面的能力。6.掌握采矿工程专业核心课程的基本内容，为今后自主学习打好基础。（二）课程目标与毕业要求的对应关系《矿山压力与岩层控制》课程对毕业要求的多个指标点均有支撑。针对某一毕业要求指标点，本课程与其它课程从不同角度对同一指标点进行支撑，即各课程对同一指标点支撑的侧重点不同。本课程目标支持的主要毕业要求如表1所示。表1《矿山压力与岩层控制》课程对毕业要求指标点的支撑关系课程目标对应毕业要求毕业要求指标点分解描述1.掌握采掘工作面围岩中的应力场分布规律，了解采掘工作面应力控制的基本原理，树立工程意识；1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于采矿工程，并能解决较复杂工程问题。1.2具备采矿工程专业知识和技能，能够参与或带领团队解决矿井设计、工程施工、煤炭开采、矿区环境治理过程中的技术经济等复杂问题。2.掌握煤矿采场覆岩结构特征，理解砌体梁、关键层之间的关系和内涵，掌握煤矿绿色开采体系与覆岩运动之间的关系，体会大国工匠和科学家精神；1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于采矿工程，并能解决较复杂工程问题。1.2具备采矿工程专业知识和技能，能够参与或带领团队解决矿井设计、工程施工、煤炭开采、矿区环境治理过程中的技术经济等复杂问题。3.掌握采场顶板初次来压和周期来压特征，能够进行综采工作面围岩控制设计，了解智能采煤工作面顶板控制原理和方法，理解中国煤炭科技发展在世界的引领地位；1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于采矿工程，并能解决较复杂工程问题。1.2具备采矿工程专业知识和技能，能够参与或带领团队解决矿井设计、工程施工、煤炭开采、矿区环境治理过程中的技术经济等复杂问题。4.掌握影响巷道围岩变形的主控因素，掌握巷道保护和支护方法，能够进行回采巷道围岩支护设计，了解巷道顶板冒顶智能预警原理及方法，体会有控卸压与人生感悟。4.研究：能够基于专业知识，对采矿工程中的较复杂工程问题进行数据分析和一般研究，并得到合理有效的基本结论。4.2能够对实验研究数据或结果进行科学分析或解释，通过信息综合处理得出合理有效的研究结论。5.能够制定采掘工作面矿压观测方案，解读和分析矿压观测数据，拓展矿山压力智能感知和控制方面的能力。4.研究：能够基于专业知识，对采矿工程中的较复杂工程问题进行数据分析和一般研究，并得到合理有效的基本结论。4.2能够对实验研究数据或结果进行科学分析或解释，通过信息综合处理得出合理有效的研究结论。6.掌握采矿工程专业核心课程的基本内容，为今后自主学习打好基础。4.研究：能够基于专业知识，对采矿工程中的较复杂工程问题进行数据分析和一般研究，并得到合理有效的基本结论。4.2能够对实验研究数据或结果进行科学分析或解释，通过信息综合处理得出合理有效的研究结论。三、课程教学的基本内容及教学安排课程教学的内容及学时安排表2课程教学的内容及学时安排知识单元知识点学时数课程目标线下线上实验授课授课/实践1.绪论知识点1.1：了解矿山压力及其控制的基本概念和学习本课程的意义；2课程目标1、6知识点1.2：了解矿山压力的研究历史、研究概况；2.矿山岩体内应力的重新分布知识点2.1：岩体中的原岩应力；4课程目标1、2知识点2.2：孔周围的应力分布；知识点2.3：围岩的极限平衡与支承压力分布；知识点2.4：支承压力在底板岩层中的传播；3.采场覆岩结构与顶板破断规律知识点3.1有关采场上覆岩层活动规律的假说；6课程目标2知识点3.2直接顶的垮落；知识点3.3采场上覆岩层结构、老顶的断裂形式及稳定性分析；知识点3.4采场上覆岩层移动规律；4.采场矿山压力显现基本规律知识点4.1：基本顶的初次来压；6课程目标3知识点4.2：基本顶的周期来压；知识点4.3：顶板压力的估算与人工智能预测；知识点4.4：回采工作面支承压力的分布；知识点4.5：影响采场矿山压力显现的主要因素；5.采场顶板控制及支护方法知识点5.1顶板分类与底板特征；6实验1：单体液压支柱性能课程目标3知识点5.2采场支架类型与顶板支护方式；知识点5.3采场支架与围岩相互作用关系；基于矿鸿系统的三机姿态感知；知识点5.4采场顶板支护设计方法；知识点5.5采场顶板来压预报与支护质量监测；实验2：矿压仪器仪表与智能监测系统知识点5.6采场端面冒顶机理与控制；知识点5.7综放开采矿山压力智能感知与岩层控制；基于大数据的矿压观测数据机器学习与人工智能判别；

6.采区巷道矿压显现与控制知识点6.1采区巷道围岩应力；8实验3：巷道矿压观测仪器设备演示实验课程目标4知识点6.2采区巷道变形与矿压显现；知识点6.3采区巷道矿压控制原理；知识点6.4巷道支护技术；知识点6.5无煤柱护巷；知识点6.6采区巷道保护；7煤矿冲击矿压现象与防治知识点7.1采动岩体中的弹性变形能及转化；4课程目标4知识点7.2煤矿矿震与冲击矿压现象；知识点7.3冲击矿压发生机理及影响因素；知识点7.4冲击矿压危险评价及监测预警方法和防治；8矿山压力智能感知与岩层控制的研究方法

知识点8.1矿山岩层控制研究方法相似模拟、数值模拟在矿山压力研究中的应用；4实验4：相似材料配比实验课程目标5、6

知识点8.2常用的测试技术-常用的矿压仪器仪表、常用的测试技术-采场、巷道矿压观测方案制定及数据分析；矿鸿系统基本架构与万物互联特征；合计408（二）课堂实验/实践教学内容及要求序号项目名称内容、要求学时实验/实践类别实验/实践类型每组人数必做/选做课程目标1实验1：单体液压支柱性能实验内容：测量单体液压支柱荷载和活柱下缩之间的关系，分析恒阻式支柱的力学性能。实验要求：掌握单体液压支柱工作特性试验方法；绘制支柱特性曲线，了解单体液压支柱工作特性；学会YE-2000液压式压力试验机正确操作方法。2专业综合型4必做课程目标42实验2：矿压仪器仪表与智能监测系统实验内容：针对综采工作面KJ216矿压监测系统，完成模拟组网任务，分别对综采支架、巷道锚杆及钻孔应力计进行监测，并分析相关数据。实验要求：掌握KJ216煤矿顶板动态监测系统组成、结构和原理。掌握KJ653煤矿顶板动态监测系统组成、结构和原理。基本掌握系统安装部署及使用方法。了解矿山互联网、现场总线、通讯协议等术语和概念。了解充填监测、地音监测系统。2专业综合型4必做课程目标43实验3：巷道矿压观测仪器设备演示实验实验内容：熟悉各种常用矿压观测仪器仪表的结构、原理。掌握巷道支架载荷测量、巷道围岩相对移近量观测、顶板离层观测、巷道围岩应力测量的测站布置及仪器安装方法。实验要求：熟悉常用矿压观测仪器仪表的结构及原理；掌握巷道矿压观测内容及测站布置方法。2专业演示型4必做课程目标44实验4：相似材料配比实验实验内容：制作不同砂胶比的实验试块，对试块进行抗压强度实验，分析抗压实验结果，提交实验报告。实验要求：掌握相似材料配比试验过程；了解影响相似材料强度的主要因素；学会测定标准试块的单轴抗压强度；了解矿山压力相似材料模型的制作及试验研究方法。2专业综合型4必做课程目标4基本要求1．认真阅读实验指导书，预习与实验有关知识，了解实验内容和方法；2.熟悉所用实验设备的使用方法；3.按照实验要求进行实验操作；4.实验中观察、检测并记录有关数据，能分析和解决在实验过程中出现的各种现象和问题；5.不盲目轻信实验数据和结果。不抄袭别人的数据和结果；6.每次实验后，每个学生均应按本次实验情况编写实验报告，并分析实验结果，结论要明确。要求格式规范，图表清晰工整。注：实验/实践类别：专业、上机等实验/实践类型：操作型、验证型、演示型、综合型等。四、本课程与其他课程的联系本课程的先修课程为《材料力学》、《岩体力学与工程》、《煤矿地质学》、《采矿学》、《井巷工程与智能掘进》等。五、教材与其他教学资源（含教学参考书或在线资源）（一）建议教材钱鸣高,许家林,王家臣，等.矿山压力与岩层控制(第3版，“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材),2021,中国矿业大学出版社.其他教学资源河南省一流在线开放课程：矿山压力与岩层控制（SPOC）参考书：[1]宋振骐.《实用矿山压力控制》，北京：煤炭工业出版社，1994[2]陈炎光，钱鸣高等.《中国煤矿采场围岩控制》，徐州：中国矿业大学出版社，1994[3]陈炎光、陆士良等.《中国煤矿巷道围岩控制》，徐州：中国矿业大学出版社，1995[4]陈炎光、陆士良等.《中国煤矿巷道围岩控制》，徐州：中国矿业大学出版社，1995期刊：理论性较强的期刊：煤炭学报、岩石力学与工程学报、岩土工程学报工程性较强的期刊：采矿与安全工程学报、煤炭工程、煤炭科学技术、矿冶工程、中州煤炭、山西煤炭、陕西煤炭、煤矿开采、煤矿现代化、山东煤炭科技、河北煤炭等。外文期刊：InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences六、教学方法与学习建议授课方式：面授，SPOC在线课程辅助教学。重点与难点：上覆岩层移动特征、巷道围岩控制原理；后续自主学习建议：结合现场工程实践，依托SPOC在线课程，开展相应的学习；研究性学习：针对授课内容，布置专题内容，以大作业形式，提高学生解决问题的能力。七、课程考核及成绩评定方式（一）课程考核（说明考核方式及占总成绩的比例）基于《矿山压力与岩层控制》教学内容与毕业要求指标点的关联性，制定本课程质量评价方法。课程总评成绩由平时考核成绩（出勤、作业）、过程考核成绩（课堂讨论、测试、实验）和期末考核成绩三部分构成，分别占总成绩的14%、36%和50%。具体考核方案及权重见下表：（1）参加河南省一流课程《矿山压力与岩层控制》网上学习，参加线上考试，32学时，占总成绩的20%；（2）课堂讨论若干次，与作业等一起计入过程考核成绩，占15%；（3）考勤5%；（4）期末考试成绩占60%；若期末成绩低于40分，则总成绩视为不合格。课程目标考核环节权重合计平时表现过程考核结课考试课程目标13%1%6%10%课程目标23%5%14%22%课程目标33%5%10%18%课程目标43%5%15%23%课程目标53%5%10%18%课程目标60%4%5%9%合计15%25%60%100%（二）课程目标与考核内容的关系课程具体目标与知识单元和考试内容的关系如下：课程目标知识单元考试内容1.掌握采掘工作面围岩中的应力场分布规律，了解采掘工作面应力控制的基本原理，树立工程意识；1.绪论2.矿山岩体内应力的重新分布了解矿山压力及其控制的基本概念和学习本课程的意义，了解矿山压力的研究历史、研究概况。掌握孔周围的应力分布、煤矿中的应力场、采掘工作面周边支承压力分布规律2.掌握煤矿采场覆岩结构特征，理解砌体梁、关键层之间的关系和内涵，掌握煤矿绿色开采体系与覆岩运动之间的关系，体会大国工匠和科学家精神；3.采场覆岩结构与顶板破断规律覆岩层活动规律的假说；砌体梁理论；回采工作面上覆岩层的活动情况、回采工作面上覆岩体结构分析及岩层移动规律；老顶破断后在上覆岩层中引起的扰动；关键层理论及绿色开采体系。3.掌握采场顶板初次来压和周期来压特征，能够进行综采工作面围岩控制设计，了解智能采煤工作面顶板控制原理和方法，理解中国煤炭科技发展在世界