“實踐是檢驗真理的唯一標準”, 毫無疑問, 不論在哪里, 良好的實踐能力都是非常必要的。通過實踐不僅能夠培養學生的創新性思維, 使我們的觀察力、想象力、創新能力得到很大發展, 而且增加了我們的主動性、動手能力, 只要我們善于思考, 便能夠將將我們在書本上學到的知識轉化、應用到實際生產中去。
然而, 并非所有人都認識到了實踐的重要性, 大多數學校的社會實踐等實踐活動都沒有完全的發揮他們應有的作用, 由于教育培養機制跟不上發展步驟、社會資源得不到充分利用等等原因, 許多實踐都是流于形式, 馬虎了事, 不能起到充分鍛煉同學們的作用。安全工程專業的實踐表現也不盡如人意。
而筆者經歷的本次科研實踐使筆者獲益匪淺, 從零起步搞研究, 一步步完成實際的工作, 經歷學習——應用——研究的過程, 不流于形式, 不淺嘗輒止, 深入現場, 切身感受理論知識與實踐相結合的過程。
1 實踐過程
筆者分幾個方面詳盡介紹了本次科研實踐項目完成的八個過程, 即技術背景分析, 礦井概況, 研究目標, 研究內容, 技術經濟指標, 研究實驗方法, 計算與可靠性分析。
1.1 技術背景
礦井通風系統是保障礦井安全生產的根本, 通風系統的優化改造是煤礦的一項重要工程, 改造工程的實施直接關系到礦井中遠期通風系統的運行, 甚至直接影響礦井的安全生產, 因此對通風系統現狀進行優化, 對礦井中、遠期通風方案進行模擬, 對提高礦井當前的通風保障能力, 保障礦井今后通風系統的穩定、可靠具有重要的意義。
本項目將在對礦井進行系統通風阻力測定的基礎, 應用先進的Ventsim煤礦三維通風仿真系統, 建立礦井三維通風系統模型, 通過模擬檢驗, 保障基礎數據的可靠性。應用建立的數值模型, 進行系統現狀改造方案模擬、工作面熱害防治通風方式效果模擬、礦井中遠期通風方案模擬等工作, 建立的三維通風系統模型可為礦井通風科學化管理奠定堅實的基礎。
20世紀80年代以后, 數字化通風模擬技術開始在我國得到研究和應用, 它通過將礦井通風系統數字化, 使用網絡以及分支、節點上的屬性來代替真實的礦井通風系統, 構建礦井通風系統的數值模型, 從而進行礦井通風的數值仿真。這樣做不僅可以預測通風系統改造的效果, 而且可以預測礦井今后開采中安全生產對通風系統的要求。這種方法基于完善的礦井通風數學模型和可靠的數值計算方法, 經過國內外廣泛的實踐應用, 證明是可靠的、科學的, 是礦井走向科學化、數值化管理的必經之路。
1.2 礦井情況
黑龍江龍煤集團雞西分公司東海煤礦1965年移交雞西礦務局, 經1975年至1985年兩次大型改造后, 完成了-450水平的全部工程, 當前礦井生產能力為150萬噸/年。
礦井采用皮帶斜井開拓, 有二、三、五、六四個采區, 經2007年礦井瓦斯鑒定為高瓦斯礦井。采用混合抽出式通風, 由7條入風道, 2條回風道擔負礦井通風任務。礦井運轉主扇2臺, 分別為二采區主扇和立風井主扇, 主扇型號:BDK-6-17和BDK-10-36, 風壓分別為162mmH2O, 立風井主扇水柱為295mmH2O, 礦井總入風量為13720m3/min, 總排風量為14566m3/min。
近年來, 隨著開采深度的增加, 瓦斯涌出量也隨之增加, 礦井現已開采至-1100m以下, 現有高瓦斯工作面5個, 分別是三采區196采煤工作面、五采區195采煤工作面、303綜掘工作面、605炮掘工作面、601綜掘工作面。礦井通風系統比較復雜, 且存在熱害威脅, 因此, 優化、簡化礦井通風系統, 對礦井深部采區的開采進行通風保障模擬預測, 提高礦井通風的保障能力, 是當前十分緊迫的工作, 對礦井瓦斯、熱害的治理具有重要意義。
1.3 主要研究目標
在對東海煤礦通風系統進行阻力測定的基礎上, 分析當前礦井通風系統的合理性、通風阻力分布狀況等, 確定通風系統參數, 提出礦井通風系統優化方案;應用礦井三維通風仿真軟件構建礦井通風系統模型, 對通風系統改造、工作通風降溫方案進行效果模擬, 通過對比分析, 確定礦井通風系統優化改造方案;針對礦井今后5~10年內開拓開采規劃, 預測工作面瓦斯涌出量, 規劃設計礦井通風方案, 預測通風狀況, 為礦井安全生產提供保障。
1.4 主要研究內容
(1) 東海煤礦通風系統阻力測定。
依據《礦井通風阻力測定方法》MT/T440-1995的要求, 對東海煤礦當前通風系統進行全礦井通風阻力測定。
(2) 東海煤礦通風系統現狀分析。
依據通風阻力測定的結果, 繪制礦井通風網絡圖, 對測定數據進行處理和模擬驗證, 在此基礎上, 對礦井通風系統進行分析。
(3) 東海煤礦當前通風系統三維模型構建。
應用三維通風系統建模軟件, 構建真實礦井三維通風系統模型。
(4) 東海煤礦當前通風系統優化研究。
通過對通風現狀的分析, 提出通風系統改造方案, 進行改造方案的數值化, 模擬改造的效果, 優選確定科學、可靠的通風方案。
(5) 東海煤礦工作面熱害防治通風方式研究。
通過井下熱害參數的收集、測定, 構造防治熱害的工作面通風方式, 對其熱害防治的效果進行模擬計算, 確定合理的工作面熱害防治通風方式。
1.5 技術經濟指標
礦井通風阻力測定符合《礦井通風阻力測定方法》MT/T 440-1995的要求;對礦井通風系統的分析內容全面, 切合實際;提出的礦井通風系統優化方案、中遠期通風方案切實可行, 模擬結果可靠;建立的三維通風系統模型符合礦井實際, 具有較強的實踐應用價值。提供必要的阻力測定、三維建模、通風方案數值建模和模擬結果分析技術培訓。
1.6 采用的研究試驗方法
(1) 現場調研, 收集資料。
(2) 礦井通風系統阻力測定和數據處理。
(3) 通風系統基礎參數模擬驗證。
(4) 通風系統三維建模和通風方案模擬。
(5) 通風現狀優化方案模擬、通風系統中遠期方案模擬。
1.7 調研、計算
現礦井總需風量:11660m3/min。
礦井總進風量:14554m3/min。
礦井總排風量:14963m3/min。
礦井近期風量情況。
根據東海礦實際情況, 二采區只有1個普采工作面, 4個掘進工作面, 2個硐室。二采區總入風量為2182m3/min, 二采區總排2353m3/min?，F三采23#層只有1個普采工作面, 3個掘進工作面, 1個硐室, 現總入2112m3/mi n, 總排風量223 9m3/mi n。五采32#層共有1個采面;4個掘進;5個硐室, 總入風量2400m3/min, 總排風量2460m3/min?，F六采區進風立井已貫通總入風量5040m3/min, 六采區總排風量:5250m3/min。
礦井長遠風量需求情況。
根據東海礦長遠規劃, 二、三、五采保持現有生產能力, 3個采煤面;1個備面;9個掘進面;6個硐室, 六采區需要2個采煤隊, 32#層、34#層共計2個采面, 同時34#層設1個備面。2個均為高檔普采工作面。7個掘進隊, 5個硐室。則礦井總需風量如下。
(1) 按井下同時工作最多人數進行計算[1]。
式中:4為每人每分鐘供給的風量, (m3/min) ;
N為井下同時作業人數;
K礦通為礦井通風系數, 取1.35。
(2) 按采掘工作面、峒室及其它地點的實際需風量的總和計算。
式中:ΣQ采、ΣQ掘、ΣQ峒為采煤、掘進、峒室需風量的總和, m3/min;
ΣQ其它為其它井巷所需風量的總和, m3/m i n;
K礦通為礦井通風系數取1.2。
根據以上公式驗算, 礦井長遠時期需要風量、長遠時期礦井風阻特性曲線方程為:
二采區:總需風量為2300m3/min;
風阻特性曲線方程為:h=0.5Q2;
三采區:總需風量為1800m3/min;
風阻特性曲線方程為:h=0.25Q2;
五采區:總需風量為3000m3/min;
風阻特性曲線方程為:h=0.68Q2;
六采區:總需風量為5000m3/min;
風阻特性曲線方程為:h=0.26Q2。
(3) 礦井風量的供需比情況。
東海礦礦井總入風量為14554m3/min, 礦井應進風量為11660m3/min。礦井總進風量比為125%。達到了礦井備用風量系數的要求。
(4) 礦井內外部漏風情況。
東海礦井中二采區主扇內部漏風量為100m3/min, 外部漏風量為150m3/min, 內部漏風率為4.1%, 外部漏風率為5.9%。立風井主扇內部漏風風量為:300m3/min, 礦井外部漏風風量為:500m3/min, 內部漏風率為:3.25%, 外部漏風率為:5.1%。
(5) 礦井等積孔情況。
東海煤礦2臺主扇供風, 二采區主扇風量為2353m3/min, 主扇水柱為90mmH2O, 二采區等積孔為1.57m2。立風井主扇風量為12610m3/min, 主扇水柱為380mmH2O, 立風井等積孔為4.09m2, 礦井聯合等積孔5.18mmH2O。
1.8 礦井通風系統可靠性分析
1.8.1 礦井主扇運轉穩定性分析
東海礦現主扇工況點為M1 (40.3, 80) , M2 (177.6, 390) ?，F主扇葉片角度均為25度和35度, 現主扇運轉穩定, 主扇均在風機穩定區內工作, 符合礦井現階段安全生產的需求。
1.8.2 礦井各用風地點風流穩定性分析
(1) 開拓布置合理性分析。
各進、回風道布置合理, 礦井由7條入風道進風, 由3條回風道進行回風, 最后由2臺主扇排至地面。礦井中各采區都有專用回風巷, 大大提高了礦井通風系統的合理性及可靠性。在建成立風井將更大的提高礦井通風系統的合理穩定性。
(2) 通風設施合理性分析。
礦井在通風設施上取消了風橋, 取消了臨時性通風設施, 主要入排間風門均連鎖, 并設置了風門開關傳感器及風門開關語音提示裝置, 同時設置反向風門, 密閉及擋風墻前設置檢查箱, 按規定檢查瓦斯及設備情況。傾斜巷道中未設置通風設施。
2 實踐過程分析
認知教學理論[2]認為教學的主要任務在于發展學生智力, 培養學生操作、觀察、符號運算和想象等技能。本次的科研實踐活動正是培養了學生動手操作、親臨現場觀察、實驗數據運算處理和建模想象等技能。
認知教學理論的教學原則有動機原則, 結構原則, 程序原則和強化原則。動機原則是指學習取決于學生對學習的準備狀態和心理傾向, 教師需要在教學中促進和調節學習者的良好心理傾向和動機。在實踐活動中, 大到縱觀整個煤礦的采掘工作布置, 安排下井測量的行走路線, 小到對于礦圖上一點標高的查找與確定, 都是學生在教師的指導促進和調節下自主完成的。正是因為有對此次實踐的充分準備和對科研的追求與向往, 才使得筆者收獲良多。
結構原則是指知識具有層次結構, 它反映事物本身之間的聯系或規律性。掌握知識就是學習事物是怎樣相互關聯的, 掌握某學科的結構, 就是掌握構成該學科的那些基本概念、原則和方法。在科研期間查找地形圖、核對掘進圖、修改參數、計算參數、查找標高、計算標高等過程中, 需運用所學過的AutoCAD、工程制圖、計算機技術、高等數學、物理等相應基礎學科知識和安全法律法規、采煤概論、通風安全學及其它專業綜合知識。從而了解了各個課程之間的關聯性, 掌握了安全工程專業的學科知識結構, 進一步加深了對一些基本概念、理論原則的理解。
程序原則, 即按照最佳順序呈現教學內容。在整個科研過程中, 需要參與的實踐工作很多, 每一步驟都要小心翼翼, 按照特定的程序, 不能有絲毫差錯。此次科研項目的8個過程也正是呈現教學內容以及達到科研訓練目的的最佳順序, 即技術背景分析, 礦井概況, 研究目標, 研究內容, 技術經濟指標, 研究實驗方法, 計算與可靠性分析。
強化原則, 即通過反饋使學生知道自己學習的結果, 讓學生明確自己的學習活動是否正通向已定的目標, 并不斷地矯正或確定下一步的學習活動, 從而強化有效的學習。每天都要對自己當天的科研工作進行總結與匯報, 從中讓我們不斷地發現問題并解決問題, 同時不斷調整下一步的活動與安排, 在反復中強化是本次科研實踐順利完成的關鍵。
認知教學理論的教學方法主張的是“發現法”。窮則變, 變則通。在實踐中, 我們受益最大的是學會了如何去思考、如何去發現問題。在仔細觀察、細心思考下, 我們發現很多情況下原本書本上學的那些知識在這里不能直接拿來應用, 因為在不同的環境中總會有一些當地特定的影響因素。當一種解決方案行不通時我們會去思考不能解決問題的原因, 然后再繼續思考、積極主動地去嘗試, 去探索。在這不斷思考、不斷探索的情況下我們自己的思想就受到了影響, 得到了進步。
現代教學就是建立在現代社會基礎之上的教學實踐活動、教學思想、教學制度和教學模式的集合體, 它是以理論為指導的具有多樣綜合教學模式的追求和促進個人全面發展的教學形態?，F代教學是依據教學認識的基本規律采用多樣綜合的教學結構去實現個人全面發展的教學活動。所以科研實踐能夠在各種方面很大空間上鍛煉我們的思考能力、創新能力和自我探索能力, 與專業相關的實踐更能增加我們對自己所學專業知識的思索和融會貫通, 讓我們在實踐中鍛煉自己、提升自己。
3 結語
本文所敘述的僅是安全工程專業科研實踐中偏于應用的一類課題, 但以其為例可以得出結論。
(1) 科研實踐作為一種實踐方式的典型, 與一般實踐不同, 不拋棄書本, 但也不依附于書本, 能夠讓學生切身感受到理論知識應用到實踐的過程。
(2) 科研實踐不同于和工人同吃住的“體驗生活”形式的實踐, 注重理論與生產的結合, 更符合學生畢業后的工作性質, 但也不脫離生產, 能夠讓學生感受到學有所用。
(3) 科研實踐的過程也是學生理論知識強化的過程, 有助于發現現場出現的問題激發學生的創新精神, 不斷思考, 不斷探索。
摘要：實踐教學是工科院校教學活動的重要組成部分, 實踐創新能力培養是素質教育的重要內容。目前各大院校的安全工程專業均設有實踐教學環節, 但是由于安全工程專業的特殊性, 實踐地點大都具有一定的危險性, 許多實踐流于形式, 學生在實踐過程中也是淺嘗輒止。本文首先分析了安全工程專業的性質特點和實踐現狀, 再舉筆者親身經歷的一個科研實踐的過程以及從中得到的收獲和體會, 通過認知教學理論與當代教學理論分析, 得出這種科研實踐的方式值得推廣和應用的結論。
關鍵詞：安全工程,科研實踐,教學理論
參考文獻
[1] 吳中立.礦井通風與安全[M].徐州:中國礦業大學出版社, 1989.
[2] Bruner, The Teaching Process, Shang-hai Normal University, Laboratory oftranslation of foreign education, Shang-hai People’s Press, 1973.布魯納.教學過程[M].上海師范大學外國教育研究室譯, 上海人民出版社, 1973.