裴曉東，李增華，陳開巖，左樹勛，何書建

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)　a.安全工程學(xué)院；b.煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇　徐州　221116)

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·實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理·

煤炭院校礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)踐

裴曉東，李增華，陳開巖，左樹勛，何書建

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)a.安全工程學(xué)院；b.煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州221116)

基于煤炭院校礦井通風(fēng)類專業(yè)課程教學(xué)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，設(shè)計(jì)、開發(fā)了一套礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。介紹了該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主體框架、技術(shù)要求和基本功能，構(gòu)建了具有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多樣化、實(shí)驗(yàn)裝置可調(diào)化、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成化、測(cè)試手段精細(xì)化、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉鄬哟位蛯?shí)驗(yàn)演示生動(dòng)化等特點(diǎn)的煤礦通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)踐證明，綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)推動(dòng)了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)的結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

煤炭院校；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；設(shè)計(jì)開發(fā)；教學(xué)實(shí)踐效果

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中，強(qiáng)調(diào)要提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[1]。而高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，擴(kuò)展學(xué)生的創(chuàng)新思維，增長(zhǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能等具有十分重要的作用，是其他任何教學(xué)形式都不能完全替代的[2-3]。

煤炭院校礦井通風(fēng)類專業(yè)課程主要包括礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、礦井通風(fēng)與安全以及通風(fēng)與凈化工程等課程。這些課程均是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全技術(shù)及工程專業(yè)的主干核心課程，任務(wù)是使學(xué)生掌握煤礦井下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)的基本理論、方法與技術(shù)；目的在于培養(yǎng)學(xué)生分析及解決煤礦通風(fēng)問題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。主要內(nèi)容包括:礦內(nèi)空氣、通風(fēng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、井巷通風(fēng)阻力、通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)、風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)、采區(qū)通風(fēng)、通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)設(shè)計(jì)等[4]。我們通過多年的教學(xué)和科研實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于該類課程針對(duì)煤礦井下的實(shí)際通風(fēng)情況，具有實(shí)踐性強(qiáng)、概念抽象、不易理解等特點(diǎn)，對(duì)于絕大部分學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)該類課程之前僅有過一次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)時(shí)的下井參觀經(jīng)歷，因此，為了更加有利于學(xué)生理解和掌握該類課程的專業(yè)知識(shí)和理論，設(shè)計(jì)和開發(fā)能夠直觀觀察、模擬礦井實(shí)際通風(fēng)和調(diào)節(jié)、測(cè)量各種通風(fēng)數(shù)據(jù)的礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于輔助教學(xué)和開展實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作是十分必要的。

1　礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)是安全工程專業(yè)本科教學(xué)和人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)得以有效實(shí)施的載體，綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)已經(jīng)逐漸成為安全工程專業(yè)教學(xué)改革和研究的重點(diǎn)。基于“面向煤炭工業(yè)安全，拓展安全科學(xué)領(lǐng)域，強(qiáng)化安全技術(shù)，突出工程實(shí)踐與管理能力”的專業(yè)特色，以礦井通風(fēng)與安全為主要專業(yè)方向，在教育部改善基本辦學(xué)條件專項(xiàng)資金和安全工程省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)項(xiàng)目的支持下，以礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建為實(shí)踐點(diǎn)，建設(shè)具有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多樣化、實(shí)驗(yàn)裝置可調(diào)化、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成化、測(cè)試手段精細(xì)化、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉鄬哟位蛯?shí)驗(yàn)演示生動(dòng)化等特點(diǎn)的學(xué)科綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)與理論教學(xué)體系密切配合，并且可以整合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)成果、實(shí)驗(yàn)資源，為學(xué)生更好地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件[5-7]。

2　礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

本文結(jié)合煤炭院校礦井通風(fēng)專業(yè)特色、課程教學(xué)內(nèi)容及創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，在總結(jié)多年教學(xué)和煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、開發(fā)了一套礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涵蓋了煤炭院校礦井通風(fēng)類專業(yè)課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將需要在通風(fēng)管網(wǎng)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)地結(jié)合在一起，具有功能多、綜合性和開放性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”的特點(diǎn)。

礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主體框架包括主通風(fēng)機(jī)、基本通風(fēng)管網(wǎng)、通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施等，其主體框架及平面布置示意圖如圖1所示。其中，通風(fēng)管網(wǎng)主體部分為直管，布置長(zhǎng)度視實(shí)驗(yàn)室空間而定，宜大不宜小。在主體直管部分選擇風(fēng)流流場(chǎng)穩(wěn)定段，采用透明有機(jī)玻璃材料，按照常見的井巷斷面形狀如圓形、半圓拱、矩形、梯形等制成。

圖1　礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主體框架及平面布置示意圖

該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的技術(shù)要求和基本功能如下。

1)主管路與兩個(gè)離心式通風(fēng)機(jī)接口間的連接采用法蘭盤和漸進(jìn)段實(shí)現(xiàn)，并分別設(shè)置有隔斷閘板，以使某一臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)與管路系統(tǒng)能隔斷開，另一風(fēng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，系統(tǒng)中還設(shè)有一臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，用于做壓入式通風(fēng)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置有隔斷閘板。

2)離心式通風(fēng)機(jī)裝有反風(fēng)裝置，可以實(shí)現(xiàn)反風(fēng)實(shí)驗(yàn)，并加設(shè)了變頻器，實(shí)現(xiàn)可調(diào)。

3)管道中安裝了整流柵，以便在管道主體部分得到風(fēng)流流場(chǎng)穩(wěn)定段。

4)管網(wǎng)系統(tǒng)右端處安裝有法蘭式快速接頭，既可快速連接半圓形管路，形成回路；又可拆掉，敞口進(jìn)風(fēng)。

5)皮托管插孔的設(shè)置。在風(fēng)流穩(wěn)定段等間距(2 m)布置10個(gè)皮托管插孔(上下管路各5個(gè))，用以安裝皮托管測(cè)量通風(fēng)管網(wǎng)風(fēng)流的風(fēng)壓等參數(shù)。注意避開角聯(lián)風(fēng)路附近處的影響，具體布置位置如圖1所示。

6)為了進(jìn)行風(fēng)速場(chǎng)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，在風(fēng)流穩(wěn)定段等間距布置10個(gè)風(fēng)速場(chǎng)測(cè)定斷面。半圓拱形管道(E-E斷面)從下部打6個(gè)測(cè)點(diǎn)孔，矩形管道(F-F斷面)從上部打6個(gè)測(cè)點(diǎn)孔，測(cè)點(diǎn)孔用橡膠圈密封，不得漏氣。

7)調(diào)節(jié)窗1:用以調(diào)節(jié)圓形角聯(lián)風(fēng)路的風(fēng)阻，以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)。

8)調(diào)節(jié)窗2:分別設(shè)置在半圓拱形角聯(lián)風(fēng)路前后段，用以實(shí)現(xiàn)局部風(fēng)阻的測(cè)定。

9)管路材料采用透明有機(jī)玻璃，便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。由于管路系統(tǒng)長(zhǎng)度較短(僅13.2 m)，所以管路系統(tǒng)的內(nèi)表面要人為的粗糙化，以便增加摩擦阻力系數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)管道通風(fēng)阻力測(cè)定等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3　教學(xué)實(shí)踐效果

構(gòu)建完成的礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示。

本文在近兩年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，基于該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建了“必修實(shí)驗(yàn)—選修實(shí)驗(yàn)—研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”3個(gè)不同層次的礦井通風(fēng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，并連續(xù)3年獲得中國(guó)礦業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目資助，初步實(shí)現(xiàn)了該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向全校各個(gè)專業(yè)學(xué)生以及煤礦企業(yè)通風(fēng)技術(shù)培訓(xùn)人員的全開放。在教學(xué)實(shí)踐中，基于該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表1。

圖2　礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖

表1　基于礦井通風(fēng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開設(shè)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息

4　結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的成功構(gòu)建，有助于煤炭院校礦井通風(fēng)類專業(yè)理論課程的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作的相輔相成，也能應(yīng)用于煤礦通風(fēng)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)工作。同時(shí)，也為學(xué)生更好地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)條件。這也為改革安全工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式做出了有益的嘗試。

[1]國(guó)務(wù)院.國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29).http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

[2]杜月林.構(gòu)建多層次全方位實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體系培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(3):202-204.

[3]梁宏.搭建實(shí)驗(yàn)實(shí)踐一體化平臺(tái)，深化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30(5):1-4.

[4]王德明.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2012.

[5]王偉，趙憲忠，郭小農(nóng)，等.鋼結(jié)構(gòu)多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制與實(shí)踐[J].高等建筑教育，2009，18(2):102-104.

[6]周福寶，李增華，王德明，等.安全工程本科專業(yè)建設(shè)與發(fā)展的新模式[J].煤炭高等教育，2009，27(2):104-106.

[7]楊永良，李增華，候世松，等.構(gòu)建安全工程專業(yè)創(chuàng)新人才實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)模式[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11(3):125-127.

Construction and Practice of the Integrated Experiment Platform for Mine Ventilation in Mining Colleges

PEI Xiaodong，LI Zenghua，CHEN Kaiyan，ZUO Shuxun，HE Shujian

(a.School of Safety Engineering；b.Key Laboratory of Gas and Fire Contral for Coal Mines,China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China)

Based on the requirements of the mine ventilation professional course teaching and innovative talent cultivation in mining colleges，an integrated experiment platform for mine ventilation was designed and developed.And the main body frame，technical requirements and basic functions of the integrated experiment platform were described.And then，the integrated experiment platform for mine ventilation which has characteristics of experimental project diversification，experimental equipment adjustment，experimental system integration，testing instrument elaboration，experimental model arrangement and experimental demonstration lifelikeness etc.was constructed.In practice，the construction of the integrated experiment platform promotes the combination of the theory teaching and experiment teaching，as well as enhances the cultivation of the students’ innovation and practice ability.

mining colleges; experiment teaching; integrated experiment platform for ventilation; design and development; teaching practice effect

2014-10-30；修改日期: 2014-12-07

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)項(xiàng)目(2015QN48)；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助(PPZY2015A055)；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目(2001262)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)[2014]37號(hào))；江蘇省省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)項(xiàng)目(蘇教高[2011]24號(hào))。

裴曉東(1981-)，男，博士生，講師，主要從事安全科學(xué)與工程方面的教學(xué)與科研工作。

TD72

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.056