數(shù)值模擬技術(shù)在采礦工程主干課程教學(xué)中應(yīng)用的探討

梁華杰 任芳 趙忠義

摘 要：介紹了目前采礦工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)的基本原理，介紹了數(shù)值模擬技術(shù)在課堂教學(xué)中的作用，對(duì)提高學(xué)生理論知識(shí)的掌握具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：采礦工程；課堂教學(xué)；數(shù)值模擬

貴州省教育廳教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程重點(diǎn)項(xiàng)目，黔高教發(fā)[2013]446號(hào)；六盤(pán)山師范學(xué)院精品課程，合同編號(hào)：LPSSYjpkc201403

Abstract： introduced the problems existing in the current teaching of mining engineering courses， basic principle and numerical simulation technology， introduced the effect of numerical simulation technology in the classroom teaching， to improve the master students theoretical knowledge and is of certain significance.

Key words： mining engineering； classroom teaching； numerical simulation

0 引言

采礦工程以其在工業(yè)化建設(shè)中的重要地位，自建國(guó)以來(lái)，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展[1]。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)在采礦和巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。六盤(pán)水師范學(xué)院依托本地資源優(yōu)勢(shì)，自2010年設(shè)立采礦工程專(zhuān)業(yè)。

1 數(shù)值模擬技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

1.1 數(shù)值模擬方法的基本原理

大部分?jǐn)?shù)值分析軟件都是應(yīng)用彈性理論解決巖體非線性變形與破壞的問(wèn)題。巖體是一種特殊質(zhì)地的材料，微觀上，巖體較均質(zhì)，具有較強(qiáng)的彈性特征，但由于節(jié)理和裂隙的存在，微元間呈現(xiàn)出非連續(xù)性。在受力不大時(shí)，即發(fā)生斷裂和破壞，大多數(shù)軟件正是基于巖體的此特性[2]。

1.2 數(shù)值模擬技術(shù)在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國(guó)煤炭以地下開(kāi)采為主，因煤層賦存條條件的多樣化，巖土工程問(wèn)題特別突出，如：采場(chǎng)頂板跨落、采動(dòng)圍巖破壞、軟巖巷道變形、深部開(kāi)采地壓等問(wèn)題。這些問(wèn)題一般都會(huì)造成一定的人員和財(cái)產(chǎn)損失，數(shù)值模擬技術(shù)可以根據(jù)其地質(zhì)賦存條件，研究覆巖的活動(dòng)規(guī)律和巷道控制技術(shù)，提出有針對(duì)性的治理和預(yù)防措施，以降低事故發(fā)生的幾率，降低損失。

2 課堂教學(xué)中存在的問(wèn)題

采礦工程主要培養(yǎng)具備礦床開(kāi)采的基本理論和方法的工程技術(shù)人才，開(kāi)設(shè)的主要專(zhuān)業(yè)課程有《煤礦開(kāi)采學(xué)》、《礦井通風(fēng)與安全》、《礦山壓力與巖層控制》、《煤礦地質(zhì)學(xué)》和《礦山機(jī)械》等。采礦工程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)接緊密。因其開(kāi)采場(chǎng)所的特殊性，地質(zhì)條件的復(fù)雜性，很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)比較抽象，不理于學(xué)生理解掌握。即使通過(guò)課堂學(xué)習(xí)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握仍較有限，不能滿(mǎn)足相應(yīng)的要求。如果把數(shù)值模擬技術(shù)引進(jìn)到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的本科教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生準(zhǔn)確理解和掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，無(wú)益是有益的。

3 數(shù)值模擬技術(shù)在教學(xué)中的作用

數(shù)值模擬技術(shù)主要可以在以下知識(shí)的教學(xué)中起到輔助作用：

覆巖的活動(dòng)規(guī)律：通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)，演示煤層覆巖的活動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而闡述采場(chǎng)來(lái)壓、巖層的離層和裂隙、氣體和水體的運(yùn)移、地表沉陷等；

底板突水：模擬固體和液體的耦合作用，演示底板突水原因，另外還可以演示圍巖注漿和堵水等；

瓦斯運(yùn)移規(guī)律：通過(guò)固體和氣體的耦合作用，演示瓦斯的運(yùn)移規(guī)律等；

巷道合理位置的選擇：通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)，演示采動(dòng)壓力和固定支撐壓力的分布，從而直觀的給出巷道的合理位置；

合理的支護(hù)技術(shù)：通過(guò)數(shù)值模擬分析，演示采用不同的支護(hù)參數(shù)時(shí)巷道圍巖的變形情況，從而直觀的得出合理的支護(hù)參數(shù)。

4 結(jié)論

人才培養(yǎng)是強(qiáng)校之本，理論知識(shí)的掌握程度直接影響本科生工作后發(fā)展的好壞。結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行課堂教學(xué)，使學(xué)生深化專(zhuān)業(yè)課程的理解掌握，具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]弓小平，木合塔爾·扎日等.我國(guó)采礦工程專(zhuān)業(yè)改革現(xiàn)狀與問(wèn)題，[J]，高等理科教育，2010，3（91）：58-63.

[2]岳斌，郭忠林.數(shù)值模擬在采礦工程中的應(yīng)用，[J]，礦業(yè)工程，2008，12（6）：5-7.