安全工程专业实践方法论文
“实践是检验真理的唯一标准”, 毫无疑问, 不论在哪里, 良好的实践能力都是非常必要的。通过实践不仅能够培养学生的创新性思维, 使我们的观察力、想象力、创新能力得到很大发展, 而且增加了我们的主动性、动手能力, 只要我们善于思考, 便能够将将我们在书本上学到的知识转化、应用到实际生产中去。
然而, 并非所有人都认识到了实践的重要性, 大多数学校的社会实践等实践活动都没有完全的发挥他们应有的作用, 由于教育培养机制跟不上发展步骤、社会资源得不到充分利用等等原因, 许多实践都是流于形式, 马虎了事, 不能起到充分锻炼同学们的作用。安全工程专业的实践表现也不尽如人意。
而笔者经历的本次科研实践使笔者获益匪浅, 从零起步搞研究, 一步步完成实际的工作, 经历学习——应用——研究的过程, 不流于形式, 不浅尝辄止, 深入现场, 切身感受理论知识与实践相结合的过程。
1 实践过程
笔者分几个方面详尽介绍了本次科研实践项目完成的八个过程, 即技术背景分析, 矿井概况, 研究目标, 研究内容, 技术经济指标, 研究实验方法, 计算与可靠性分析。
1.1 技术背景
矿井通风系统是保障矿井安全生产的根本, 通风系统的优化改造是煤矿的一项重要工程, 改造工程的实施直接关系到矿井中远期通风系统的运行, 甚至直接影响矿井的安全生产, 因此对通风系统现状进行优化, 对矿井中、远期通风方案进行模拟, 对提高矿井当前的通风保障能力, 保障矿井今后通风系统的稳定、可靠具有重要的意义。
本项目将在对矿井进行系统通风阻力测定的基础, 应用先进的Ventsim煤矿三维通风仿真系统, 建立矿井三维通风系统模型, 通过模拟检验, 保障基础数据的可靠性。应用建立的数值模型, 进行系统现状改造方案模拟、工作面热害防治通风方式效果模拟、矿井中远期通风方案模拟等工作, 建立的三维通风系统模型可为矿井通风科学化管理奠定坚实的基础。
20世纪80年代以后, 数字化通风模拟技术开始在我国得到研究和应用, 它通过将矿井通风系统数字化, 使用网络以及分支、节点上的属性来代替真实的矿井通风系统, 构建矿井通风系统的数值模型, 从而进行矿井通风的数值仿真。这样做不仅可以预测通风系统改造的效果, 而且可以预测矿井今后开采中安全生产对通风系统的要求。这种方法基于完善的矿井通风数学模型和可靠的数值计算方法, 经过国内外广泛的实践应用, 证明是可靠的、科学的, 是矿井走向科学化、数值化管理的必经之路。
1.2 矿井情况
黑龙江龙煤集团鸡西分公司东海煤矿1965年移交鸡西矿务局, 经1975年至1985年两次大型改造后, 完成了-450水平的全部工程, 当前矿井生产能力为150万吨/年。
矿井采用皮带斜井开拓, 有二、三、五、六四个采区, 经2007年矿井瓦斯鉴定为高瓦斯矿井。采用混合抽出式通风, 由7条入风道, 2条回风道担负矿井通风任务。矿井运转主扇2台, 分别为二采区主扇和立风井主扇, 主扇型号:BDK-6-17和BDK-10-36, 风压分别为162mmH2O, 立风井主扇水柱为295mmH2O, 矿井总入风量为13720m3/min, 总排风量为14566m3/min。
近年来, 随着开采深度的增加, 瓦斯涌出量也随之增加, 矿井现已开采至-1100m以下, 现有高瓦斯工作面5个, 分别是三采区196采煤工作面、五采区195采煤工作面、303综掘工作面、605炮掘工作面、601综掘工作面。矿井通风系统比较复杂, 且存在热害威胁, 因此, 优化、简化矿井通风系统, 对矿井深部采区的开采进行通风保障模拟预测, 提高矿井通风的保障能力, 是当前十分紧迫的工作, 对矿井瓦斯、热害的治理具有重要意义。
1.3 主要研究目标
在对东海煤矿通风系统进行阻力测定的基础上, 分析当前矿井通风系统的合理性、通风阻力分布状况等, 确定通风系统参数, 提出矿井通风系统优化方案;应用矿井三维通风仿真软件构建矿井通风系统模型, 对通风系统改造、工作通风降温方案进行效果模拟, 通过对比分析, 确定矿井通风系统优化改造方案;针对矿井今后5~10年内开拓开采规划, 预测工作面瓦斯涌出量, 规划设计矿井通风方案, 预测通风状况, 为矿井安全生产提供保障。
1.4 主要研究内容
(1) 东海煤矿通风系统阻力测定。
依据《矿井通风阻力测定方法》MT/T440-1995的要求, 对东海煤矿当前通风系统进行全矿井通风阻力测定。
(2) 东海煤矿通风系统现状分析。
依据通风阻力测定的结果, 绘制矿井通风网络图, 对测定数据进行处理和模拟验证, 在此基础上, 对矿井通风系统进行分析。
(3) 东海煤矿当前通风系统三维模型构建。
应用三维通风系统建模软件, 构建真实矿井三维通风系统模型。
(4) 东海煤矿当前通风系统优化研究。
通过对通风现状的分析, 提出通风系统改造方案, 进行改造方案的数值化, 模拟改造的效果, 优选确定科学、可靠的通风方案。
(5) 东海煤矿工作面热害防治通风方式研究。
通过井下热害参数的收集、测定, 构造防治热害的工作面通风方式, 对其热害防治的效果进行模拟计算, 确定合理的工作面热害防治通风方式。
1.5 技术经济指标
矿井通风阻力测定符合《矿井通风阻力测定方法》MT/T 440-1995的要求;对矿井通风系统的分析内容全面, 切合实际;提出的矿井通风系统优化方案、中远期通风方案切实可行, 模拟结果可靠;建立的三维通风系统模型符合矿井实际, 具有较强的实践应用价值。提供必要的阻力测定、三维建模、通风方案数值建模和模拟结果分析技术培训。
1.6 采用的研究试验方法
(1) 现场调研, 收集资料。
(2) 矿井通风系统阻力测定和数据处理。
(3) 通风系统基础参数模拟验证。
(4) 通风系统三维建模和通风方案模拟。
(5) 通风现状优化方案模拟、通风系统中远期方案模拟。
1.7 调研、计算
现矿井总需风量:11660m3/min。
矿井总进风量:14554m3/min。
矿井总排风量:14963m3/min。
矿井近期风量情况。
根据东海矿实际情况, 二采区只有1个普采工作面, 4个掘进工作面, 2个硐室。二采区总入风量为2182m3/min, 二采区总排2353m3/min。现三采23#层只有1个普采工作面, 3个掘进工作面, 1个硐室, 现总入2112m3/mi n, 总排风量223 9m3/mi n。五采32#层共有1个采面;4个掘进;5个硐室, 总入风量2400m3/min, 总排风量2460m3/min。现六采区进风立井已贯通总入风量5040m3/min, 六采区总排风量:5250m3/min。
矿井长远风量需求情况。
根据东海矿长远规划, 二、三、五采保持现有生产能力, 3个采煤面;1个备面;9个掘进面;6个硐室, 六采区需要2个采煤队, 32#层、34#层共计2个采面, 同时34#层设1个备面。2个均为高档普采工作面。7个掘进队, 5个硐室。则矿井总需风量如下。
(1) 按井下同时工作最多人数进行计算[1]。
式中:4为每人每分钟供给的风量, (m3/min) ;
N为井下同时作业人数;
K矿通为矿井通风系数, 取1.35。
(2) 按采掘工作面、峒室及其它地点的实际需风量的总和计算。
式中:ΣQ采、ΣQ掘、ΣQ峒为采煤、掘进、峒室需风量的总和, m3/min;
ΣQ其它为其它井巷所需风量的总和, m3/m i n;
K矿通为矿井通风系数取1.2。
根据以上公式验算, 矿井长远时期需要风量、长远时期矿井风阻特性曲线方程为:
二采区:总需风量为2300m3/min;
风阻特性曲线方程为:h=0.5Q2;
三采区:总需风量为1800m3/min;
风阻特性曲线方程为:h=0.25Q2;
五采区:总需风量为3000m3/min;
风阻特性曲线方程为:h=0.68Q2;
六采区:总需风量为5000m3/min;
风阻特性曲线方程为:h=0.26Q2。
(3) 矿井风量的供需比情况。
东海矿矿井总入风量为14554m3/min, 矿井应进风量为11660m3/min。矿井总进风量比为125%。达到了矿井备用风量系数的要求。
(4) 矿井内外部漏风情况。
东海矿井中二采区主扇内部漏风量为100m3/min, 外部漏风量为150m3/min, 内部漏风率为4.1%, 外部漏风率为5.9%。立风井主扇内部漏风风量为:300m3/min, 矿井外部漏风风量为:500m3/min, 内部漏风率为:3.25%, 外部漏风率为:5.1%。
(5) 矿井等积孔情况。
东海煤矿2台主扇供风, 二采区主扇风量为2353m3/min, 主扇水柱为90mmH2O, 二采区等积孔为1.57m2。立风井主扇风量为12610m3/min, 主扇水柱为380mmH2O, 立风井等积孔为4.09m2, 矿井联合等积孔5.18mmH2O。
1.8 矿井通风系统可靠性分析
1.8.1 矿井主扇运转稳定性分析
东海矿现主扇工况点为M1 (40.3, 80) , M2 (177.6, 390) 。现主扇叶片角度均为25度和35度, 现主扇运转稳定, 主扇均在风机稳定区内工作, 符合矿井现阶段安全生产的需求。
1.8.2 矿井各用风地点风流稳定性分析
(1) 开拓布置合理性分析。
各进、回风道布置合理, 矿井由7条入风道进风, 由3条回风道进行回风, 最后由2台主扇排至地面。矿井中各采区都有专用回风巷, 大大提高了矿井通风系统的合理性及可靠性。在建成立风井将更大的提高矿井通风系统的合理稳定性。
(2) 通风设施合理性分析。
矿井在通风设施上取消了风桥, 取消了临时性通风设施, 主要入排间风门均连锁, 并设置了风门开关传感器及风门开关语音提示装置, 同时设置反向风门, 密闭及挡风墙前设置检查箱, 按规定检查瓦斯及设备情况。倾斜巷道中未设置通风设施。
2 实践过程分析
认知教学理论[2]认为教学的主要任务在于发展学生智力, 培养学生操作、观察、符号运算和想象等技能。本次的科研实践活动正是培养了学生动手操作、亲临现场观察、实验数据运算处理和建模想象等技能。
认知教学理论的教学原则有动机原则, 结构原则, 程序原则和强化原则。动机原则是指学习取决于学生对学习的准备状态和心理倾向, 教师需要在教学中促进和调节学习者的良好心理倾向和动机。在实践活动中, 大到纵观整个煤矿的采掘工作布置, 安排下井测量的行走路线, 小到对于矿图上一点标高的查找与确定, 都是学生在教师的指导促进和调节下自主完成的。正是因为有对此次实践的充分准备和对科研的追求与向往, 才使得笔者收获良多。
结构原则是指知识具有层次结构, 它反映事物本身之间的联系或规律性。掌握知识就是学习事物是怎样相互关联的, 掌握某学科的结构, 就是掌握构成该学科的那些基本概念、原则和方法。在科研期间查找地形图、核对掘进图、修改参数、计算参数、查找标高、计算标高等过程中, 需运用所学过的AutoCAD、工程制图、计算机技术、高等数学、物理等相应基础学科知识和安全法律法规、采煤概论、通风安全学及其它专业综合知识。从而了解了各个课程之间的关联性, 掌握了安全工程专业的学科知识结构, 进一步加深了对一些基本概念、理论原则的理解。
程序原则, 即按照最佳顺序呈现教学内容。在整个科研过程中, 需要参与的实践工作很多, 每一步骤都要小心翼翼, 按照特定的程序, 不能有丝毫差错。此次科研项目的8个过程也正是呈现教学内容以及达到科研训练目的的最佳顺序, 即技术背景分析, 矿井概况, 研究目标, 研究内容, 技术经济指标, 研究实验方法, 计算与可靠性分析。
强化原则, 即通过反馈使学生知道自己学习的结果, 让学生明确自己的学习活动是否正通向已定的目标, 并不断地矫正或确定下一步的学习活动, 从而强化有效的学习。每天都要对自己当天的科研工作进行总结与汇报, 从中让我们不断地发现问题并解决问题, 同时不断调整下一步的活动与安排, 在反复中强化是本次科研实践顺利完成的关键。
认知教学理论的教学方法主张的是“发现法”。穷则变, 变则通。在实践中, 我们受益最大的是学会了如何去思考、如何去发现问题。在仔细观察、细心思考下, 我们发现很多情况下原本书本上学的那些知识在这里不能直接拿来应用, 因为在不同的环境中总会有一些当地特定的影响因素。当一种解决方案行不通时我们会去思考不能解决问题的原因, 然后再继续思考、积极主动地去尝试, 去探索。在这不断思考、不断探索的情况下我们自己的思想就受到了影响, 得到了进步。
现代教学就是建立在现代社会基础之上的教学实践活动、教学思想、教学制度和教学模式的集合体, 它是以理论为指导的具有多样综合教学模式的追求和促进个人全面发展的教学形态。现代教学是依据教学认识的基本规律采用多样综合的教学结构去实现个人全面发展的教学活动。所以科研实践能够在各种方面很大空间上锻炼我们的思考能力、创新能力和自我探索能力, 与专业相关的实践更能增加我们对自己所学专业知识的思索和融会贯通, 让我们在实践中锻炼自己、提升自己。
3 结语
本文所叙述的仅是安全工程专业科研实践中偏于应用的一类课题, 但以其为例可以得出结论。
(1) 科研实践作为一种实践方式的典型, 与一般实践不同, 不抛弃书本, 但也不依附于书本, 能够让学生切身感受到理论知识应用到实践的过程。
(2) 科研实践不同于和工人同吃住的“体验生活”形式的实践, 注重理论与生产的结合, 更符合学生毕业后的工作性质, 但也不脱离生产, 能够让学生感受到学有所用。
(3) 科研实践的过程也是学生理论知识强化的过程, 有助于发现现场出现的问题激发学生的创新精神, 不断思考, 不断探索。
摘要：实践教学是工科院校教学活动的重要组成部分, 实践创新能力培养是素质教育的重要内容。目前各大院校的安全工程专业均设有实践教学环节, 但是由于安全工程专业的特殊性, 实践地点大都具有一定的危险性, 许多实践流于形式, 学生在实践过程中也是浅尝辄止。本文首先分析了安全工程专业的性质特点和实践现状, 再举笔者亲身经历的一个科研实践的过程以及从中得到的收获和体会, 通过认知教学理论与当代教学理论分析, 得出这种科研实践的方式值得推广和应用的结论。
关键词：安全工程,科研实践,教学理论
参考文献
[1] 吴中立.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1989.
[2] Bruner, The Teaching Process, Shang-hai Normal University, Laboratory oftranslation of foreign education, Shang-hai People’s Press, 1973.布鲁纳.教学过程[M].上海师范大学外国教育研究室译, 上海人民出版社, 1973.