煤炭院校矿井通风综合实验平台的构建与实践

裴晓东，李增华，陈开岩，左树勋，何书建

(中国矿业大学　a.安全工程学院；b.煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏　徐州　221116)



·实验室建设与管理·

煤炭院校矿井通风综合实验平台的构建与实践

裴晓东，李增华，陈开岩，左树勋，何书建

(中国矿业大学a.安全工程学院；b.煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏徐州221116)

基于煤炭院校矿井通风类专业课程教学和创新人才培养的需要，设计、开发了一套矿井通风综合实验平台。介绍了该综合实验平台的主体框架、技术要求和基本功能，构建了具有实验项目多样化、实验装置可调化、实验系统集成化、测试手段精细化、实验模式多层次化和实验演示生动化等特点的煤矿通风综合实验平台。实践证明，综合实验平台的建设推动了理论教学与实验、实训教学的结合，增强了学生的创新能力和实践能力。

煤炭院校；实验教学；通风综合实验平台；设计开发；教学实践效果

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中，强调要提高学生的学习能力、实践能力和创新能力[1]。而高等学校的实验、实践教学对于提高学生的综合素质，激发学生的创新意识，扩展学生的创新思维，增长学生的实践技能等具有十分重要的作用，是其他任何教学形式都不能完全替代的[2-3]。

煤炭院校矿井通风类专业课程主要包括矿井通风与空气调节、矿井通风与安全以及通风与净化工程等课程。这些课程均是中国矿业大学安全技术及工程专业的主干核心课程，任务是使学生掌握煤矿井下通风与空气调节的基本理论、方法与技术；目的在于培养学生分析及解决煤矿通风问题的能力和实践动手能力。主要内容包括:矿内空气、通风动力学基础、井巷通风阻力、通风机、局部通风、风量分配与调节、采区通风、通风系统及通风设计等[4]。我们通过多年的教学和科研实践发现，由于该类课程针对煤矿井下的实际通风情况，具有实践性强、概念抽象、不易理解等特点，对于绝大部分学生来说，在学习该类课程之前仅有过一次认识实习时的下井参观经历，因此，为了更加有利于学生理解和掌握该类课程的专业知识和理论，设计和开发能够直观观察、模拟矿井实际通风和调节、测量各种通风数据的矿井通风综合实验平台，用于辅助教学和开展实验、实训教学工作是十分必要的。

1　矿井通风综合实验平台的建设目标

实验、实训教学是安全工程专业本科教学和人才培养的关键环节。作为实验、实训教学得以有效实施的载体，综合实验平台的建设已经逐渐成为安全工程专业教学改革和研究的重点。基于“面向煤炭工业安全，拓展安全科学领域，强化安全技术，突出工程实践与管理能力”的专业特色，以矿井通风与安全为主要专业方向，在教育部改善基本办学条件专项资金和安全工程省级实验教学示范中心建设项目的支持下，以矿井通风综合实验平台的构建为实践点，建设具有实验项目多样化、实验装置可调化、实验系统集成化、测试手段精细化、实验模式多层次化和实验演示生动化等特点的学科综合实验平台，使实验、实训教学与理论教学体系密切配合，并且可以整合现有的实验成果、实验资源，为学生更好地学习专业知识和培养学生的创新意识与创新能力创造实验条件[5-7]。

2　矿井通风综合实验平台的构建

本文结合煤炭院校矿井通风专业特色、课程教学内容及创新人才培养的要求，在总结多年教学和煤矿现场实践经验的基础上，设计、开发了一套矿井通风综合实验平台。该实验平台涵盖了煤炭院校矿井通风类专业课程的基础理论知识及实验教学内容，将需要在通风管网中进行的实验项目有机地结合在一起，具有功能多、综合性和开放性强、可实现“一机多用”的特点。

矿井通风综合实验平台的主体框架包括主通风机、基本通风管网、通风调节设施等，其主体框架及平面布置示意图如图1所示。其中，通风管网主体部分为直管，布置长度视实验室空间而定，宜大不宜小。在主体直管部分选择风流流场稳定段，采用透明有机玻璃材料，按照常见的井巷断面形状如圆形、半圆拱、矩形、梯形等制成。

图1　矿井通风综合实验平台的主体框架及平面布置示意图

该综合实验平台的技术要求和基本功能如下。

1)主管路与两个离心式通风机接口间的连接采用法兰盘和渐进段实现，并分别设置有隔断闸板，以使某一台离心式风机与管路系统能隔断开，另一风机独立运转。另外，系统中还设有一台轴流式通风机，用于做压入式通风实验，设置有隔断闸板。

2)离心式通风机装有反风装置，可以实现反风实验，并加设了变频器，实现可调。

3)管道中安装了整流栅，以便在管道主体部分得到风流流场稳定段。

4)管网系统右端处安装有法兰式快速接头，既可快速连接半圆形管路，形成回路；又可拆掉，敞口进风。

5)皮托管插孔的设置。在风流稳定段等间距(2 m)布置10个皮托管插孔(上下管路各5个)，用以安装皮托管测量通风管网风流的风压等参数。注意避开角联风路附近处的影响，具体布置位置如图1所示。

6)为了进行风速场测定实验，在风流稳定段等间距布置10个风速场测定断面。半圆拱形管道(E-E断面)从下部打6个测点孔，矩形管道(F-F断面)从上部打6个测点孔，测点孔用橡胶圈密封，不得漏气。

7)调节窗1:用以调节圆形角联风路的风阻，以实现两台风机联合运转稳定性试验。

8)调节窗2:分别设置在半圆拱形角联风路前后段，用以实现局部风阻的测定。

9)管路材料采用透明有机玻璃，便于学生观察实验现象。由于管路系统长度较短(仅13.2 m)，所以管路系统的内表面要人为的粗糙化，以便增加摩擦阻力系数，便于实现管道通风阻力测定等实验内容。

3　教学实践效果

构建完成的矿井通风综合实验平台如图2所示。

本文在近两年的实验教学实践中，基于该综合实验平台构建了“必修实验—选修实验—研究性创新实验”3个不同层次的矿井通风实验教学新体系，并连续3年获得中国矿业大学实验室开放基金项目资助，初步实现了该综合实验平台面向全校各个专业学生以及煤矿企业通风技术培训人员的全开放。在教学实践中，基于该综合实验平台开设的实验项目见表1。

图2　矿井通风综合实验平台实物图

表1　基于矿井通风综合实验平台开设的有关实验项目信息

4　结束语

实践证明，该综合实验平台的成功构建，有助于煤炭院校矿井通风类专业理论课程的课堂教学与实验、实训教学工作的相辅相成，也能应用于煤矿通风技术人员的技术培训工作。同时，也为学生更好地学习专业知识和培养学生的创新意识与创新能力创造了良好的实验平台条件。这也为改革安全工程专业创新人才培养模式做出了有益的尝试。

[1]国务院.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[EB/OL].(2010-07-29).http://www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm.

[2]杜月林.构建多层次全方位实验平台体系培养高素质创新型人才[J].实验室研究与探索，2013，32(3):202-204.

[3]梁宏.搭建实验实践一体化平台，深化实验实践教学改革[J].实验技术与管理，2013，30(5):1-4.

[4]王德明.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社，2012.

[5]王伟，赵宪忠，郭小农，等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[J].高等建筑教育，2009，18(2):102-104.

[6]周福宝，李增华，王德明，等.安全工程本科专业建设与发展的新模式[J].煤炭高等教育，2009，27(2):104-106.

[7]杨永良，李增华，候世松，等.构建安全工程专业创新人才实验培养模式[J].实验科学与技术，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

中国矿业大学教育教学改革与建设项目(2015QN48)；江苏高校品牌专业建设工程资助(PPZY2015A055)；中国矿业大学课程建设与教学改革项目(2001262)；江苏高校优势学科建设工程项目(苏政办发[2014]37号)；江苏省省级实验教学示范中心建设项目(苏教高[2011]24号)。

裴晓东(1981-)，男，博士生，讲师，主要从事安全科学与工程方面的教学与科研工作。

TD72

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.056