采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践

采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践

摘要：随着我国教育改革不断深化，我国关于采矿工程的教育紧跟改革的脚步，在虚拟仿真实验教学这一方面不断进取，取得了有目共睹的成绩。他们不断优化

升级自身资源的，建立了一支教学理念先进、科研水平一流、教学能力强大的高

质量、高素养的教学团队。同时，他们也推动着采矿工程虚拟仿真教学体系向模

块化、层次化、多元化发展。以往，学生的实验时间及教学内容都是由学校统一

安排，制定详细的计划，学生和老师按计划进行教学环节，实验仪器也是由实验

老师在实验课上统一发放，这样做给采矿工程的教学带来极大的限制，而采矿工

程虚拟仿真实验教学体系的建设，优化了教学资源的共享，使学生能够灵活选择

相关的教学实验活动，教学和实验不在局限于课堂，提高资源的利用率，同时也

提高了教学的针对性，从而加强锻炼学生的实践能力，培养学生的创新能力。

关键词：采矿工程；教学体系；虚拟仿真实验教学

随着社会的发展，我们对能源的需求越来越大，而煤矿行业在其中占了很大

一部分比重，随着许多问题的暴露，现在的煤矿行业在注重效益的同时，坚持科

学发展观，使得煤矿行业得以长期平稳的发展，而这一成果离不开大量的从事采

矿行业的优秀人才，为了保持采矿行业的活力，对于相关专业的大学生的培养尤

为重要。

一、简述采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设的必要性

目前，我国高校对采矿相关专业的教学环节与实践环节严重脱离，造成这现

象的主要原因有以下三点，第一，煤矿企业生产任务重，生产风险大，无暇与学

校合作；第二，对于学校来说，煤矿行业中进行生产的设备过于昂贵，教学成本

太高，学校无力承担；第三，煤矿行业的生产风险大，容易出现安全事故，在矿

地进行实验时，学生的人身安全无法得到有效保证。以上的种种原因使得采矿工

程专业的传统实验方式受到极大的限制，在这种情况下，采矿工程虚拟仿真实验

教学体系的建设可以解决高额的实验成本、危险的实验环境等问题，能有效促进

采矿相关专业的教学。

二、虚拟仿真实验教学平台的具体建设

采矿工程虚拟仿真教学实验平台由实验教学资源开放平台，数值模拟与仿真

实验平台和工程实训与安全培训平台构成，这种合理的模块化设置对推动整个平

台的综合效果具有重大意义。

2．1简述采矿工程实验教学资源开放平台

在采矿工程实验教学资源开发平台中，学生们可以在线观看“采矿概论”、“矿

山岩石力学”等专业相关的教学录像和其他教学资源，以多媒体的方式，便于学生学习。同时，该平台模拟仿真了矿井生产系统及装备、矿井开采方法及工艺、设

备工作原理及使用过程，灾害演变过程、矿压观测原理与测试技术。平台上丰富

的教学资源面向全体师生，可供同学们自由学习。在学生学习的同时，他们可以

手动配置、连接、调节和使用这些虚拟仿真设备，模拟真实的采矿环境，将知识

与实践相结合。该平台在校园网面向所有用户开放，学生可以自由灵活的利用平

台上丰富的资源自行开展相关学习及实验。除此之外，此虚拟仿真平台还具有相

关专业信息发布、实验数据收集整合、学生成果展示交流、成绩评定等功能。该

平台设有专人进行日常的管理及维护，确保该平台正常运行。

2．2采矿工程数值模拟与仿真实验平台

数据能向我们反映所需要信息，对于采矿工程专业，数值模拟与仿真是重要

的研究方法之一。在采矿工程数值模拟与仿真实验平台上，学生通过对相关数据

进行收集与计算，再配合相关的图像，便可以仿真模拟实际工程问题，可以在计

算机上对该问题进行逻辑推演，达到研究解决问题的目的。采矿工程数值模拟与

仿真实验平台拥有ITASCA系列FLAC、UDEC、PFC2D、FLUENT及ABQUES等多种

用于数值模拟及仿真过程的计算机软件。通过这些仿真软件，学生可以自行开展

对由于开采引起的岩层运动及矿压显现与控制、巷道支护设计采煤工作面支架选

型设计等问题进行数值模拟与仿真研究，对相关专业的学生的研究与学习具有积

极作用。同时，该平台同样设有专人进行日常的管理及维护，以保证教学实验环

节的照常进行。，

2．3采矿工程实训与安全培训平台

众所周知，煤矿行业工作环境艰苦切复杂，不稳定因素极多，对学生的人身

安全有巨大的威胁，为了顾全学生的人身安全和培养学生的动手能力，采矿工程

仿真实验教学中心利用先进的仿真模拟技术建立相应的虚拟仿真实验室。该实验

室中采用先进的交互设计，学生可以进行人机对话以测量矿压，同时，实验室还

有对煤矿行业实际生产操作时的生产设备进行仿真，便于培训学生对设备的使用，且成本较低。该平台主要用于模拟矿压实测环节，它是在物理模型的基础上，利

用虚拟现实技术模拟物理模型的运动轨迹，通过安装在物理模型上的实测仪器对

矿山压力等物理量进行测量，再将数据反馈给用户。该平台在保证同学们的安全

前提下，对学生学习生产设备操作、体验采矿流程具有积极作用。

三、采矿工程虚拟仿真实验教学中心的开放共享

为了适应不断深化的教育体制改革以及信息技术的快速发展，我们建立了采

矿工程虚拟仿真实验教学中心，中心努力促进实验教学资源在全国煤炭等矿业院

校的开放共享。目前，该中心成绩显著，建成的《采矿学》被评为国家精品资源

共享课程，实现了自主编写研发的多部实验教材及实验讲义以及虚拟仿真实验教

学平台及虚拟仿真实验项目的共享。5年来，中心积极推动国内外有关煤炭行业

的学术交流，为行业培养了大批的专业基础扎实，工程素养高，并且在实践及创

新能力较强的全面性高级技术人才。

四、采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设的意义

第一，采矿工程虚拟仿真中心的建立，为学生提供了一个安全且切合实际的

学习研究环境，弥补了矿产相关专业传统教学方式的不足。中心通过对虚拟仿真

教学资源的完善和整合，为学生提供了一个提高自我素质、培养创新能力的平台，通过先进的虚拟现实技术激发学生的学习兴趣，推动自主学习的能力的培养。

第二，全国具有12所原煤炭部所属的高等院校及其它非煤院校也在招收采矿工程专业学生，采矿工程虚拟仿真实验教学平台为其实现资源共享，并在与其他

高校相关专业师生的交流过程中起着积极的推动作用。

五、结语

总而言之，采矿工程虚拟仿真教学体系的建立有促进了高校之间的资源共享，在很大程度上解决了矿业生产环境给实验教学带来的风险以及高额的实验成本等

问题。同时，虚拟现实的应用使得物理模型可以重复利用，保护环境的同时进一

步降低成本。相信随着采矿工程虚拟仿真教学体系的不断完善、不断推广，不仅

会提高采矿相关专业的教学质量，也会为煤矿行业输送更多的优秀人才，促进煤

矿行业的健康发展。

参考文献：

[1]刘亚丰，苏莉，吴元喜，唐朝晖，张日欣，林刚，余龙江.虚拟仿真实验教