矿业类“一流专业”建设探索与实践——以太原理工大学矿业工程学院为例

“双一流”建设背景下,太原理工大学矿业工程学院以创新性复合型人才培养为目标、以能力需求为导向、以协同共建为路径,面向矿业类专业从创新人才培养模式、加强课程与教学模式改革、健全师资培养和管理制度、完善产学研实践条件、加强国际交流与合作培养、深化教学管理与质量保证体系等方面着手,实施了全面系统的矿业类“一流专业”建设与实践,并取得了较为显著的成效,可为同类院校“一流专业”建设提供经验和借鉴。

新生入学教育改革初探——以太原理工大学“新生导航”在线课程为例

新生入学教育是高校教育教学活动的重要组成部分,其工作质量关系到能否使新生以最短的时间、最佳的方式、最好的效果来适应高等教育的节奏,完成中学生活向大学生活的过渡,关系到学校优化育人环境,建立良好学风、校风,使学生德、智、体全面发展的问题。目前,各高校在人才培养计划中都把新生入学教育摆在重要位置。面对"00后"大学生思想活跃、自我意识强的新特点,太原理工大学对新生入学教育内容进行了改革与创新。

低渗透性煤层注水数值模拟与工程应用

基于Comsol Multiphysics 5.4模拟软件对不同煤体特征参数与注水工艺参数对低渗透性煤体的力学特性和湿润效果的影响规律进行模拟分析,并将模拟结果应用于工程实际。模拟结果显示,注水压力越大,距钻孔距离越小,孔隙压力就越大,三者之间存在一定数学关系,注水压力对湿润半径呈指数式增长趋势;注水孔长度对湿润效果基本无影响;而孔隙度越大,煤体孔隙压力越小,煤体钻孔水质量流量和湿润半径越大,一定范围内煤体更加湿润。应用结果表明,采用数值模拟对湿润半径进行预测可以对工程现场低渗透性煤层的注水工艺参数设计提供引导。现场应用发现煤体的湿润性及工作面的降尘效果显著,对粉尘的产生及控制均起到积极影响,有效改善了井下工作环境。

矿业工程类立体化教材建设与梯队式毕业设计理念的构建

教育信息化时代,随着我国教学改革的深入和现代教育技术的发展,以及社会发展对人才需求质量的不断提高,高等教育的人才培养模式和教学模式正面临着新的机遇和挑战。本文以矿业工程类立体化教材建设为例,通过多样性教学资源的合理分配与多种教学手段的综合应用,获取提高教学质量的有效途径。此外,借助构建博士、硕士、学士梯队式毕业设计团队,为高校教学理念和人才培养计划开辟了新方案和新思路,以实现培养具有综合能力复合型人才的目标。

国产遥感软件赋能测绘工程专业课程教学改革研究

针对测绘工程专业课程教学中对地观测技术及国产遥感软件系统化应用与实践不足的问题,依托国产对地观测数据和国产遥感软件,从教学改革的必要性出发,提出建设实践教学案例库,打造线上线下混合式教学模式,促使测绘工程专业教学中测绘新技术与国产遥感软件得到更广泛的应用,从而为遥感与地理信息产品全面国产化替代培养高层次储备人才。

提高矿业工程类本科生弹性力学教学质量的途径

弹性力学作为一门基础课，在理工科院校许多专业开设，我校矿业工程类的采矿工程、地下工程结构、工程地质等专业也都很重视这门课的教学。但是，由于该课程内容上存在一定难度，学生反映难学、压力大，课堂上能听懂老师讲课，课后做作业却感到无从下手。针对学生学习上的诸多困难及学习积极性低的状况，笔者对教学方法进行了多方面的探讨及改进，并取得了较好的效果。下面是本人对多年来弹性力学教学体会和经验的总结，供各位老师和同仁参考。

能力素养下提高大学生毕业设计教学质量的措施

本文以太原理工大学采矿工程专业为例,探究了有效提高大学生毕业设计教学质量的主要途径,促进大学生技能和能力的提升、个人素养的塑造、实践与创新能力的培养,保证大学生毕业设计教学环节的良性循环,推动“双一流”的建设。

“互联网+”背景下采矿工程专业创新卓越工程人才培养模式

在“互联网+教育”大环境下,“十九大”精神引领下,以提高教育质量为核心,以师资队伍建设为根本,以培养创新卓业工程师为目标,充分发挥互联网的优势,构建“互联网+高等教育”教育新模式,从卓越工程教育理念、“互联网+”教材、“互联网+”实践等九个方面出发,分析“互联网+”背景下采矿工程专业创新卓越工程人才的培养模式,以期为国内其他高校采矿工程卓越工程人才、创新创业人才的培养提供借鉴。

矿业系统工程在我国的应用及发展

矿业系统工程是系统工程的分支,系统工程作为一门新兴学科发展迅速,将其与矿业结合可促使矿业研究得到进一步发展。我国矿业系统工程正处于发展阶段,将系统工程的相关原理及计算机技术相结合,在众多煤矿企业中应用,取得了良好的效果,而通过在矿业系统工程中的实际应用,也使得系统工程理论得到更好的发展。

昆士兰大学《岩浆岩与变质岩》地质矿业课程教学特点与启示

基于笔者在昆士兰大学以及太原理工大学学习或讲授“岩浆岩与变质岩”地质矿业课程的经历,介绍了地质矿业课程的教学内容、形式、课后实践安排等方面的特点,在此基础上,讨论和总结了地质矿业课程设置对教学的启示,旨在通过对比分析、完善太原理工大学的该系的系列课程教学改革,并认为国内矿业类相关院校从事该课程教学的同行可以从中借鉴先进教育理念,共同推进国内工科高等院校岩石学地质矿业课程教学的改革与进步。

交通强国背景下校企合作实践教学体系探究——以道路桥梁与渡河工程专业为例

交通强国背景下,文章针对道路桥梁与渡河工程专业(简称道桥专业)实践教学环节存在的实习内容形式较少、校企合作模式单一等问题,以太原理工大学道桥专业为例,提出了长期实习和短期集中实习相结合的全过程本科实践教学改革新举措。长期实习致力于对企业实际项目需求进行从设计到校核的全流程设计方案产出,短期集中实习是长期实习的有效补充。通过改革可建立一套与社会发展相适应的道桥专业本科实践教学体系,切实提高学生的综合创新实践能力。

再论负煤柱巷顶沿空掘巷合理位置及其围岩主动控制原理

负煤柱工作面采空区弧形底板下方的巷顶沿空掘巷长期惯用架棚被动支护,劳动强度大、成本高、成巷慢,限制了该技术的推广和升级。为此,在大量前人相关研究基础上,以开滦集团唐山矿负煤柱开采实践为背景,采用现场实测、理论分析和数值模拟,重新分析论述了负煤柱巷顶沿空掘巷合理位置及其围岩主动控制原理。结果表明:(1)负煤柱工作面来压强度表现出中部最大、上部次之、下部最小的非对称分布的倾向分区特征,采空区矸石呈现出下部充实、中部充满、上部悬空的非对称堆积形态,下部充实区显著缓解了支承压力影响,为弧形底板创造了良好的应力环境优势。(2)揭示了负煤柱工作面弧形底板下巷顶沿空掘巷内错距离不同时围岩破坏区与弧形底板破坏区的联通规律,巷顶煤体较薄时,巷顶易产生裂隙并不断与其上采空区底板裂隙沟通导致巷道顶板失稳。(3)最佳布巷位置位于上区段弧形底板正下方,既可保留足够顶煤用于锚杆索支护,又可避开上区段采空区左侧应力集中区及应力变化剧烈区。(4)给出了基于自稳隐形拱理论的巷顶沿空掘巷主动支护设计原理,推导了巷顶沿空掘巷的自稳隐形拱表达式,揭示了该自稳隐形拱的非对称特征,最大拱高位于巷道中轴线偏左0.1 m处。研究可为负煤柱沿空掘巷围岩控制提供理论支持和科学依据。

测绘类本科生参与科技竞赛现状分析及对教学的指导作用——以太原理工大学为例

科技竞赛是培养学生创新能力的有效载体,然而,目前的研究较少从竞赛主体的视角探讨如何更有效地开展学生竞赛,更好地发挥竞赛的作用。该文通过问卷调查的方法,分析太原理工大学测绘类学生参与科技竞赛的现状。基于竞赛主体视角数据,深入分析学生参加科技竞赛存在的问题,并从竞赛宣传、教师指导、团队构建、心理辅导和日常教学等方面讨论如何更有效地开展科技竞赛,以提高学生的创新能力。

矿业类专业虚拟仿真实验一流课程创新与实践

2020年,“矿山岩层移动及控制”虚拟仿真实验获批国家虚拟仿真实验一流课程,课程响应国家“能实不虚,虚实结合”实验建设的指导方针,将信息技术与采矿实验教学有机融合。课程开创了线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式,将基于网络的虚拟教学与基于实践的课堂教学深度融合,激发了学生的实验兴趣,提升了学生的实践能力和创新能力,实践教学效果良好,为矿业类专业一流课程建设提供了新思路,同时可推广到其他矿业类高校,实现资源共享。

煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

传统井下煤矸石需运输至地面处理,不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染,而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井,从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗,实现煤炭的绿色低碳智能开采,回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展,并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势,提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法,详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理,以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石,预防煤岩动力灾害,提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统,并探讨了各子系统间的新环逻辑关系,以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石,提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统,并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井,并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

杨涧煤矿陷落柱探查治理技术研究及工程应用

杨涧煤矿90102工作面底板隔水层厚度约50 m,底板奥灰水压约1.3 MPa,工作面揭露5个陷落柱,先后出现顶板淋水、底板涌水、底鼓等现象,为确保工作面安全开采,提出了陷落柱探查-导水性研究-注浆堵截的陷落柱防治技术理论体系。在充分分析研究区水文地质条件、排查水害隐患的基础上,采用瞬变电磁探测技术、三维地震动态解释技术对含水层富水性、断层及陷落柱等构造的富水性、导水性质进行探测研究,同时以带压开采研究为突破口,开展矿井注浆加固底板及封堵突水通道技术应用研究。该研究对完善矿井防治水体系,严防矿井水害发生、确保矿井的安全生产,对平朔矿区华北型煤田构造探查治理工作具有重要的借鉴意义。

基于离散元法的类岩石材料水力压裂裂缝扩展规律

水力压裂是煤矿井下卸压的重要技术手段,更好地理解裂缝扩展机理对煤层安全开采具有重要意义。为深入探究水力裂缝扩展规律,针对实验室常用的类岩石试件,利用颗粒离散元数值模拟软件MatDEM,建立了二维水力压裂数值模型,开展了不同注液压力增量的水力压裂试验。试验研究了注液压力增量对水力裂缝扩展的影响,揭示了模型起裂机理,从细观尺度分析了裂隙生成及裂缝扩展规律,并对水力裂缝扩展特性进行了讨论。结果表明:①注液压力增量对模型起裂压力与起裂时间变化趋势的影响相反。起裂压力随注液压力增量变大,其增长趋势不断变缓,并逐渐趋近于5.6 MPa。起裂时间随注液压力增量变大不断减小,其减小趋势同样逐渐减缓。②累计裂隙数目随时间呈指数型增长,将水力压裂过程分为4个阶段(Ⅰ~Ⅳ):无裂隙阶段、裂隙缓慢增长阶段、裂隙稳定增长阶段和裂隙急速增长阶段,分别对应模型起裂前、模型起裂后裂缝形成前、主裂缝扩展以及次级裂缝扩展过程。随注液压力增量变大,第Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ阶段时长不断减小,第Ⅳ阶段时长呈波动式增长。各阶段裂隙数目关系为第Ⅳ阶段最多,第Ⅲ阶段次之、第Ⅱ阶段最少。③随注液压力增量变大,次级裂缝数目由8条增至16条,裂缝增长速度在第Ⅲ阶段以前逐渐减慢,进入第Ⅳ阶段后不断增快。注液压力增量由0.03 MPa增大至0.70 MPa,裂缝最终长度增大1.79倍。④模型内部能量随注液压力增量的变大而增加,且能量输入速度逐渐变快。模型起裂后,高压水在裂缝尖端形成应力集中,促使裂缝继续扩展延伸。较高注液压力增量下,裂缝扩展速度变快,颗粒位移量由压裂孔至模型外侧逐渐减小。注液压力增量的变大会使次级裂缝形成位置向压裂孔靠近,对主裂缝的形成及扩展起抑制作用,而对次级裂缝的形成及扩展起促进作用,裂隙类型均为张拉裂隙。

原位微区分析华北典型富锂煤中关键金属赋存规律

煤是特殊的沉积有机岩石,在其形成过程的特定地质条件下,可以富集战略性金属,并在煤系中形成大型或超大型金属矿床。目前已经在华北聚煤区多处煤田发现煤系锂矿化现象,为了查明锂的载体及其赋存规律,本文在矿物组成分析的基础上,采用微区原位分析的方法研究了不同矿物和显微组分中关键金属的赋存特征,为煤系关键金属的富集成因和勘查提供了新的思路。研究结果表明:高岭石是煤中锂的最重要载体,表现为Li-Ga、Li-Zr-Nb-Hf-Ta和Li-Y-Sr不同的元素组合特征,分别代表碎屑物源控制型、火山灰输入型和流体活动参与型三种不同的关键金属富集成因类型。镜质结构体中富集Zr-Hf-Th元素组合,胶质结构体表现为轻度的Li富集;脉状含钠黏土矿物富集Ga-Ba-Tl,脉状磷灰石表现为Ba-Sr-Y富集特征,这些脉体矿物元素的富集是成煤后期流体活动的产物。

电气工程自动化中智能化技术分析

目前,人们对能源的需求量逐渐增多,且对能源供给提出了更高标准。在现代化建设的大环境下,自动化、智能化技术的应用更具普遍性,已在诸多领域获得了认可与应用。因此,应努力实现电气自动化工程与智能化技术的高效融合,促进能源领域的发展。

综采液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统

我国煤矿智能化综采工作面建设处于初级阶段,液压支架电液控自动化技术已广泛应用,但目前液压支架单一固化的自动化控制逻辑难以适应复杂、多变、动态的工作面生产场景,现场实际控制过程仍大多采用自动化+人工干预方式。针对综采工作面复杂场景中液压支架人机交互协作任务需求,提出液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统的理论方法与技术原理。首先,设计了人工式、分工式、批准式、否决式4种人机协同模态,以煤层地质、瓦斯粉尘、采煤机速度、液压支架智能水平、系统状态、岗位工技术水平、任务负荷等为判别因素,构建了基于AOG的液压支架人机协同模态选择模型,实现了人工、机器偏好的模态选择。然后,设计了液压支架中部跟机人机协同控制决策机制,提出液压支架中部跟机再次调控策略AI推理技术思路,利用现场数据学习人工操作经验,分别构建了液压支架是否再次调控决策树分类模型和再次拉架时间贝叶斯回归模型,基于上述模型开发了液压支架人机协同控制决策程序,实现了基于多模态与或推理和再次调控策略AI推理的液压支架人机协同控制。最后,采用云-边-端架构软硬件技术,开发了液压支架多模态人机协同控制系统,实现了模型进化、运算推理、程序执行等液压支架多模态人机协同控制功能。该系统在沙曲二矿3404工作面进行了工业试运行,相比于系统使用前,该工作面液压支架中部跟机效率平均提高2%。