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浅谈矿业工程实训中心仿真模拟技术实践

作者:admin 更新时间:2018年01月23日 08:48:36

  摘要:本文对我校矿业工程仿真模拟实验室的现状进行了全面的分析,总结了目前存在的问题,并从加强实验室软硬件投入、提高矿井现代化程度、井下大型设备仪器自主更新等方面对实训中心的仿真模拟建设提出可行性建议。


  关键词:工程实训仿真模拟建设


  中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1672-3791(2015)06(a)-0000-00


  1工程仿真模拟技术的发展现状


  工程仿真模拟技术是国内外许多工程和基础研究领域广泛采用的技术,具有建设投资少、建设周期短、见效快,易于考虑多种因素的综合作用等优点,可减少投资风险以避免造成人力、资金的浪费。仿真技术已广泛地应用于航天、航空、电力、化工、交通、军事、经济、医学、建筑、制造等领域的研究、设计、训练和开发。


  2矿业实训中心仿真模拟实验室建设现状及存在问题


  实践能力培养是高校人才培养的重要目标,很大程度上,学生实践能力的锻炼与提高是在实验室中完成的,实验室在培养高素质、应用型人才过程中发挥着举足轻重的作用,这就对高校相关专业的实验室建设提出了更高的要求。合理的硬件投入是高校实验室建设的一大特点。随着工程仿真持术的出现和日益完善,高校工程仿真模拟实验技术的建设也有了一个长足的发展。尤其是近几年来,许多高校在仿真模拟技术方面、包括仿真软件方面有了进一步的投入,建设效果显著。我校矿业工程综合实训中心经过几年的建设,取得了较好的效果。2009年被批准为省级实验教学示范中心。其最大的教学特色是在校内建有真实的实习模拟矿井,为矿业类学科本、专科生的认识实习、各种专业课程实验提供了优良的现场环境。在当前煤炭生产特殊作业环境与安全环境条件下,煤炭企业不愿接受矿业类专业学生到现场实习,既使是有些企业接受了实习学生,也很少安排学生到实际工作岗位上进行实习,学生在实习单位无所事事,教学效果、现场动手操作时间难以保证。以我校教学矿井为主体建立的矿业工程综合实训中心,不受实际生产条件和环境的限制,只要实习条件满足要求,学校可根据实践教学需要灵活安排,有效、方便地解决煤炭主体专业实践教学困难这一瓶颈,且费用低。另外,校内教学矿井面向全校理、工、经、管等学科门类学生开放,为各个专业学生提供多种选择,使每位学生在不同层次上认识煤矿生产主要流程和涉及的关键技术。


  矿业工程综合实训中心拥有独特的校内实习矿井和多个功能实验室,如通风、掘进、支护等实验室,近年来硬件条件已具备较大规模,但仿真模拟技术应用发展较落后,还需进一步建设,使学生在教学矿井不仅有真实的体现,而且还可进行一些工程技术的仿真模拟操作,实虚结合,将会收到更好的实践效果,便于学生对所学知识的全面掌握。


  3进一步建设的模拟仿真的内容


  面向矿山生产、整合矿山科技资源和现代模拟仿真技术,构建一个支撑服务于矿业理论基础研究、技术研发创新、技术服务和推广的矿山仿真模拟平台,是中心建设的目标。工程模拟仿真的建设形式可以考虑工程实物模型、模拟仿真软件等。基于此,在工程仿真模拟环节重点思考和规划以下几方面的建设:


  3.1加大矿业类仿真模型硬件设备投入


  按一定比例缩小的实体模型是实现仿真模拟教学的一种重要手段,在矿业中心已有采煤实体模型库的基础上,应进一步加强建设,增加采矿模型的种类和数量,并对已有采矿模型进行分类整合,配备矿井开拓实物模型、延深实物模型,开拓实物包括立井开拓、斜井开拓、平硐开拓等实物模型。


  3.2加强仿真模拟软件的研发与建设


  进一步建设3D动画教学模型库,制作矿井开拓及延深三维模型,三维开拓模拟包括立井开拓、斜井开拓、平硐开拓等三维模型,模型中能够反映不同开拓形式井筒结构差异、内部设施差异;完善模型课件,及时应用到实习、实训课程;研究开发采区上下山开采期间的生产系统三维模型图片,使其能反映出煤矿巷道中设备布置的情况,并能直观反映出上山采区和下山采区各自的运煤及通过路线;绘制采煤工作面设备配置图,包括主要机械,如采煤机、刮板输送机及各类支架的控制配置,达到全面反映三机配套关系。


  在煤矿开采学课程实习中加强对巷道布置三维动态模型的开发构建,进行煤矿中巷道布置的空间绘制、巷道以及各主要工作面中关键场所内设备的三维构建和动画制作以及三维动画在教学课件中的交互式操作及演示问题的研究和开发,学生通过全方位的三维动态模型熟练掌握巷道布置各向视图,达到全面掌握煤矿开采技术的教学目标。


  开发矿山安全经济投入优化与产出效益动态模拟软件。以矿区安全设备设施,安全人力资源配备,安全管理培训等为依据和模型,研究安全人员配备比、教育培训的形式和频率、安全应急设施布置优化技术与方法等,研究满足安全度的最优经济投人,同时,研究安全度与安全效益的评价方法。


  3.3提高矿井现代化程度


  矿业中心教学矿井在原有的模拟仿真建设规模的基础上,应进一步加强地上总调度室及采掘、提升等主要系统的建设,全面展示了现代化矿井的构成。建设的教学矿井综合自动化系统充分利用矿井现有地面工业广场、井下模拟巷道及各种设备,计划建设为模拟现代化工矿企业控制平台的综合自动化系统,系统硬件全部采用工业现场实际设备,自主设计和集成,达到如同亲临工业现场的效果。


  3.4井下大型设备仪器自主更新


  拟设计对采煤机滚筒进行改造,一方面减小滚筒直径,另一方面用更加轻型的材质替换原有笨重的采煤机滚筒钢材,以便用较小的功率便能带动采煤机的传动轴并带动轻型滚筒的旋转,在不影响校区正常教学生活用电的前提下模拟井下采煤机割煤工序。原有巷道掘进凿岩机具基础上,需购置相关的锚杆、锚索等主要消耗性支护材料若干,学生可实际操作。实现“采、掘”运转生产,让整个矿井“动”起来,更加真实的模拟实际生产矿井环境,扩展矿井的实习功能,起到投入少、见效快,事半功倍的效果。


  结语


  矿业工程仿真模拟技术是实现矿业工程技术计算机化、信息化、智能化和自动化的关键技术与核心技术,高校实验室在这方面的研究和应用仍处在初级阶段,与国际先进水平还有一定差距,有专业和学科优势的高校应该看到其建设对培养高素质应用型人才的巨大前景,加强矿业工程仿真模拟技术的建设与研究,系统地、全面地研究开发计算机辅助系统集成化软件平台,促进我国矿业学科教育方式的发展及创新,为为培养煤炭优秀人才做出更大的贡献。


  作者:李楠

    参考文献: 

  1.陈建宏,矿山安全仿真模拟平台建设关键技术[J],矿业研究与开发2006.11 

  2.王卫国,虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J],实验室研究与探索2013.12