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工程力學教學中采礦工程實例的運用論文
摘 要：探討了工程力學課程的特點，基于工程力學“力學”理論與“工程”實踐兼而有之的本質(zhì)特性，分析了采礦工程中的頂板穩(wěn)定性、中深孔采礦技術(shù)、膠結(jié)充填開采三個典型案例力學建模實例，研究了采礦工程案例在工程力學課程教學中的運用。實踐表明，采礦工程案例與工程力學課堂教學的結(jié)合，激發(fā)了學生學習的興趣和熱情，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力，取得了良好的效果。
關(guān)鍵詞：工程力學；采礦工程；案例教學。
工程力學是一門廣泛應用于各類工程領域的技術(shù)基礎課，是現(xiàn)代工程技術(shù)的基礎理論，也是機械、汽車、材料、紡織、車輛工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課。 工程力學包括理論力學部分和材料力學部分，工程力學課程關(guān)乎學生知識體系的構(gòu)建和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，學好工程力學可以為后續(xù)課程的學習打下堅實的基礎。
課堂是知識學習的主陣地，為了提高工程力學課程課堂教學效果，訓練學生力學專業(yè)素養(yǎng)和運用所學力學知識解決工程問題的能力，進而為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力提供條件，國內(nèi)眾多研究者從工程力學教學的手段、方法、理念等方面進行了多角度探索和實踐。 如劉巍[1]對工程力學教材的建設方面提出了幾點建議，鄒良浩和蔣寅軍[2]探討了 PPT（Pow-erPoint Teaching）在工程力學專業(yè)相關(guān)課程教學中的應用。小班多組學生的合作教學法[3]. 以力學競賽為切入點的課堂教學實踐[4]、問題式教學法[5]、案例教學法[6-7]、依托網(wǎng)絡數(shù)字化資源的微課[8]和 MOOC（Massive Open Online Course）[9]等教學方法或模式。
工程力學的學科內(nèi)在形態(tài)[10]決定了 “力學”與“工程”的相伴而生，吳守軍和閆寧霞[11]認為將工程實際問題引入課堂可以保持知識與時俱進的先進性，為此，文章探索將煤礦開采問題作為實現(xiàn)工程力學的“力學”理論與“工程”實踐相結(jié)合的重要橋梁紐帶，也是將書本力學知識與工程實踐相結(jié)合的有效途徑。 同時，工程力學作為煤礦開采科學的重要應用領域， 關(guān)系到國家能源的安全高效環(huán)保問題，因此很有必要讓學生了解到最新的科學研究成果。
面對目前工程力學課程學時壓縮、 內(nèi)容精簡、要求提高等難題，為了保證良好的教學效果，必須著力改善教學內(nèi)容和方法，促使學生做到“課堂有興趣、學習有收獲、知識學扎實”,最終達到對知識學以致用、融會貫通的目的。 工程案例教學要求教師能夠?qū)崿F(xiàn)自身知識更新、 掌握最新前沿研究成果， 注重優(yōu)化工程力學課程內(nèi)容與教學過程設計，將案例很好地引入到課堂教學中，注重學生應用研究能力的培養(yǎng)， 有助于學生創(chuàng)新思維的形成與鍛煉。
1 工程案例教學法。
工程力學課程理論性較強， 學生學習難度大，為了提高學生對課程學習的興趣[12],可采用工程案例教學方法，以解決工程實際問題為主線。 這種帶著問題和興趣教學的方法具有良好的教學效果，所以，工程案例教學法是解決當前工程力學教與學矛盾的有力措施。
多數(shù)工程實踐案例并非單一知識點的應用，更多的是多知識點的綜合交叉融合。 工程實例不僅讓學生更深入理解所學知識，達到綜合運用、融會貫通、舉一反三的目的，還能在解決實際問題的過程中提高課程學習興趣和學習信心，實踐性和趣味性兼而有之，能使學生深刻體會到“每所學，必有用”
的哲理，切身體會到課堂所學力學知識的應用價值所在，激發(fā)學生學習的主觀能動性，有助于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和科研創(chuàng)新的積極性，提升教學質(zhì)量， 增強學生在未來工作崗位的預見性和適應性。 同時，教師通過課堂教學與最新科學研究成果的結(jié)合，達到了教學相長的目的。
2 采礦工程教學案例。
文章以井工采礦工程中的頂板穩(wěn)定性力學問題、中深孔采礦技術(shù)力學問題和膠結(jié)充填開采方法頂板力學問題這三個具體問題為分析對象，依據(jù)各具體問題抽象出與其對應的力學模型。 課堂上先對產(chǎn)生每種力學問題的工程背景進行介紹，之后再考慮其力學本質(zhì)，進而抽象出力學模型。
2.1 頂煤穩(wěn)定性分析。
對井工煤礦開采條件下綜放沿空掘巷上覆巖層（文獻[13]圖 1）而言，為了抓住巷道頂煤的力學本質(zhì)特征可以抽象出其對應的模型（文獻[13]圖 2）。 受煤柱兩側(cè)破裂區(qū)的影響，兩側(cè)破裂區(qū)處于接近貫通或貫通狀態(tài)， 因此將覆巖右側(cè)視為活動鉸鏈約束B,對上覆巖體具有豎直向上的支撐反力；左側(cè)視為固定端約束 A,對上覆巖體同時具有力和力偶的作用；q 為上覆巖層均布荷載。
2.2 中深孔采礦分析。
針對中深孔薄礦體開采工藝（文獻[14]圖 1），直接頂板不能作為力的傳遞介質(zhì)，基本頂板能夠保持力的傳遞性，直接頂板和基本頂板共同構(gòu)成了采場頂板。 因此，深孔開采力學模型簡化力學模型圖（文獻[14]圖 2）中 h 為頂板厚度，跨度為 2l,頂板所受到的均布荷載大小為 q.
2.3 膠結(jié)充填開采分析。
膠體充填采礦技術(shù)可以有效利用充填材料、支架（柱）對頂板的支撐力，減輕了工作面災害和地表沉陷。 采空區(qū)中充填材料起始時間 7 d 內(nèi)強度上升較快， 之后充填材料強度緩慢增長，28 d 后強度恒定， 故將充填區(qū)劃分為 B 區(qū) （強度快速增長區(qū)）、C區(qū)（強度緩慢增長區(qū)）和 D 區(qū)（強度恒定區(qū)），D 區(qū)充填體能完全支撐原巖應力。 忽略膠體充入前頂板下沉量，充填體接頂良好時的采場力學模型及其受力分析見文獻[15]圖 1 和文獻[15]圖 2 所示。 其中，h 為煤層頂板厚度，H-h 為上覆巖層厚度， 位置 E 處充填體能完全抵抗上覆巖層荷載，a 為支柱（架）作用寬度，b 為 B 區(qū)寬度，c 為 C 區(qū)起始位置至 E 位置的寬度，R1為巖梁左端支座反力、R2為巖梁右側(cè)支座反力，M1 為巖梁左側(cè)支座彎矩，M2為巖梁左側(cè)支座彎矩，q 為上覆巖層對巖梁產(chǎn)生的均布荷載，q1為支柱（架）對巖梁的均布支撐力，q2為 B 區(qū)充填體產(chǎn)生的最大支撐力，q3為 E 位置的支撐力。
3 結(jié)語。
1）對上述典型的采礦工程案例抽象出力學模型后，綜合運用工程力學靜力學、幾何學和物理學三方面條件進行分析求解。
2）工程案例教學體現(xiàn)了學為主體，教師學習教授最新科研成果， 通過對采礦工程案例的分析，抽象出工程力學模型， 再聯(lián)系課程基本理論與方法，鍛煉了學生運用工程力學知識解決實際問題的能力。
3）通過對文中采礦工程案例的引入，加深了工程力學知識的理解和運用，使學生不僅了解了采礦行業(yè)相關(guān)知識， 而且發(fā)揮了學生自主學習的熱情，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新思維能力，為今后的崗位工作打下來基礎，取得了良好的效果。
參考文獻：
[1] 劉巍。關(guān)于工程力學課程教材建設的若干思考[J].力學與實踐，2010（5）：96- 97.
[2] 鄒良浩，蔣寅軍。關(guān)于 PPT 在工程力學專業(yè)相關(guān)課程教學應用的探討[J].教育教學論壇， 2016（24）：264- 265.
[3] 李穎，郭書祥，姚宏，等《。工程力學》課堂教學采用合作教學法的探索和實踐[J].科技創(chuàng)新導報，2016（2）：117- 118.
[4] 劉燕，楊少紅，胡明勇，等。以力學競賽促進工程力學課程教學改革探討[J].高等建筑教育，2016（2）：57- 60.
[5] 許衛(wèi)群。問題式教學法在工程力學教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2015（35）：148- 149.
[6] 秦琳晶，楊秀麗，黃鳳曉，等。案例教學在工程力學教學中的應用[J].高師理科學刊，2015（7）：94.
[7] 徐文毅。案例教學法在工程力學課程中的應用---提高某廠房吊車梁彎曲強度的方案[J].武警學院學報， 2016（1）：57- 61.
[8] 夏冬生，于彥，朱公志，等。工程力學微課設計和制作的探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016（1）：73- 76.
[9] 謝燕，申志彬，李道奎�！肮こ塘W”MOOC 建設淺析[J].工業(yè)和信息化教育，2015（6）：60- 62.
[10] 龔怡祖。學科的內(nèi)在建構(gòu)路徑與知識運行機制[J].教育研究， 2013（9）：12- 24.
[11] 吳守軍，閆寧霞。當前本科工程力學教學改革的幾點探索[J].高教學刊，2015（21）：42- 43.
[12] 彭錫美。論調(diào)動學生學習《工程力學》興趣之我見[J].長春教育學院學報，2013（3）：136- 137.
[13] 梅星，何富連。綜放沿空掘巷頂煤穩(wěn)定性及不對稱支護[J].煤礦開采，2016（1）：59- 62.
[14] 付建新，宋衛(wèi)東，杜建華，等。中深孔開采急傾斜薄礦體采場頂板力學模型及圍巖擾動規(guī)律研究[J].巖石力學與工程學報， 2014（S1）：3277- 3283.
[15] 李石林，馮濤，朱卓慧。“煤體 - 支柱（架）- 膠結(jié)體”聯(lián)合作用下頂板超靜定梁模型[J].煤炭學報，2013（10）：1735-1741.
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