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煤矿开采虚拟仿真实验教学中心简介

河南理工大学是一所省部共建具有博士学位授予权和地矿、安全特色鲜明的多科性大学。在百年办学历史过程中,为中南五省以及华北、西北地区煤炭工业发展输送大批高级专门人才,成为煤炭工业重要人才培养基地。

一、建设概况

河南理工大学煤矿开采虚拟仿真实验教学中心,依托安全工程国家级实验教学示范中心,发挥采矿工程、安全工程国家级教学团队、特色专业优势,以培养学生工程实践能力和创新能力为目标,坚持自主研发和科研成果转化,集聚校内、校企实验教学资源,开发高度仿真的煤矿开采虚拟实验系统,构建涵盖采矿工程、安全工程、地质工程、机电工程等煤矿开采相关专业的虚拟仿真实验教学平台,实现优质实验教学资源高度共享;打造一支集研究开发、实验教学和成果转化于一体的高水平师资队伍;建成“地矿”特色鲜明、示范效果显著的虚拟仿真实验教学中心,有效保障了人才培养质量的不断提高。2013年被评为河南省虚拟仿真实验教学中心。

中心实验面积3280㎡,仪器设备1570台件,总价值5500万元。面向校内21个专业及校外煤炭企业从业人员,开设16门实验课程180个实验项目,年受益本科生5000余人,年均达3.5万实验人时数。

二、虚拟仿真实验教学资源

中心根据煤矿开采相关专业实验教学特点,适应实验教学需要,集聚校内及合作企业的相关资源,综合运用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,建设网络虚拟仿真和虚实结合仿真两类实验教学资源,开发采矿、安全、地质、机电4个专业实验模块,1个校内共享基础实验模块和1个校外合作企业实验模块,并为学生专业技能和创新能力的培养搭建高度仿真的实验环境。

采矿仿真实验模块,以煤矿开采工艺、矿井系统、井巷施工、矿山压力等实践性、抽象性较强的实验教学内容为重点,开发虚实结合和网络共享的虚拟仿真系统,包含煤矿开采工艺、开拓方式、准备方式、采煤方法、矿井系统、井巷施工、矿山压力等11个虚拟仿真实验系统,其中综采工艺、掘进工艺、矿井提升等虚拟仿真实验系统获得国家专利,并推广到国内诸多煤炭大专院校和企业培训中心。通过虚实结合的虚拟仿真系统,学生能够直观掌握复杂、抽象、实践性非常强的专业知识,极大提高了学生的参与度和积极性。

安全仿真实验模块,以矿井瓦斯、顶板、火灾、水灾、粉尘等事故灾害模拟仿真为重点,采用数值模拟反演事故发生的机理和演化过程,并用虚拟仿真软件进行逼真再现,让学生在沉浸式虚拟环境中深刻认识灾变机理、过程,掌握矿井隐患识别、灾害防治及紧急避险技术。同时,考虑到煤矿瓦斯灾害和突水灾害防治的严重性和必要性,营造虚实结合的逼真环境,让学生在实验室即能掌握瓦斯抽采和探放水作业知识。

地质仿真实验模块,以人机交互的虚拟仿真实验为主,让学生掌握地质构造形成、地质应力演化、地质构造对开采的影响,以及地质图件的绘制等,从而解决生产实际中的地质问题。

煤矿机电仿真实验模块,以虚实结合的虚拟仿真实验为主,让学生在虚拟环境中掌握矿山大型机械设备、电气设备的机构、工作原理以及安全操作规范。

典型实验:综采工艺虚拟仿真实验

每组4个学生,分别模拟1个采煤机司机,2个支架工,1个推溜工,通过虚实结合的实验系统,协同完成包含采煤机进刀、割煤、装煤、移架、推移刮板输送机等工序,让学生掌握综采工艺的实现过程,了解井下作业环境,以及设备、人员协同工作过程。

三、虚拟仿真实验教学平台

学校建有双核心、万兆骨干网络,实现了IPV4/IPV6双栈运行,信息点达4万多个,全网实现802.1xWeb相结合的入网认证,无线网络覆盖全校所有教学、办公、公共活动场所。良好的信息化条件与安全技术保障,为虚拟仿真实验的开展奠定了良好的基础。

中心实行中心主任负责制,教育教学资源统筹调配,具备开放、高效的运行机制。中心管理制度健全,保障措施得力,保证了实验教学工作规范、有序进行。中心建有功能完善、资源丰富的实验教学管理网站,实现了实验教学资源网络共享,为学生开辟了获取知识的新渠道,拓宽了学生视野,提高了学生学习兴趣和创新能力。近年来,有300余名学生参加全国、河南省以及学校举办的各类竞赛,如全国采矿工程实践作品大赛、挑战杯创业计划竞赛和课外学术科技作品竞赛等,并取得了优异成绩。

四、虚拟仿真实验教学与管理队伍

中心现有专兼职教师45人,其中正高级职称占27%、副高级职称占44%、中级职称占29%;具有博士学位占78%、硕士学位占20%,平均年龄40岁。中心形成了一支由国家级教学团队,专职实验教学人员,信息技术研发人员组成的专兼结合、互通互融的实验教学队伍,团队结构合理,实践教学经验丰富,科研实力雄厚。近五年,获国家级教学成果二等奖2项,建成国家精品课程4门,国家精品资源共享课3门,国家级教学团队5项,获国家和省部级科技成果奖23项,承担国家级科研项目70余项,发表高水平学术论文300余篇。

五、创新与特色

经过多年建设,中心形成了鲜明特色:一、针对煤矿开采高能耗、高风险,以及事故不可逆的行业特性,自主研发安全经济、高度共享化的实验教学、实习、实训虚拟仿真平台;二、确立网络虚拟仿真和虚实结合仿真的分类建设模式,基于自主研发、科研转化、校企合作三种模式,开发了具备自主知识产权的模块化虚拟仿真实验教学资源;三、实现多虚拟仿真设备的连接和融合,学生以不同角色在同一个虚拟环境中进行协同实验;四、中心打造了一支集实验教学、设计研发、推广为一体的教学和科研团队,实验教学与成果转化效果显著。

      秉承百年老校的荣耀,沐浴着新世纪的阳光。中心成员正以“坚持科学发展观,全面提升内涵,加快学校发展”的战略思想为指导,继续深化实验教学改革,努力提高实验教学水平和人才培养质量,为把河南理工大学煤矿开采虚拟仿真教学中心建设成为国内一流、风格独特的实验教学改革基地、创新人才培养基地、实验设备研发基地、科技成果转化基地而努力奋斗!