高职智能采矿技术专业《矿山智能采掘规程与技术实施》教学设计

高职智能采矿技术专业《矿山智能采掘规程与技术实施》教学设计一、课程基本信息与背景分析【重要】本课程是高职智能采矿技术专业的核心技能课程，开设于大学二年级，前续课程包括《矿山地质》、《电工电子技术》、《机械基础》及《采矿学》，后续支撑《智能矿山集成控制》、《毕业设计与顶岗实习》。在“新工科”建设与“双碳”战略背景下，采矿业正经历从“机械化”向“智能化、少人化”的深刻变革，对掌握智能采掘设备操作、规程执行及系统维护的高素质技术技能人才需求迫切6。本课程旨在打破传统采矿规程教学与前沿技术之间的壁垒，以“智能感知—智能决策—智能控制”为主线，培养学生在智能矿山场景下对采掘工艺、技术规程的理解、执行与优化能力8。二、教学目标设计（一）素质目标（思政素养与职业精神）1.【基础】传承“开采光明、奉献能源”的行业使命，通过引入矿山英模事迹与安全事故警示案例，树立“安全第一、生命至上”的红线意识与责任担当1。2.【重要】培植精益求精的工匠精神和严谨细致的规程执行习惯，理解技术规程不仅是约束，更是对生命的守护和效率的保障。3.【热点】树立绿色开采与生态保护意识，理解智能采掘技术在实现矿山绿色、可持续发展中的关键作用9。（二）知识目标1.【基础】掌握《金属非金属矿山安全规程》、《采矿设计手册》等相关法规对采掘作业的核心技术要求。2.【重要】理解有色矿山常用的地下开采方法（如空场法、崩落法、充填法）的技术原理、适用条件及工艺参数2。3.【高频考点】掌握凿岩、爆破、通风、出矿、支护等主要采掘工序的工艺标准、技术参数及设备选型依据。4.【难点】理解智能化采掘系统（如智能凿岩台车、遥控铲运机、井下无人运输系统）的工作原理与控制逻辑3。（三）能力目标1.【重要】能够识读采掘工程图纸，并依据规程编制标准的采掘作业规程和技术交底文件。2.【热点】能够操作智能采掘虚拟仿真软件，进行采掘工艺模拟和故障排查，初步具备在集控中心监控与干预智能采掘设备运行的能力4。3.【难点】能运用所学知识分析解决采掘现场常见的工程问题，如爆破大块率控制、巷道成形质量分析、出矿效率优化等。三、教学对象分析授课对象为高职二年级学生，他们已完成基础理论课程，对矿山有初步的感性认识。其特点为：思维活跃，动手意愿强，但逻辑思维和抽象空间想象力相对薄弱；对传统采矿工艺兴趣不高，但对智能化、无人化等前沿技术充满好奇；未来就业面向一线技术岗与管理岗，急需将理论知识与现场规程无缝对接的能力。因此，教学设计必须“虚实结合”，降低认知负荷，提升学习获得感。四、教学重难点及策略（一）教学重点采掘工艺的技术参数与规程核心条款、智能采掘设备的结构与功能、采掘作业规程的编制方法。（二）教学难点采掘空间围岩—支护—设备的协同关系理解、基于规程的现场技术问题分析与决策。（三）解决策略以“数字孪生+任务驱动”为核心，构建“课堂学习—虚拟实训—案例复盘”的教学闭环。利用三维可视化模型和虚拟仿真系统，将隐蔽的井下工程“透明化”，将抽象的规程条款“具象化”。五、教学策略与方法本课程采用基于OBE理念的“双元四阶”教学模式。即学校教师与企业技师组成双元主体，通过“课前导学—课中研学—虚仿练学—实战验学”四个阶段，将“教、学、做、评”一体化融合1。在课中环节，广泛采用案例教学法（如引入典型矿山事故案例）、翻转课堂法（学生分组研讨规程条款的合理性）以及项目教学法（以一个采区设计为贯穿项目）。六、教学资源准备1.【硬件资源】智慧教室、智能采矿虚拟仿真实训中心（包含全息三维投影、VR交互设备）、采掘机械模型室。2.【软件资源】矿山采掘三维仿真软件、智能采矿协同创新平台（含典型矿山的数字孪生模型）、采矿工艺动画库。3.【教材资料】国家级规划教材《采矿学》7、《智能采矿技术》9、数字化教学平台、采掘作业规程范本库。七、教学实施过程（核心环节，共8学时）（一）单元一：智能采矿技术认知与规程概述（2学时）1.创设情境，导入课题：通过播放一段“5G+智能矿山”无人采掘的震撼视频，展示在地面集控中心一键启动，井下采煤机、凿岩台车自动作业的场景。提问：“在无人值守的情况下，机器是如何精准执行作业指令的？它们遵循的‘规则’是什么？”引出本节课的核心——技术规程在智能化时代的演变与重要性。2.概念建立，术语精讲：【基础】讲解技术规程的定义、层级（国家标准、行业标准、企业标准）以及在智能矿山中的新形态（数字化的工艺参数包、设备控制逻辑）。强调规程不仅是纸质文件，更是嵌入控制系统的“数据大脑”。3.案例分析，思政融入：【重要】选取国内某大型有色金属矿山（如德兴铜矿、普朗铜矿）的智能化建设案例1。重点分析其在智能化转型过程中，如何通过修订和严格执行新的技术标准，实现了“安全高效”与“减人增效”的双重目标。穿插介绍矿山一线劳模的“规程创新”故事，引导学生认识到规程不是僵化的教条，而是可以持续优化的经验结晶。4.课堂研讨，互动深化：组织学生分组讨论：“传统的‘老师傅经验’与智能化的‘数字规程’之间是什么关系？”各组代表发言后，教师点评总结：智能化并非完全取代人的经验，而是将最优经验固化为标准，再由机器精准执行，从而解放人去从事更有创造性的工作。（二）单元二：凿岩爆破工序与技术规程（2学时）1.任务驱动，问题导入：发布任务：“某铜矿需要掘进一条规格为4m×4m的沿脉巷道，岩石坚固性系数f=810。请根据给定条件，依据规程完成爆破图表的设计。”将学生分组，扮演“爆破技术员”。2.原理回顾，参数精讲：【高频考点】【难点】结合三维动画，深入讲解凿岩爆破的基本原理。重点剖析炮孔布置（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的作用与参数选择依据。讲解装药量计算、起爆顺序（微差爆破）的确定原则，并逐一对应《爆破安全规程》中的强制性条款。强调“参数即规程”，任何参数的调整都必须在规程允许的范围内。3.虚仿实训，技能操作：学生进入虚拟仿真实训系统，进入“凿岩爆破模拟模块”。a.首先，利用VR设备，模拟手持凿岩机或操作智能凿岩台车进行布孔作业，系统会实时显示孔深、角度是否达标。b.其次，在系统中进行装药、连线操作，系统根据规程自动校验是否存在违章操作（如雷管类型混用、网络连接错误），并触发警报。c.最后，模拟起爆，系统根据学生设计的爆破参数，生成爆破效果（巷道断面成形、超欠挖情况、大块率）。学生通过观察虚拟效果，反推设计参数的合理性。4.数据复盘，难点突破：【重要】各组展示虚拟仿真后的爆破效果图，分析出现超挖、欠挖或大块率高的原因。教师引导学生从“岩石性质、炮孔精度、装药结构、起爆顺序”四个维度进行归因分析，并回到规程中寻找解决方案。例如，若周边成形差，则应引导学生查阅规程中关于“光面爆破”的周边眼间距、最小抵抗线和装药集中度等参数。（三）单元三：采场顶板管理与智能支护技术（2学时）1.情景模拟，风险辨识：利用全息投影技术，在教室中央投射出一个采掘工作面顶板的三维模型，模拟不同地质构造（节理、裂隙、断层）下的顶板形态。提问：“作为一名现场技术员，你进入这个工作面，依据规程应该首先检查什么？”引导学生观察并识别顶板中的潜在风险点。2.原理讲授，设备认知：【重要】讲解地压活动规律和顶板冒落的机理。介绍锚杆支护、锚索支护、喷浆支护等不同方式的技术原理和适用条件。在此基础上，引入智能支护设备，如锚杆钻车、顶板动态在线监测系统。讲解这些智能设备如何通过传感器实时监测锚固力、顶板离层量，并将数据上传至云端，实现“主动”与“智能”的顶板管理。3.规程对标，方案设计：给出不同围岩等级的巷道断面图，要求各小组依据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》，选择合适的支护方式，设计支护参数（锚杆类型、长度、间排距、喷层厚度），并在教学平台上的虚拟采区进行“布设”。4.虚拟检测，强化认知：系统根据学生布设的支护方案，自动生成“支护质量检测报告”。学生需根据报告，判断其设计是否满足规程要求的支护强度。教师结合虚拟仿真，重点讲解锚杆“角度”、“锚固力”检测等关键环节的规程要求和操作方法，并引入因支护不到位导致顶板事故的案例进行警示教育5。（四）单元四：采掘运输与智能管控系统（2学时）1.工艺衔接，系统认知：【基础】回顾采掘作业的全流程，明确出矿与运输是衔接采掘面的关键环节。播放视频，展示铲运机出矿、井下电机车运输、溜井放矿等场景。讲解有轨运输与无轨运输的优缺点及适用条件。2.智能装备，功能解析：【热点】介绍基于5G通信的智能铲运机遥控操作技术、无人驾驶电机车技术及矿山智能调度系统8。讲解车载传感器（如激光雷达、毫米波雷达）如何感知周围环境，实现自主避障、自动导航和精准停靠。强调智能运输系统的核心规程不再是人工驾驶规范，而是设备通信协议、远程干预权限管理、应急冗余控制等“数字新规程”。3.任务挑战，系统联动：在虚拟仿真实训平台上，设置一个“多车拥堵”或“溜井卡堵”的故障场景。学生以“调度员”身份，在集控界面上尝试通过修改调度指令（改变机车运行优先级、调整卸矿点）来解决问题。系统会评估学生的调度方案对运输效率和安全的影响。4.综合评价，总结提升：【重要】教师对各小组在虚拟任务中的表现进行点评，总结智能运输系统的核心规程要求：即“通信畅通、定位精准、调度合理、干预可控”。引导学生理解，在智能化时代，人的职责正在从“操作者”转变为“监督者”和“决策者”，对规程的理解需要提升到系统逻辑和风险预控的层面。八、教学评价体系本课程采用“多元考核、协同反馈”的全过程评价体系1。1.【基础】形成性评价（60%）：包括课前预习测试、课堂互动参与度、小组任务完成质量、虚拟仿真操作记录（系统自动评分+教师复核）。特别关注学生在虚拟实训中对规程执行的严谨度。2.【重要】终结性评价（40%）：期末采用“理论+实操”综合考核。理论部分考查规程条款和基本原理；实操部分在虚拟仿真平台或校内实训基地进行，设置一个包含故障的综合性采掘任务，评价学生解决实际工程问题的能力和规程应用水平。3.【特色】增值性评价：对比学生学期初与学期末在虚拟仿真系统中的操作熟练度、方案设计合理性数据，结合学生自评与互评，衡量学生的能