新工科背景下虚拟仿真技术在采矿工程中的应用研究

◎宋欣 王丽敏 屈年华 闫玉彪 程瞳

（作者单位：黑龙江工业学院）

大数据技术、人工智能技术背景下的虚拟仿真现实，已经改变了课程体系的发展，很多学校都在推行仿真实验室的建设，完善实训基地的构建工程。基于此，本文主要分析新工科背景下，虚拟仿真技术在采矿工程当中的实际应用，探索课程体系改革的必要性，分析虚拟仿真实验教学平台的具体构建，以提高整体的开放性水平，构建区域资源共享的实训教学基地，提升采矿工程的教学效果。

引言：当前，虽然全世界的能源价格处于动态的波动当中，但是在供给侧改革以及我国经济技术发展水平的整体背景之下，煤矿行业的发展潜力仍然比较巨大，尤其是在新工科背景之下，煤矿工程的教学体系发生着不断的创新。整体的课程建设要结合目前的技术背景，注重绿色、安全与高效，培养出一批工程素养高、技术操作水平高、综合应用能力强的高素质人才。

一、新工科背景下虚拟仿真技术应用在采矿工程中的价值

首先，在新工科背景下，采矿工程专业的毕业生面临的市场竞争更严峻，行业对于人才的技术要求也更高。采矿工程专业的学生只有掌握丰富的数据应用技术，不断提升工作的技术水平，针对已出现的问题进行改进，才能够提高自己的就业市场竞争能力。应用虚拟现实技术进行采矿工程的学科建设，可以促进实验的综合发展，使采矿专业的学生掌握全面的技术，既了解虚拟现实技术，又了解采矿技术，通过远程控制的方法来进行实际的采矿操作。其次，通过虚拟现实技术进行采矿工程的课程体系建设，可以提高教学内容的丰富性、信息的真实性，实时动态展现效果良好，避免采矿工程的教学受到天气不确定性的变化影响，突破复杂地形的限制，减少外界干扰的因素，拓展教学的有用性。

二、新工科背景下虚拟仿真技术在采矿工程当中的具体应用

（一）实验教学资源开放平台

资源开放平台的建设可以为学生的学习提供多样化的资源，帮助学生克服时间空间的限制，克服生产环境的诸多不确定性，而学习到采矿工程的系统性知识。首先，教师要注意上传丰富的课程资源，例如视频、图片链接等等，包含采矿概论、岩层控制实验方法以及具体的实验操作方法。这种以视频作为媒介的多层控制方法和实验教学技术，有利于学生更加真实直观的了解煤矿的生成现场以及操作的实验过程。资源开放平台可以降低学生在真实环境操作当中面临的不确定性风险，也可以压缩教学的成本，帮助学生更加全面的了解各个地区的矿山环境、安全生产、绿色建设。学生还可以通过这种系统性的资源开放平台，掌握最先进的采矿生产设备生产技术，系统了解各个设备的运行原理、矿山的日常管理以及矿山当中危险事故的发生、灾害的演变、矿压测试原理，形成完善的知识体系。学生还可以根据自主的资源选择和实践环节的比对，了解更多的采矿工程细节性的知识，深入的挖掘深耕领域，提高自己垂直知识学习的有用性。在日常的学习，当中学生还可以利用这种资源共享平台，收集和发布实验数据，将自己学习的成果对外进行展示，方便教师根据这些成果进行综合的成绩评定。

（二）数值模拟与仿真实验平台

数值模拟与仿真实验平台的搭建，可以帮助学生在学习的过程当中不断地与过去的自己进行比对，精进自己的学习成果。首先，通过数值模拟与仿真平台的计算机实施模拟，方便学生对采矿工程的数据进行搜集。绘制出可视化的图谱，整理自己的学习成果，验算工程设计的参数，分析逻辑的推演过程，有效的解决自己目标研究的问题。其次，在仿真平台的搭建上，可以利用目前的FLAC系统、ABQS系统，进行多数值的联合运算，运用上述的数字化软件进行矿压数值的分析，帮助学生根据采矿工作面的实际工作情况进行全过程的模拟，还可以结合Bim技术对于问题的展现进行碰撞实验分析，帮助学生建立畅通的实验通道，提供更多的数字保证。最后，数值模拟与仿真实验平台的建设，还可以搭载生产环境参数这个图层，拓展实验的条件，推广仿真教学的优势，让学生在这种安全的实验环境当中了解到煤矿实际的产品应用情况、设备工作情况、工人操作环境情况。

（三）采矿实训与安全培训平台

在目前的煤矿开采以及工程管理当中，不确定性的因素较多，这也是造成安全管理事故的主要原因。对采矿工程专业的学生开展实训训练，就是要让其了解影响安全管理的多种因素，在安全培训过程当中掌握系统性的原理，树立安全第一的意识。第一，通过仿真模拟技术建设采矿实训与安全培训平台，要引导学生通过参数的不同调节分析环境的实际变化，通过仿真过程的计算软件认识到安全的风险不确定性。基于这种先进的计算机技术，拥有人与设备的对话能力，开展操作系统的优化培训。第二，指导学生通过矿压实测环节的实验教学，了解煤矿井下系统的物理模型，通过延伸性的计算，测得不同实验仪器的了解参数准确性，分析矿山压力的安全阀值。学生在自己的操作平台上感受到每一个参数的细小调整对于真实环境造成的影响，就可以树立风险意识与安全管理意识。

（四）开放共享的实训基地建设

基于虚拟仿真实验教学技术，拓展教学平台，建设实训基地，可以在新工科教学背景之下，提高学生的网络信息转换能力、网络信息管理能力。一方面，在教学改革的过程当中，教师要根据《采矿学》国家精品资源共享课程进行数据的汇总和资源的灵活应用，编写延时控制的相关参数、实测技术的相关参数，增加讲义内容，研发出更多的虚拟实验教学平台，实现开放共享的资源利用。另一方面，在教学的过程当中，学校要建立实验室，配合数字模拟仿真教学，引导学生了解课程体系改革对于学生带来的影响，促进学生的综合素质发展。从核心素养培养的角度，注重学生的实际训练能力，资源整合运用能力，数据开发能力和创新管理能力。

结论：综上所述，仿真实验技术在目前的采矿工程教学当中具有显著的应用，可以适应新工科背景下市场和行业对于人才的需求。从本文的分析可知，采矿工程专业的虚拟仿真技术应用，要建设完善的实训平台安全培训平台，开展工程数据模拟与仿真建设，提高资源的综合利用程度。