時間：2023-03-16 15:49:15
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在煤礦生產線中，生產工人的生產環境極為復雜。有各種各樣煤礦生產的機械設備、交錯的線纜。煤礦的生產主體是機電設備，隨著中國現階段煤礦開采形式的不斷深化和發展，對煤礦機電設備的管理水平也需要逐步提升。有效的機電設備管理能力是煤礦企業發展的基礎，也是衡量其生產能力的重要標準；應用煤礦機電技術，有利于提高煤礦機電設備的安全性，提高機電技術水平，還有利于規范機電設備的使用。然而，煤礦行業本身存在著一定的危險性，因此必須在生產過程中進行嚴格要求，一旦出現相關的安全問題，則會導致安全事故發生的可能性，對生產及企業造成嚴重的損失。因此，加強煤礦機電技術管理在煤礦安全生產中的應用非常重要，只有提高管理水平，才可以保證煤礦企業生產的安全、有序地進行。
2煤礦機電技術管理在煤礦安全生產中存在的問題
2.1缺乏健全的煤礦機電技術管理體制
雖然國家強制要求煤礦礦井建立相應的機電管理技術體制，但是絕大部分的企業在煤礦生產過程中，沒有健全的煤礦機電技術管理體制。例如，部分企業雖建立了機電管理體系，但是沒有落實到真正的生產中，容易造成礦井管理秩序的混亂。另一方面，有些監督機電技術管理人員缺乏責任心，沒有做到深入檢查，發現不了問題，或忽略問題產生的危害性，導致生產上出現很多安全隱患和問題層出不窮。
2.2機電管理技術人才專業性不強
當前，缺乏專業的機電管理技術人才，是中國煤礦企業機電管理工作中存在的突出問題。電力設備管理人員缺乏專業的技能，且崗位人才流動性大，嚴重地影響了煤礦企業的發展。煤礦行業屬于特殊性行業，工作環境惡劣、危險性大，勞動強度也大，若沒有完善的人才管理機制，則吸引不了優秀人才。由此導致機電技術管理人員的整體業務素質下降，機電設備的保養及維修工作不完善，從而使礦井生產效率下降。
2.3煤礦機電結構系統問題較多
目前，中國機電結構系統還不夠完善，主要表現在以下幾個方面：機電設備老化且測試手段落后、機電設備配置不合理、機電設備負荷大等。而煤礦區本身就是一個安全隱患很大的場所，由于上述煤礦機電結構系統問題等問題，會導致水源排放、電力短路、瓦斯泄漏等，若不對煤礦機電系統結構進行完善，則出現的問題更多，嚴重威脅了中國煤礦企業的安全生產。
3加強煤礦機電技術管理在煤礦安全生產中應用的具體措施
3.1完善煤礦機電管理工作制度
煤礦機電管理工作是一項綜合性較強的工作，如何才能加強整體機電技術管理水平呢？首先，我們需要對管理工作中存在的問題進行系統分析，然后對相關問題進行調整和改進，提高對煤礦機電管理工作重要性的認識，從而使自身管理水平得到提高，具體需要做到建立和完善責任分配制度，清晰地劃分管理崗位，加強對人力資源的管理，并執行嚴格的管理規定和標準，保證煤礦機電管理工作安全有序地進行。
3.2加大機電設備管理力度
有利于設備安全可靠運行設備安裝質量，是煤礦機電設備運行安全的重要前提和基礎保障，所以，保障設備安裝的質量非常重要，那么，如何才能保障設備的安裝質量呢？a)在安裝時，制定科學、合理的作業規程，由現場主管工程師來進行審批，這樣可以大大地避免安裝過程中隱患問題的出現；b)要保障設備的安裝質量，離不開管理人員的嚴格檢查和驗收，管理人員必須對質量進行嚴格檢查，才能進行下一步工序的安裝，這樣才能確保整個質量安全。對于機電設備的現場檢查，我們可以采用三種形式來開展：a)專業的檢測人員定期和定時保質保量地對運行電纜、設備和其它小型電器進行全面檢查，發現問題，立馬解決問題；b)每月至少開展3次不定期檢查工作，主要重點可放在電氣設備及供電系統三大保護中，其具體措施，我們可以利用獎勵法，對有發現問題的，可以給予相應的獎勵；c)其它設備的相關人員應該做好日常的檢查工作，對每日工作內容做到詳細記載（如表1），做到每天來回巡回檢查設備的運行狀態，及時發現并解決相應的問題。
3.3提高機電設備管理工作的專業素養
好的機電設備，離不開專業人員的管理，其自身的專業技能水平直接影響了管理團隊的水平。如定期舉行相應管理技術的培訓，促進企業內部管理人員技術素質的提升；與此同時，企業應該建立完善的人才激勵機制，合理地調整制度，吸引更多的人才加入，提高人才評價的專業水平，實現企業人才的可持續發展。
3.4構建合理的機電結構體系
隨著工業智能化的進一步發展，工業生產中對電動機的控制向著高頻化和控制精確化的方向發展，而目前市場上已有最高變頻3000kHz的變頻器，對同樣的二極異步電動機進行調速，最高可達18000r/min，在不增加機械增速裝置的前提下，提高了設備運行的可靠性。
2變頻技術
在煤礦機電設備中的應用變頻技術的主要應用對象是電動機驅動的各種設備，在煤礦機電設備中主要包括風機系統、提升系統、壓縮機系統、采煤機系統、煤炭輸送系統、各類泵等。
2.1風機系統的改進
以某礦井主通風機的變頻改造為例，在改造之前，風機設計裕量過大，即使通過調節葉片或者改變管網特性依然遠遠超過所需風量。利用變頻器Harvest-A06/120進行改造，主要參數為：輸入頻率為45～55Hz，額定輸入電壓6000V±10%，輸出頻率范圍0.5～120Hz。在利用電壓源型串聯多電平脈寬調制高壓變頻器進行改造后，風機效率由45%提高到78%以上，年均用電量減少920000kWh，同時該礦井風機系統可實現軟啟動，大大降低了對電網的沖擊以及對設備的損壞，降低了人工成本。
2.2空壓機系統的改進變頻技術
對于空壓機啟動方式的變革具有重要的意義。傳統的直接啟動方式在啟動瞬間會產生較大電流，不利于設備的正常使用壽命的保持。采用變頻技術可以降低瞬時大電流對于設備的危害，延長使用壽命。空壓機中壓風系統的調節一般采用的是壓力閉環控制的變頻系統，主要利用系統壓力檢測來對空壓機負荷進行調整，當系統內部壓力發生變化時，變頻系統會根據反饋的壓力數值進行補償調整，最終保持系統內部壓力的恒定。采用此種方式進行壓風系統的調節，與傳統方式相比，響應速度更快，同時能夠更加精確地控制風力，保持壓風系統較高的可靠性。以唐山礦業某井空壓機變頻改造為例，對泵房進行變頻改造，采用三套ACS800變頻控制柜，利用一臺PLC集控柜進行控制。其主要參數為：三相輸入電壓U3in=（380～415）V±10%，U5in=（380～500）V±10%，輸出頻率0～±300Hz，DTC（直接轉矩控制）控制。通過該控制系統，可以實現空壓機的一拖三變頻調速運轉，能夠保持系統內的恒定壓力控制，實現設備安全可靠運行。與改造前相比，年均可節省電費50余萬元；可實現設備自0Hz起的軟啟動，設備檢修周期延長，降低了檢修成本。同時還實現了對設備保護功能的進一步完善，完善了設備超壓保護、防自啟動保護等多種功能，改善了設備的工作環境。
2.3采煤機的改進提高采煤機對工作環境的適應性
是采煤機改進的主要方向。工作環境愈加復雜，使傳統采煤機的不適應性更加突出。電牽引采煤機在適應性方面有很好的表現，已在許多礦山中得到應用。采煤機的變頻調速能力是其工作性能的一大指標。與傳統滑差調速相比，變頻調速將采煤機的變速性能實現了質的飛躍。能量回饋型四象限變頻器在采煤機中的應用是煤礦機電設備改造的向前邁進一大步的標志，它標志著井下采煤機由“一拖二”向“一拖一”的進步，提高了煤礦開采效率，同時降低了采煤機的故障率以及維修成本。由PLC控制的MG700-WD交流變頻調速采煤機，能夠將采煤機事故率控制在較低的范圍內，同時由于PLC程序的開放性，可以更好地進行人機對話，能夠在故障發生時較為準確地定位故障位置。對于采煤機變頻調速系統，除去目前市面上已有的成熟產品外，還有很多學者對不同類型的變頻調速控制方式進行了研究，目前已有一定的理論基礎，有待于在實際生產中進行試驗以及普及。以ALPHA6900系列變頻器在采煤機中的應用為例，可實現主從控制功能，同時還可以實現四象限運行，通過PLC控制電路，對變頻器的輸入輸出端口進行實時監控，采集包括轉速、轉矩等在內的多種信息，確保系統運行的穩定性。其中，采用ALPHA6900系列變頻器的電氣控制系統可以分為一拖一單/雙電機控制方式，通過采煤機工作環境的變化，對其牽引電機的轉速進行調整，實現對采煤機設備的有效保護。
3結語
通過廣大煤礦地質勘探工作者幾十年的努力，已經形成了一整套適合我國煤田形成地質特點，合理選擇地質填圖、遙感、物探、測試等技術手段，充分利用我們煤田環境的自身特點，最大限度獲取信息，綜合性的煤礦勘探方法與技術。隨著國家重點產業項目———西部煤礦高精度三維地震技術研發的啟動，我國煤礦勘探技術主要圍繞高分辨、高信噪比的煤礦三維地震技術展開研究。技術的提高大幅度擴寬了工作領域，提高了勘探精度。目前我國已經突破了在復雜山區、沙漠、厚層土、水上、沼澤以及采空區等勘探施工，勘探能力得到了進一步的提高。在勘探上精度得到了進一步提高，不僅可以解釋斷層，對于陷落柱、煤礦厚度、整體結構的變化也取得了突破。煤礦的解析精度處于國內外先進行列，對于煤田結構，如何開采，有了較規范的指導理論。近年來重力、磁法和電法的勘探技術發展迅速，在推覆體下找煤、陷落柱、煤礦區火成巖探測、煤層火燒區探測、礦區水工環勘查等方面取得顯著成效。煤礦探索三維立體采集模型水平有了大幅度的提高，煤礦結構、煤層厚度分析技術得到了明顯的提高。鉆探裝備、鉆探技術不斷完善。空氣泡沫鉆進，潛孔錘正反環鉆進，潛孔錘正反循環鉆進，受控定向鉆進和超大孔徑鉆進等鉆進工藝得到了初步的研究和應用，使煤炭產量有了顯著的提高。遙感是煤礦地質勘探手段之一，利用數字圖像處理技術，進行多波段、多種類遙感圖像的綜合處理分析，得到煤礦結構、煤層厚度等煤礦信息，找出煤礦的方向以及有利于煤炭的遠景地段。高分辨率的衛星遙感圖像在我國煤炭地質勘探方面取得了顯著的效果。
2我國煤炭煤礦發展中的問題
隨著需求產量的增加，開采速度的加快，一些水、火、瓦斯、煤塵、頂板等煤礦自然災害對煤礦的安全產生了嚴重的威脅。我國整體開發技術比較落后，雖然國營煤礦機械化已經普及，但是由于大量私營煤礦追求利益，導致開采技術落后，在加快開采過程中由于深度不斷加大，導致水害、塌方、瓦斯爆炸災害時有發生。在煤炭開采的過程中帶來的環境問題日趨嚴重，主要原因是煤炭開采等活動破壞了植被、耕地，造成了生態環境的破壞、失衡。由于煤礦附近采煤排出的矸石、廢渣、尾礦也侵占了大量土地，煤礦排水污染了地下水資源，造成了土地荒蕪，地下水遭到了污染，對我國的環境造成了嚴重破壞。對于煤礦環境的問題，我們應該制定煤礦環境保護方案，對煤礦中產生的廢水、廢渣進行回收、利用，以減少由于煤礦生產而引起的環境問題。應減少由煤炭開采帶來的環境污染，發展對煤炭的深加工，對廢水、廢渣進行循環利用，提高煤炭經濟效益，減少我國的煤炭資源浪費。
3煤炭對我國經濟發展的重要性
隨著我國經濟的高速發展，對煤炭的需求在各行業隨處可見。在我國，1500m左右的煤炭總資源量大約有4萬億噸，已探明的可開采出來的有2萬億噸。而天然氣、石油，由于資源賦存條件與勘探、開采困難等原因，在很長的一段時間里很難做到大幅度增產。但是，隨著市場經濟的發展，對資源的需求也越來越大，煤炭在需求中占有的比例也越來越大，所以煤礦開發的效率以及煤炭資源的利用也就成為了煤炭行業產量發展的關鍵。因此，我國煤炭行業的發展需要繼續開展煤礦地質勘探工作，而且，高效、經濟的煤礦開采工作也是煤炭可持續發展的有力保障。進入21世紀以來，隨著煤炭勘探技術的發展，我國科研工作者積極開展煤炭及相關領域地質理論和技術方法的研究，加強煤田地質基礎研究，加強與國際煤炭勘探技術的合作和交流，為煤炭資源調查、煤田地質勘查以及相關煤層氣提供了系統的理論支撐和技術支撐，促進了煤炭行業的可持續發展。
4結語
媒礦井下水平定向鉆孔軌跡空間坐標作為基礎，逐步實現鉆孔軌跡描述與繪制作業。其操作步驟主要為：第一，依據區域特征及實際，建立鉆孔軌跡空間坐標系，對鉆孔軌跡所處于的實際空間位置進行確定。傳統方式的地面鉆孔，多會選擇以地面作為參照，依據鉆孔表現的方向，多將向下方向作為垂直軸，設置為Z，表示正方向，然而井下鉆孔作業，不僅僅存在著垂直孔與下斜孔，還存在著近水平孔，鉆有上仰孔，且其鉆孔地點均位于地面以下，為方便研究與描述其鉆孔鉆進狀態，其基本參照物多選擇井下鉆場，依據其參照體系，構建出垂直于軸向上為正方向的煤礦井下鉆孔坐標系。第二，地面鉆井作業中，其關于井斜的描述，多是選擇鉆孔垂直軸及軸線之間所存在的夾角作為重要參數來表示。然而煤礦井下鉆孔，多選擇水平面與鉆孔軸線之間的仰角作為重要參數值，且考慮到地面情況與井下條件下，其X，Y軸在正反向取向上保持著一致性，然而在坐標系中，Z軸方向卻存在著相反性。地面坐標系中，多將Z軸向下作為坐標系正方向，其坐標系統滿足右手螺旋法則。在井下坐標系統中，則多將Z軸向上作為坐標系正方向，此時坐標系則滿足左手螺旋法則。
2水平定向鉆孔軌跡的基本要素
在實際開展水平定位鉆孔軌跡設計操作、測量操作及數據信息處理的過程中，一般多選擇鉆孔軌跡L中的某一個測點作為研究的基礎對象，其選擇測點所相應的孔深、傾角與方位角，則被稱之為水平定向鉆孔軌跡的基本要素。依據相關理論，則測點數據信息僅表現了該點位置的空間位置，測點位置的切線則表示為鉆進過程中的前進方向線，亦被稱之為鉆孔當前軸線，可以通過鉆孔當前軸線、來表述測點附近一段鉆孔軌跡。測量數據的處理操作與鉆孔孔跡繪制，其對鉆孔軸線的繪制，均是依據鉆孔軸線進行操作的。為確保鉆孔軌跡繪制及描述的準確性，要求對鉆孔孔跡中存在的測點相應的孔深、傾角與方位角基本要素進行精確處理。在其基本要素中，理論孔深定義為：測點位置所具備的實際鉆孔深度值，在近水平鉆孔中，多指的是孔口位置到測點鉆孔曲線之間的實際長度值，多采取鉆桿進行測量，一般用L進行孔深記錄；傾角：是指鉆孔當前點的切線與水平面之間的最小夾角；方位角：是指鉆扎當前點的切線在水平面的投影與北向(N軸)之間的夾角；設計方位錢：開孔方位線在水平面上的投影，代表鉆孔深度廷伸主方向。
3煤礦井下水平定向孔軌跡的一般形式和描述方法
本煤層預抽鉆孔的布且形式預抽鉆孔一般情況都布宜在煤層厚度大、透氣性好、瓦斯含且高、煤層硬度較大的稱定煤層中，這樣不但有利于成孔和后期鉆孔橡定，同時能夠保證鉆孔的高滲透性。有利于瓦斯的逸出。報據鉆有利于瓦斯的逸出。報據鉆孔相對于工作面延伸方向的不同水平定向鉆孔布龍形式主分為走向和傾向布置兩種形式。為了保證良好的抽放效果，不能使鉆孔穿透工作面或從巷道穿出帆，在實施定向拐商鉆孔前，孔相對于工作面延伸方向的不同水平定向鉆孔布置戳主鉆孔布t形式一般以走向或傾向平行布皿為主。在實施向拐夸鉆孔后，可采用“一孔多分支”的鉆孔布1形式。這樣可在順槽直接開孔，減少鉆機椒運次數，提高鉆進效率，同時起到“一孔多用”的效果。
4煤礦井下隨鉆測量技術鉆孔軌跡數據處理方法
在煤礦井下隨鉆測量技術鉆孔軌跡數據處理中，提出應用平均角法進行軌跡計算。為確保鉆進軌跡描述的準確性，可以進行多點測量，降低兩側點間距，提高計算精度，這種方法計算簡單，在實踐應用中應用較為廣泛。此外，在煤礦井下隨鉆測量技術鉆孔軌跡數據處理中還可以采取平衡正切法。然而其方法應用精度偏低，為滿足現場實際需求，本文提出應用Excel進行鉆孔孔跡測量參數計算，并繪制鉆孔軌跡圖。Excel工具具備著強大的數據處理功能，通過測量儀器，收集測點深度、傾角與方位角等信息，通過Excel形式進行保存，采取相應的計算方式進行孔跡坐標計算，選擇圖表導出方式，直觀獲得鉆孔軌跡水平及垂直投影。
5結束語
CAN為串行通信協議，可有效支持分布實時控制，體現出較高的安全等級。CAN應用系統的設計要以CAN技術規范為基本依據，在任何兩個基于CAN總線的儀器之間建立兼容性，對傳輸層進行規范定義，在周圍各層當中將CAN協議的作用充分發揮出來。CAN的主要特點體現在以下幾個方面：（1）多主工作方式，即網絡上任意一節點在任意時刻均可向其它節點主動發送信息，各節點之間不存在主從關系；而報文標識符方面，CAN可以將各個節點分為不同優先級，可更好滿足不同的實時要求。（2）CAN采用非破壞總線仲裁技術，該技術可以保證網絡在負載較大的情況下保持穩定性；直接通訊距離可以速率低于每秒5kb的狀態下達到10km。（3）由于報文采用的是短幀結構，故不易受干擾，傳輸時間短；CAN總線驅動器電路決定了網絡中的節點數。（4）CAN每幀信息均有CRC校驗及其它檢錯措施，這些可靠的檢錯措施組成了系統可靠的錯誤處理及糾錯機制。即使錯誤非常嚴重，CAN也具備自動關閉輸出功能；發送的信息遭到破壞后可自動重發。由此可見，與一般的通信總線相比，CAN采用了許多新技術及新設計，體現出較強的可靠性、實時性及靈活性。在煤礦安全監控管理中應用CAN總線技術，可以實現對任意一路CAN任意節點的檢測、配置、組態，系統中的傳感器、控制器、執行器均為互相獨立的節點，真正做到分散控制、互相通信。
2基于CAN總線技術的煤礦安全監控系統設計
基于CAN總線技術的煤礦安全監控系統共包括三大部分，即煤礦安全監控智能決策與管理系統、礦井網關及多礦井分布式監控子網絡，下文分別進行介紹：
2.1煤礦安全監控智能決策與管理系統
煤礦安全監控智能決策與管理系統采用實時在線智能管理控制系統—因特摩系統來實現，其將包含了專家系統、智能搜尋器、自動機器翻譯及計算機視覺等技術的智能系統與因特網、通信技術、自動化技術、實時數據處理技術及數據庫技術等結合在一起，實現對工業生產現場的智能監控。在煤礦安全生產中應用因特摩技術，可獲取更多事故預報的私有知識，以起到預報事故的作用，為安全生產管理者提供更多的參考信息，提高決策管理的針對性，將事故控制在萌芽狀態。該模塊包括分站監控機、主監控機及分布式系統，井下數據采集系統主要負責采集工作現場的實時數據，經網關提交至各分站監控機智能決策及管理系統，分站監控機分析后，將處理過的信息提交至主監控機與服務器，最終得出相關決策及措施，對應設備接收到相關控制信息后做出反應，實現礦井安全的智能決策與管理。
2.2礦井網關
礦井網關的主要作用是連接以太網及CAN總線。此處采用AT75C220芯片，該芯片具有兩個以太網接口，并具備語音處理功能；該芯片嵌入網關，CAN總線通過網關連接以太網，由此可見，該模塊中AT75C220處理器是關鍵部分。該芯片具有雙MAC以太網端口及橋接器，用于連接以太網，其DSP語音處理功能可在以太局域網中接入電話。CAN控制器選擇菲利浦公司生產的SJA1000、PCA82C250，其支持CAN2.0B通信協議，可實現對總線的差動發送及對CAN控制器的差動接收。以太網TCP/IP協議與CAN協議的轉換是通過AT75C220芯片在網絡層完成的，并通實現以太網與CAN總線網絡的通信及互聯。以太網接收IP包，拆包后取出數據，再按照CAN通信協議重新組成幀，發送至接入設備。通過該網關即可實現CAN總線設備與以太網的通信。
2.3井下分布式控制子網
井下分布式控制子網是整個煤礦安全監控系統的核心部分，其包括數據采集系統、各類控制設備及報警設備及分站監控機通信系統。數據采集系統的主要作用是對井下生產及工作環境進行監測，獲得原始的現場數據，分站監控機通信系統的主要作用是將井下現場采集的數據與設備的運行狀態信息傳輸至井上。通過單片機、獨立CAN控制器所組成的接口模塊，井下數據采集設備、各類生產設備、安全設備、控制設備及報警設備等才可實現與CAN總線的通信。井下數據采集設備采集各安全指標模擬量及各個開關狀態量后，再通過CAN通信及接口模塊將這些數據發送至CAN總線；此外，通過CAN通信及接口模塊，井下生產設備及安全保障設備實現了與CAN總線與現場控制及報警器的連接，以便實時監控設備的運行狀態。
3結束語
本課程教學團隊中承擔主講教學工作的有5人，承擔輔助教學工作的有2人，所有教師均參與本課程的教材建設、教學改革、實驗教學、網絡資源建設等工作。多年來，教學團隊努力加強梯隊建設，支持、鼓勵青年教師攻讀博士學位(有2人博士在讀)，并且針對青年教師在教學工作中存在的問題，積極開展教學研討，交流教學經驗，幫助他們盡快提高教學、科研水平。目前，團隊所有成員堅持在教學、實驗、科研和教學改革四個層面全方位開展工作，始終把本科生教育放在首位，并同研究生培養、科研課題緊密結合，已形成一支結構合理、綜合素質高、教學效果好、積極致力于教學改革的課程教學團隊。
2教學方法與手段
在長期的《表面改性技術》教學過程中，我們一直致力于教學方法的改革，以求達到最佳的教學效果。當今的本科教學強調素質教育，其教學結構是學教并重，即"主導－主體"教學模式。這種教學模式的核心在于既要發揮教師的指導作用，又要充分體現學生的主體作用。據此，我們對《表面改性技術》課程教學方法及手段進行了多方面的改革:
2．1采取“研究性教學和研究性學習”的教學方法
從研究問題入手，將“原理－設備－工藝－工程”的知識構建過程展現出來，同時提出新的問題，組織學生展開思考和研討，引導學生把所學知識與煤礦設備工程實際緊密結合，變單向傳輸式教學為雙向互動式教學，變以強調理論內容為主的灌輸式講授為探究理論研究過程為主的引導式講授，實現真正意義上的“雙主”教學。
2．2積極組織學生開展研討活動
例如在學習有關熱噴涂的內容時，以井下帶式輸送機底托架熱噴涂鋁加封孔劑處理可大幅提高使用壽命為例，讓學生進行討論，幫助、引導學生從材料的選擇、涂層的結構以及噴涂工藝流程、實施過程等各個方面進行考慮、分析，并提出解決的方法。這樣，通過啟發式教學，不僅可以鞏固所學知識，而且可以幫助學生學會從多方位、多角度去思考問題，去了解煤礦機械的使用情況，有利于調動學生的學習積極性。
2．3理論結合實際
加強校外實踐基地建設《表面改性技術》課程是一門理論性與實踐性相結合的課程，學生在學習過程中往往對煤礦機械表面處理工藝的理解不深入。為此，我們通過學生參加實踐，組織現場教學，把理論與生產實際相結合，極大地提高了教學效果。例如，我們在江蘇中礦大正表面工程技術有限公司以及鄭州煤礦機械集團股份有限公司建立了校外實踐基地，從而使學生的實踐活動常態化。江蘇中礦大正表面工程技術有限公司是國內表面工程領域的龍頭企業，主要從事鋼結構長效防腐涂裝、纜索涂裝工程、電廠特種表面處理、機械零件表面修復等，是國內熱噴涂領域首家通過ISO9001質量體系認證的企業。鄭州煤礦機械集團股份有限公司是中國領先的煤炭綜采綜掘設備制造商，是國內最大的液壓支架制造商。企業被科學技術部、國務院國資委和中華全國總工會授予“國家創新型企業”稱號，同時被國家五部委共同認定為國家級的企業技術中心。
2．4利用多媒體技術、結合英文教材
開展雙語教學采用現代化教學手段可以節省時間，而且生動、直觀、動態地展示各種表面技術的原理、工藝流程等，化抽象知識為具體知識。我們在教學媒體現代化建設中堅持走立體化建設之路，形成以教材、電子教案、多媒體CAI課件及網絡學習系統為一體的立體化教學體系，為課程的教學提供了內容豐富、高質量的教學媒體資源。除PPT外，還利用動畫、視頻等進行輔助教學。如我們依靠自身力量開發了等離子噴涂法原理、電弧噴涂原理、化學氣相沉積、粉末火焰噴涂、離子束沉積、真空鍍膜、金屬蒸鍍等25套動畫模擬示意圖，這些輔助教學手段生動、直觀、動態地展示了各種技術的原理、工藝流程，化抽象知識為具體知識，極大地激發了學生的學習熱情。2011年，教學團隊建立了《表面改性技術》課程網站，并已將教學大綱、實驗教學大綱、實驗指導書、英文教材、教學課件、教學錄像、視頻、動畫等資料上傳至網站供學生參考，網站還開辟有“答疑園地”欄目，團隊的全體教師通過這一欄目答疑、批改作業、安排和指導實驗。經運行使用，學生普遍反映良好。另外，從2004年開始，我們致力于英文教材《IntroductionofSurfaceEngineering》的編寫及雙語課件的開發，并適時地開展了雙語教學，形成了自己的特色。
2．5設置實驗環節，提高能力培養
《表面改性技術》課程涉及的表面處理工藝種類多，主要有熱滲鍍技術、熱噴涂技術、堆焊技術、化學轉化膜技術、氣相沉積技術、“三束改性”等。每一種表面技術都有其特點，而且相互獨立。根據我院實驗室的條件，我們開設了熱噴涂、熱噴涂涂層性能表征、等離子化學氣相沉積DLC膜、等離子化學氣相沉積DLC膜的表征、離子注入改性等實驗，力求做到使學生對相關工藝與設備有深入了解，并能進行操作，為今后從事相關工作打下良好基礎。總之，經過長期不斷的教學改革和實踐，《表面改性技術》課程教學安排更趨合理，內容不斷深化，學生學習興趣濃厚，能夠將課堂上所學理論知識應用到科研與生產實際中，學生的動手能力及創新意識明顯提高，教學效果顯著。
3教材建設
本課程是重要的技術基礎課，又是培養發展創新能力的一門舉足輕重的課程，是材料科學與工程專業學生進行綜合工程素質教育和現代技術教育的重要陣地。結合煤礦機械行業背景及材料專業特點，教學團隊編著并出版了教材《材料表面工程技術》，編印了英文教材《IntroductionofSurfaceEngineering》以及實驗教材《材料改性實驗》，同時自編課程講義和教案。目前，《材料表面工程技術》作為高等教育(礦業)“十二五”規劃教材已編寫完成，并將于近期出版。此外，我們對教材內容在以下方面進行了調整。(1)著重介紹每章要點，便于學生預習和復習。注意和后續課程教學內容的分工、銜接和配合。增加英文專業名詞，為今后學習外文資料奠定基礎。(2)部分章節設立課堂討論環節，列舉大量實例，增加與學生的互動，便于學生理解掌握知識點。例如:對掘進機、采煤機中的礦用截齒，在使用過程中承受高的壓應力、剪切應力、沖擊載荷以及溫度變化，因而極易磨損。通常采用熱噴涂、等離子熔覆、激光熔覆、堆焊耐磨焊條、等離子束表面冶金、釬焊－熱處理一體化等表面改性技術提高其耐磨性。對煤礦綜采工作面的液壓支架而言，由于礦井特殊的環境，因而對支架立柱、千斤頂表面、油缸、活塞等產生強烈的腐蝕，最終導致支架失效。常采用的表面處理技術有:化學熱處理，如滲鋁、滲鉻、滲硼、硼鋁共滲等，電鍍鋅、銅、鉻、鎳，化學鍍鎳、磷化，堆焊以及熱噴涂鋅鋁合金層等。對于煤礦罐道，一般采用普通碳鋼制造，其傳統的表面處理方法包括:涂料防腐、熱浸鍍鋅、熱噴涂鋅+涂料防腐等。(3)針對近幾年發展起來的新的煤礦機械表面處理技術如達克羅表面處理、Q－P－Q鹽浴復合處理技術，陰極氧化法等進行簡明扼要地講解，以擴大學生的知識面。
4教學管理
要實現帶式輸送機的高效、節能、可靠運行，既需要優化帶式輸送機本身的結構設計、完善其功能設計，更為關鍵的是要選擇適合其工作特性的控制器。鑒于帶式輸送機運行過程中存在非線性、動態波動性等模糊特性，選用了人工智能模糊控制系統，可實現對帶式輸送機的精確性和柔性控制。設計的控制系統將人工智能模糊控制與PLC可編程控制完美融合，既能確保控制系統的可靠性、適應性外，又提高了帶式輸送機的智能化、自動化控制水平。采用變頻調速的方式可實現帶式輸送機的速度調控，其中運量偏差G、速度偏差E和速度偏差變化率EC為模糊控制器的輸入量，電動機頻率F為輸出量，由PLC程序對輸入量進行模糊化處理，最終實現帶速與運量的合理匹配。
2控制系統的設計
根據分析可知，帶式輸送機節能控制的關鍵是根據運量變化動態地調控帶速，通過減少輕載和空載狀態下的功率損耗來達到節約能耗的目的。該節能控制裝置的接收來自倉位傳感器的料位信號、帶式輸送機稱重傳感器的重量信號、速度傳感器的速度信號，只要通過對上述信號進行邏輯判斷，便可按照預定的程序智能地控制給煤量和輸送機帶速。控制系統是以S7-300系列PLC作為控制中樞，可實現倉位信號、帶速信號、稱重信號的采集，并利用PLC實現人工智能模糊控制，計算出精確的運行頻率，通過調節變頻器頻率來實現對帶式輸送機速度的控制。同時，各級分站之間的信號傳輸以及通信功能均由PLC實現，帶式輸送機的各種保護功能也通過PLC程序控制實現。
系統預先設定煤倉額定容量的30%～80%為合理存煤量，在這個范圍內，需要測量帶式輸送機實際運量Q，將測量值與設計值進行比較，并以設計的運量為準對帶式輸送機進行變頻調速。當煤倉的實際存煤量超過額定上限時，系統自動發出存煤超限警報，采煤機按指令停機;當煤倉的實際存煤量超過額定容量的80%又未超限時，需要發出減少采煤量的信號，然后以設計運量為參考，通過調節輸送帶速度來調整實際運量;當煤倉的實際存煤量低于額定下限時，系統將發出帶式輸送機的停機信號;當煤倉的實際存煤量低于滿容量的30%但未低于下限時，可減小給煤機給煤量，即減小帶式輸送機的實際運量;當實際運量滿足低速運行條件時(本系統以低于設計額定運量的一半為低速運行條件)，輸送機將自動以設定的低速狀態運行，最大限度地節約電能。
3結語
從煤礦企業角度看，新媒體技術能滿足員工隨時隨處學習的需要，避免了集中脫產學習影響日常生產;同時，目前安全培訓多流于形式，培訓考試違紀頻發，違規辦理培訓合格證現象嚴重，致使培訓效果堪憂。通過新媒體技術組織的培訓課堂，企業監管人員也可以遠程參與其中，對培訓機構和員工進行監督和檢驗，真正達到培訓目的。從培訓員工角度看，當前我國煤礦員工整體文化素質有了大幅提升，完全具備運用新媒體技術進行學習的能力，同時新媒體技術大多具有較強的趣味性和沉浸感，容易調動學習者的積極性和主動性。從培訓教師的角度看，相對于傳統教學手段，新媒體技術具有的多元化優勢便于教師根據教學內容選擇合適的教育媒介來組織教學，同時通過便捷的師生互動，教師能夠及時了解教學效果進而改進教學方式。由此可見，將新媒體技術應用到煤礦安全培訓中是完全可行的。
2新媒體技術的學習特征與應用場景
2．1虛擬現實技術
虛擬現實技術可以模擬顯現那些抽象的或者傳統教學環境無法實現的事物，在這樣的仿真環境中，學習者可以讓時間暫停，以便仔細觀察煤礦火災從隱患出現到釀成災難的發展軌跡隨時間的變化過程;也可以反復演練事故救援等高危險性技能和生產過程中的低概率事件，既能得到最佳處理方案，也可以在虛擬環境中獲取實際操作經驗;還可以通過交互式數據手套、頭戴式虛擬現實眼鏡開展煤礦生產實驗，體驗實時的物理反饋，加深感官印象，檢驗相關技能的可操作性。目前，這種低成本、高效率的培訓方式已經得到煤礦行業的高度重視和廣泛應用。
2．2網絡教育游戲
相關研究發現，角色扮演法更易于贏得成人學習者的青睞。教育網絡游戲“寓教于樂”，將網絡游戲的內在機制融入到教育培訓領域，利用虛擬現實技術來構建支持合作學習的可視化、多用戶虛擬學習環境，并通過真實情景、角色機制和任務驅動機制來吸引學習者參與［2］。安全事故救援是開發煤礦教育游戲的最佳藍本，在這個游戲中，學習者可以分別扮演救援指揮人員、技術專家、施救人員、被困礦工等角色，而解救被困人員、最大程度減少損失是游戲的最終任務。學習者進入游戲，實際上就是進入了煤礦安全事故救援的現場，通過學習游戲規則，學習者可以獲得各個游戲角色應該具備的安全知識和技能。在這個特定的虛擬游戲環境中，學習者獨立思考、相互合作、加強溝通，從而獲得煤礦事故救援相關的知識和技能。同時通過角色互換，既增強了學習者對救援知識的整體性把握，也有助于學習創造性、團隊協作和換位思考能力的培養。
2．3微博和微信
微博和微信作為目前最流行的信息分享和個人交流平臺，以文字、圖片、音頻以及視頻等媒介為載體，實現了信息的即時傳播、交流和分享［3］。微博和微信在煤礦安全培訓領域的應用主要體現在以下幾方面:鼓勵互動，促進師生間點對點、點對面的指導和溝通。通常，煤礦員工的口頭表達能力有所欠缺，微博和微信等新媒體平臺避免了面對面交流的壓力，學習者可以暢所欲言，分享學習和生產過程中的心得和體會;開展泛在學習，擴展課堂學習。通過微博和微信，學習者可以對煤礦安全領域的專家學者、技術能手“加關注”，跟蹤技術前沿，向他們學習最先進的安全生產知識和技能;構建虛擬課堂，推動團隊協作學習。通過微博和微信建立虛擬學習課堂，其信息精確傳播的特點確保了課堂成員之間共享信息的可靠性，大家群策群力，在交流、討論、爭辯中獲取知識和技能、完成學習任務，增強了學習者協作學習的能力。
2．4微視頻
煤礦企業生產任務繁重，學習時間很難得到保證，造成了員工學習方式的碎片化和微型化。微視頻課程的出現，正好迎合了煤礦員工微型學習的需求［4］。微視頻課程是指具有完整意義的教學知識單元或知識點，通常以2～20min的時間呈現，由多個“知識原子”構成的供學習者自控步調、自主學習的微型教學視頻資源，具有“短、快、精”的特點。目前，現成的煤礦安全生產微視頻課程資源較少，但可以通過以下2種渠道獲取:企業外部資源。我國高校建設的諸多精品課程，如中國礦業大學的《采礦學》、《礦井通風與安全》等課程，提供了大量免費的教學錄像，同時網絡公開課等網絡平臺也提供了為數不少的教學視頻資源，通過技術手段，可以將其改造成適于微型學習的微視頻資源，實現課程資源的重復再利用;企業內部資源。煤礦企業不乏技術標兵和資深專家，他們在日常工作中積累了大量安全生產的技能和經驗，可以將他們最拿手的技能和知識錄制成微視頻，既能供員工學習和借鑒，同時對專家本人來說也是一種精神上的激勵。
2．5手機二維碼
手機二維碼開啟了煤礦安全培訓微型學習的新視角，其學習的流程大致如下:將加載有相應信息的手機二維碼印刷在教材或其他培訓資料上，也可以印刷于生產設備或相關生產場所，學習者用帶有攝像頭的智能手機掃描二維碼圖形，通過手機上安裝的二維碼識別軟件解讀出二維碼信息，這里的信息可能是培訓資源本身，也可能是培訓資源的鏈接網址，學習者只需點擊該鏈接就可獲得相關的擴展知識［5］。可以看出，手機二維碼在學習過程中充當了連接學習者和培訓資源的紐帶角色，這樣的培訓方式特別適合于整體文化水平相對較低的煤礦員工，他們中的大多數人不善于通過網絡獲取知識，或者從來就沒接觸過網絡，手機二維碼正好將所需的知識點推送到學習者面前，使學習具有很強的針對性，極大地拓展了學習者的知識獲取渠道。另外，手機二維碼精確的定位功能，使學習者能在魚龍混雜的海量網絡信息中有效地定位到自己所需的知識，能有效提高學習者的依賴性。
3新媒體技術培訓的效果與展望
3．1新媒體技術培訓的效果對比
為了對比以上幾種新媒體技術在煤礦安全培訓中的應用效果，借助層次分析法來進行定量分析。首先，構造層次結構模型，將整個決策體系分為3層:最高層為目標層，即前文提到的5種新媒體技術的培訓效果對比排序;中間層為準則層，包括教育媒介的融合性、信息感知渠道的豐富性、教學組織的開放性、教育形式的多樣性和教育互動的即時性等衡量指標。鑒于每種教育技術的存在，其最終出發點都在于提高學員的相關知識和技能，因此將知識積累與技能提升也作為衡量指標之一;最底層為方案層，即可供選擇的5種新媒體技術。根據層次結構模型中各要素間的隸屬關系，對同一層次各要素關于上一層次中相關聯準則的重要性進行兩兩比較，在問卷調查的基礎上構建判斷矩陣。邀請專家學者對問卷統計得到的判斷矩陣進行評價和調整，以滿足一致性檢驗要求，最終得到7個判斷矩陣(數據略)。最后，計算判斷矩陣的最大特征值及所對應的特征向量，歸一化后作為新媒體技術培訓效果的權值，最終得到5種新媒體技術的權重排序。
3．2新媒體技術培訓的應用展望
通過上一節的對比分析，可以得到新媒體技術的權重排序依次為:虛擬現實技術(0．4249)、教育網絡游戲(0．2604)、微博和微信(0．1879)、微視頻(0．0835)、手機二維碼(0．0432)，由此說明虛擬現實技術是煤礦安全培訓領域最佳的新媒體培訓技術，該評價結果與新媒體技術在該領域的實際應用也基本吻合，表明獲得的評價結果是合理可信的［6－8］。同時，教育網絡游戲與微博和微信的權重值也較高，前者見長于多感官沉浸的角色扮演式教學，后者則有助于學員的即時互動和協作學習，并且它們在其他教育領域也都顯示出了令人矚目的教學效果。另外，微視頻課程和手機二維碼技術雖然權重值較低，但在學員開展移動學習時擁有優勢，隨著技術的發展和教育理念的更新，這些新媒體技術必將在煤礦安全培訓領域占據一席之地。
4結語
