1.实验方法描述

本实验基于虚拟仿真实验平台进行，需要4学时。学生本地电脑上需要准备Firefox 50.0以上版本等浏览器，电脑能够上网。

2.“开始实验”前的学生交互性操作步骤说明

（1）打开浏览器，在地址栏中输入网站网址：http://vlab6.cqu.edu.cn。登录账号密码进入教学中心，点击实验库管理，选择实验。

（2）打开后的实验环境界面上半部分为实验相关信息，包括实验名称、实验类型、所属课程名称、实验要求、实验报告内容等，如图6所示。

（3）拖动页面右侧的滚动条，可以看到页面下半部分的实验平台，点击页面中的“开始实验”按钮即可开始实验。

分别点击界面左侧的井下漫游模块、基础知识学习模块、案例教学模块、综合设计模块、辅导答疑模块、水平测试模块，进入到相应的模块中。

3.实验过程

（1）井下漫游模块

展现形式：三维虚拟仿真，沉浸式再现，同时有语音提示。

思路：从地面—井底车场——运输大巷——采区，漫游人员行进过程中可以改变方向，如转到左侧，相应看到巷道左侧相关物体，每漫游到一条巷道或者一个设备，都有语音提示，并且见到设备是处于运行状态。

方法：三维虚拟仿真。

图1 矿井三维虚拟仿真

（2）基础知识学习模块

通过文字、语音、图片、视频和虚拟仿真的形式展现。

该模块分成3个子模块，一个子模块是基本知识点学习（低阶性），主要学习一般条件下上山、区段巷道、采区采场、绞车房等采区巷道与硐室的布置以及采区内各种运输设备的适用条件等知识，以文字为主，辅以语音、图片、视频等形式，加以展现；第二个子模块是复杂生产地质条件采区巷道设计（高阶性、学科交叉融合性），主要学习高瓦斯、煤与瓦斯突出、三软、地质构造等条件下采区巷道及硐室的布置和运输设备的选择，以三维虚拟仿真、情景再现为主，结合文字和图片的形式展现；第三个子模块煤矿绿色智能开采采区设计模块（高阶性、学科交叉融合性），学习绿色开采在采区巷道布置方面的体现，如全煤巷或少岩巷布置、无煤柱护巷的区段巷道布置、高瓦斯和煤与瓦斯突出的瓦斯抽采巷道布置等；学习煤矿智能安全生产的原理以及对采区巷道设备的配置要求，如采区内传感器布置位置、采区智能通风与实时监控、采区智能除尘、地面一体化管控平台组装等，该子模块以三维虚拟仿真、视频、图片、文字、语音的形式展现。

布置30-40道选择题，让学生完成作业，系统自动评定成绩，并对该生做错的题目进行点评。

（3）案例教学模块

本模块通过图片、语音和文字的形式展现，案例引入一些实际矿井的单一缓倾斜煤层采区，让学生分析该采区巷道布置、煤柱留设、巷道掘进顺序和生产系统、优缺点及适用条件。学生进入某一案例后，虚拟仿真系统显示该案例采区的平剖面图，巷道进行了编号，采用选择的方式，让学生随机选择一个案例，采用做选择题的方式，分析该采区巷道布置、煤柱留设、巷道掘进顺序和生产系统，其主要目的是锻炼学生的识图能力。

系统预先植入多种条件单一缓倾斜煤层采区案例，至少包含一种智能安全生产的采区，每个案例都带有相应的习题集、答案及点评。

① 两煤上山区段留煤柱采区；

② 两煤上山沿空留巷采区；

③ 两岩上山沿空留巷采区；

④ 两岩一煤上山沿空留巷采区；

⑤  三煤上山、沿空留巷采区；

⑥ 三岩上山沿空留巷采区。

共计30~40个选择题，系统自动评估学生成绩，并给出点评。

图2 案例教学界面截图

（4）综合设计模块

学生可以输入或者选择采区地质条件和几何参数，自主设定实验条件，根据输入或者选择巷道布置参数不同，提出3种采区设计方案。虚拟仿真系统自动把所有未违背煤矿安全规程、空间上可行的方案的详细经济比较显示在一个表上（上山、石门、区段巷道掘进费），学生确定最优的方案，然后系统自动把学生选择的最优方案和系统储存的最优方案的进对比显示在另一个表上，从而让学生明白自己的不足，接着选择或输入实验心得体会，然后必须点击提交，保存实验数据，系统自动生成实验报告。系统根据生成的实验报告对学生此次实验进行点评。设计过程见图8所示。

5）辅导答疑模块

系统提供答疑室功能，学生和老师可以多对一和一对多交流。

图3 辅导答疑界面截图

（6）水平测试模块

      最终单一缓倾斜煤层采区巷道布置设计实验成绩为：作业（基本知识模块，占比0.1）+案例分析（占比0.2）+实验报告（占比0.1）+综合设计（占比0.6）。如果作业成绩、案例分析成绩、综合设计成绩和实验报告成绩有一个及其以上不及格，则系统显示该学生成绩不合格。

学生交互性操作步骤数：

       学生交互性操作步骤说明：

学生综合设计包括如下步骤：

第一步：选择采区尺寸。走向（3000m、4000m、5000m）；倾斜长1500m、1000m、800m）；

第二步：设置采区煤层及其顶底板地质条件，生成采区三维地质模型。选择煤层厚度（3.0m、5.0、8.0m各一种）、倾角（13°、16°、18°、25°）、煤层瓦斯（选择高瓦斯、低瓦斯、煤与瓦斯突出）、煤层坚固系数（0.8、2）；煤层顶板坚固系数（2、6），煤层底板坚固系数（2、6），系统默认顶底板厚度为30m；

第三步：选择采区生产能力。系统根据煤层厚度、采区尺寸以及我国一个采区一般服务年限，自动生成一个具有3个选项的生产能力范围（如180万吨、240万吨、300万吨），学生选择采区的生产能力。

系统根据煤层的瓦斯、坚固系数和生产能力，自动把大巷数目、层位、与煤层法向距离以文字形式告诉学生。

第四步：选择采区边界煤柱尺寸（10m、15m、20m、30m）；

第五步：选择方案（1、2、3）

第六步：选择上山数目（2条、3条）；

第七步：选择各条上山层位（沿煤层上山、沿岩层上山。系统默认运输上山与轨道上山平行，且处于同一层位）。

a、“第八步”：如果是所有上山均是沿煤层上山，选择间距（20m、30m、40m）、上山左右两侧分别选择煤柱宽度（20m、30m、40m）；

b、“第八步”：如果所有上山是沿岩层上山，选择上山与煤层法向距离（10、15m、20m）（系统默认所有上山倾斜方式相同，且各条上山倾角和层位一样）；上山间距（10、15m、20m）、上山煤柱宽度(20m、30m、40m)；

c、“第八步”：如果是回风上山是煤层上山（系统默认真倾斜），而运输上山、轨道上山是岩层上山。选择选择运输上山和轨道上山与煤层法向距离（10m、15m、20m）；运输上山和轨道上山间距（10m、15m、20m）、上山煤柱总宽度(20m、30m、40m)；（系统默认回风上山处于运输上山和轨道上山之间）

第九步：选择轨道上山的运输方式（无轨胶轮车、绞车提升），运输上山系统默认胶带输送机运输；

第十步：选择区段数量（3、4、5）；

第十一步：选择区段煤柱尺寸；

第十二步：学生选择采区上部车场（平车场、甩车场）、中部车场（摔入石门、摔入绕道、摔入平巷）、下部车场形式（主运输：无车场，大巷装车、石门装车、绕道装车；辅助运输：（无车场、顶板绕道、底板绕道）；

第十三步：选择煤仓（有、无）。

第十四步：选择瓦斯、一氧化碳、粉尘智能检测探传感器布置位置；

重复第五步-第十五步，作为方案2；方案2和方案1上山布置或者区段巷道布置必须不同；

重复第五步-第十五步作为方案3，方案3和方案1、方案2上山布置或者区段巷道布置必须不同）；

第十五步：系统显示几种方案比较的明细表，选择最优方案（1、2、3）；

系统默认3m煤层同采2个工作面，5m和8m一个工作面生产；

第十六步：系统显示学生最优方案和系统预设最优方案比较的明细表；

第十七步：三维显示系统预设最优方案。

第十八步：选择实验心得体会

第十九步：点击实验提交。