《采礦數(shù)值分析方法及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

《采礦數(shù)值分析方法及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱課程名稱：采礦數(shù)值分析方法及應(yīng)用MiningNumericalAnalysisMethodanditsApplication課程編號：021040140課程性質(zhì)：□必修eq\o\ac(□,√)選修課程類別：□通識課程eq\o\ac(□,√)專業(yè)課程￡實(shí)踐教學(xué)適用專業(yè)：智能采礦工程專業(yè)課程學(xué)時：24學(xué)時（理論16學(xué)時，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時）課程學(xué)分：1.5學(xué)分應(yīng)開課學(xué)期：第六學(xué)期先修課程：礦山地質(zhì)學(xué)、材料力學(xué)、巖體力學(xué)與工程、井巷工程與智能掘進(jìn)、采礦學(xué)任課學(xué)院、系部：能源科學(xué)與工程學(xué)院采礦工程系一、課程簡介“采礦數(shù)值分析方法及應(yīng)用”是智能采礦工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)選修課，也是鞏固材料力學(xué)、巖體力學(xué)與工程、礦山壓力與巖層控制等先修課程的重要專業(yè)課程。課程主要講授數(shù)值分析方法的基本原理、FLAC3D軟件的應(yīng)用方法、巷道和采場工程數(shù)值分析等內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生掌握應(yīng)用數(shù)值分析的方法對巷道開挖、支護(hù)、工作面回采等工程活動進(jìn)行模擬和分析。數(shù)值分析是進(jìn)行科學(xué)研究的重要方法之一，通過學(xué)習(xí)本課程，鞏固先修專業(yè)課程的學(xué)習(xí)成效，同時使學(xué)生掌握應(yīng)用數(shù)值分析方法模擬及優(yōu)化復(fù)雜采礦工程問題的科學(xué)方法。二、課程教學(xué)的目標(biāo)及與畢業(yè)要求的關(guān)系（一）課程目標(biāo)課程總目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)工具、采用數(shù)值分析方法模擬及優(yōu)化復(fù)雜采礦工程問題，為采礦工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)合理的解決方案，助力國家智慧礦山建設(shè)。課程目標(biāo)1：應(yīng)用數(shù)值分析方法，借助FLAC3D軟件，針對巷道圍巖穩(wěn)定性、覆巖層運(yùn)動規(guī)律、構(gòu)造應(yīng)力場演化等復(fù)雜采礦工程問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)數(shù)值模型，優(yōu)化施工方案，提出創(chuàng)新技術(shù)方案，保障施工方案安全、高效、節(jié)能、環(huán)保；課程目標(biāo)2：科學(xué)設(shè)計(jì)與工程問題相符的初始應(yīng)力場、邊界條件、接觸面和結(jié)構(gòu)單元，正確處理、分析和評價數(shù)值計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果，獲得合理有效的結(jié)論和規(guī)律；課程目標(biāo)3：針對不同的工程應(yīng)用環(huán)境，科學(xué)選擇數(shù)值分析方法和求解工具，確保獲得滿足工程要求的數(shù)值解。（二）課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1：應(yīng)用數(shù)值分析方法，借助FLAC3D軟件，針對巷道圍巖穩(wěn)定性、覆巖層運(yùn)動規(guī)律、構(gòu)造應(yīng)力場演化等復(fù)雜采礦工程問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)數(shù)值模型，優(yōu)化施工方案，提出創(chuàng)新技術(shù)方案，保障施工方案安全、高效、節(jié)能、環(huán)保；3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對復(fù)雜采礦工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。3.2能夠利用計(jì)算機(jī)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)原理，設(shè)計(jì)滿足特定需求的生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝流程課程目標(biāo)2：科學(xué)設(shè)計(jì)與工程問題相符的初始應(yīng)力場、邊界條件、接觸面和結(jié)構(gòu)單元，正確處理、分析和評價數(shù)值計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果，獲得合理有效的結(jié)論和規(guī)律；4.研究：能夠基于科學(xué)原理，采用科學(xué)方法對采礦工程、智能開采中的工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.3能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論和規(guī)律課程目標(biāo)3：針對不同的工程應(yīng)用環(huán)境，科學(xué)選擇數(shù)值分析方法和求解工具，確保獲得滿足工程要求的數(shù)值解。5.使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.3能夠開發(fā)、選擇與使用現(xiàn)代工具預(yù)測、模擬及優(yōu)化復(fù)雜安全工程問題，以及理解其局限性三、課程教學(xué)的基本內(nèi)容及教學(xué)安排（一）課程教學(xué)的內(nèi)容及學(xué)時安排知識單元知識點(diǎn)學(xué)時數(shù)課程目標(biāo)線下授課線上授課實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐1.緒論1.1課程學(xué)習(xí)目的和講解內(nèi)容1.2課程在專業(yè)體系中的價值1.3課程學(xué)習(xí)方法和考核方式1課程目標(biāo)1、32.數(shù)值分析概述2.1數(shù)值分析概念、常用數(shù)值分析方法2.2數(shù)值分析軟件的選擇2.3數(shù)值分析流程1課程目標(biāo)1、33.FLAC3D基礎(chǔ)知識3.1FLAC3D軟件特點(diǎn)及基本命令3.2入門案例分析2課程目標(biāo)14.FLAC3D網(wǎng)格建模4.1網(wǎng)格單元的基本類型4.2FLAC3D內(nèi)置網(wǎng)格建模4.3內(nèi)置拉伸工具建模44課程目標(biāo)15.述初始應(yīng)力場和邊界條件5.1初始應(yīng)力場5.2邊界條件2課程目標(biāo)26.接觸面6.1接觸面原理6.2接觸面創(chuàng)建6.3接觸面參數(shù)選擇2課程目標(biāo)27.結(jié)構(gòu)單元7.1結(jié)構(gòu)單元概述7.2結(jié)構(gòu)單元創(chuàng)建2課程目標(biāo)28.案例分析8.1礦井開采工程案例數(shù)值分析24課程目標(biāo)1合計(jì)168（二）課堂實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號項(xiàng)目名稱內(nèi)容、要求學(xué)時實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類別實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標(biāo)1網(wǎng)格建模內(nèi)容：1.1內(nèi)置命令流網(wǎng)格建模1.2內(nèi)置拉伸工具建模要求：1.1熟練掌握FLAC3D軟件常用的內(nèi)置關(guān)鍵命令流。1.2熟練掌握應(yīng)用內(nèi)置命令流建立各種復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型的方法。1.2掌握應(yīng)用FLAC3D軟件內(nèi)置拉伸工具建模的方法。4上機(jī)綜合型根據(jù)選課人數(shù)設(shè)置必做課程目標(biāo)12深井巷道圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬內(nèi)容：建立不同應(yīng)力狀態(tài)下巷道模型，并對其破壞特征進(jìn)行分析。要求：掌握應(yīng)用數(shù)值分析方法模擬及優(yōu)化復(fù)雜采礦工程問題的思路及科學(xué)方法。4上機(jī)綜合型根據(jù)選課人數(shù)設(shè)置必做課程目標(biāo)2、3注：實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類別：專業(yè)、上機(jī)等實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：操作型、驗(yàn)證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系本課程先修課程為礦山地質(zhì)學(xué)、材料力學(xué)、巖體力學(xué)與工程、井巷工程與智能掘進(jìn)、采礦學(xué)等。五、教材與其他教學(xué)資源（含教學(xué)參考書或在線資源）（一）建議教材（建議選用新出版的國家級規(guī)劃教材）[1]彭文斌.FLAC3D實(shí)用教程（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.（二）其他教學(xué)資源[1]陳育民.FLAC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實(shí)例(第2版).北京：中國水利水電出版社，2013.[2]石崇，王如賓.實(shí)用巖土計(jì)算軟件基礎(chǔ)教程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.[3]石崇，褚衛(wèi)江，鄭文棠.塊體離散元數(shù)值模擬技術(shù)及工程應(yīng)用.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.[4]李佳宇，張子新.FLAC3D快速入門及簡單實(shí)例.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.六、教學(xué)方法與學(xué)習(xí)建議1.教學(xué)方法授課方式：以線下講授、上機(jī)演示、課堂討論為主，以課程項(xiàng)目、課外作業(yè)為輔，結(jié)合線上資源自主學(xué)習(xí)，通過強(qiáng)化平時考核和過程考核，促進(jìn)學(xué)生對課程重難點(diǎn)知識的理解與掌握，提升教學(xué)效果。重點(diǎn)掌握：網(wǎng)格建模、初始應(yīng)力場和邊界條件、接觸面、結(jié)構(gòu)單元難點(diǎn)：如何將復(fù)雜工程問題轉(zhuǎn)化為給定邊界條件、獲得滿足工程要求的數(shù)值解。2.學(xué)習(xí)建議（1）本課程核心內(nèi)容與材料力學(xué)、巖體力學(xué)與工程、礦山壓力與巖層控制等先修課程聯(lián)系緊密，在學(xué)習(xí)本課程之前和學(xué)習(xí)過程中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)這些先修課程的學(xué)習(xí)。（2）學(xué)習(xí)過程中要重視參考軟件內(nèi)置的說明手冊，這是最為全面的參考資料，同時也是很多參考書編寫的基礎(chǔ)，包括軟件理論基礎(chǔ)、使用方法及詳細(xì)的說明文獻(xiàn)。（3）除了本教學(xué)大綱推薦的教學(xué)參考書和學(xué)習(xí)網(wǎng)站，也可在互聯(lián)網(wǎng)檢索巖土工程、土木工程等相關(guān)專業(yè)的仿真論壇，進(jìn)行廣泛的交流和學(xué)習(xí)。（4）本課程以軟件操作為主，需要一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)過程中，課下要增加練習(xí)時間，盡快掌握軟件操作方法，以提升課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)效果。七、課程考核及成績評定方式（一）課程考核（說明考核方式及占總成績的比例）基于《采礦數(shù)值分析方法及應(yīng)用》學(xué)習(xí)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，制定本課程考核方法。課程考核總成績由平時考核成績（15%，課堂出勤、課堂討論）、過程考核成績（35%，課程項(xiàng)目、課后作業(yè)）和結(jié)課考試成績（上機(jī)考試，50%）三部分組成。具體考核方案及權(quán)重見下表：課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)權(quán)重合計(jì)平時表現(xiàn)過程考核結(jié)課考試課程目標(biāo)15%20%30%55%課程目標(biāo)25%10%15%30%課程目標(biāo)35%5%5%15%合計(jì)15%35%50%100%（二）課程目標(biāo)與考核內(nèi)容的關(guān)系課程具體目標(biāo)與知識單元和考試內(nèi)容的關(guān)系如下：課程目標(biāo)知識單元考試內(nèi)容1.應(yīng)用數(shù)值分析方法，借助FLAC3D軟件，針對巷道圍巖穩(wěn)定性、覆巖層運(yùn)動規(guī)律、構(gòu)造應(yīng)力場演化等復(fù)雜采礦工程問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)數(shù)值模型，優(yōu)化施工方案，提出創(chuàng)新技術(shù)方案，保障施工方案安全、高效、節(jié)能、環(huán)保。FLAC3D基礎(chǔ)知識FLAC3D網(wǎng)格建模案例分析1.內(nèi)置命令流網(wǎng)格建模2.內(nèi)置拉伸工具建模3.礦