采礦工程專業學生地下開采空間概念培養研究

摘 要：對煤礦采礦工程專業學生培養方式存在的不足進行了分析。介紹了一套培養模式：促進學校、學院（系）、教師、學生、煤礦形成五位一體的合力作用;改進實驗課、理論課、實習三大教學方式相結合的礦井空間概念的各環節。改進的著力點主要從存在問題的實習、實驗環節入手。由此開展實驗室、實習基地和產學研基地的建設，改進現場實習培養方法，完善教學方法和培養模式，使學生培養更貼近現場實際。

關鍵詞：煤礦；地下開采；空間概念 培養

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A文章編號：16721101(2011)01010504

收稿日期：20100820

基金項目：2009年安徽理工大學能源與安全學院教研資助項目。

作者簡介：成云海，(1970-)，男，山東新泰人，副教授，碩導，博士，主要研究方向為巖層運動與礦山壓力控制。

Research on the cultivation of the spatial concept of

underground mining for mining engineering students

CHENG Yun-hai1，2，BAO Ming1，2

(1. School of Mining and Safety Engineering， Anhui University of Science and Technology， Huainan， Anhui 232001， China;

2. The MOE Key Laboratory of Coalmine Safety and High Efficiency Mining， Anhui University of Science and Technology， Huainan， Anhui 232001，China)

Abstract: This paper analyzes the inadequacies in the cultivation models of coalmine mining engineering students. It introduces a series of cultivation models: the promotion of the joint effects of school， college (department)， teachers， students and mines; the improvement of each link of spatial concept of underground mining in the combined teaching methods of experimental classes， theoretic classes and internship. With the emphases of improvement laid on the links of internship and experiment， we are to develop the construction of laboratories， internship bases and production learning research bases， to improve the cultivation methods of on-the-spot internship， and to perfect teaching methods and cultivation models so as to bring students closer to the reality at the scene.

Key words: coal mine; underground mining; spatial concept; cultivation

一、概述

煤礦采礦工程專業學生的地下空間概念是采礦設計的前提，該概念指煤礦井下復雜的采場、巷道、硐室與地質構造的立體相互關系，該空間的運轉，為實現礦井采煤掘進、提升運輸、供電供水、一通三防等諸多功能提供安全高效服務。

現行培養方法是，通過課堂講解（輔以PowerPoint、專題短片等演示）－實驗室模型觀摩

－現場實習－設計應用的四級培養過程。其注重的是學生的采礦理論、采礦生產知識，尤其注重采礦理論如何應用于礦井生產。其知識點較多，涉及通風學、采礦學、提升運輸、礦山壓力與巖層控制、采礦機械等，是橫向的培養。將各知識點融會應用，即在現場生產的實際應用則是縱向培養，體現在教學方面，主要是采區設計和礦井開拓設計。對鞏固學生課堂所學的理論知識、增加生產實踐知識、幫助學生建立礦井空間概念，進行工程素質的基本訓練等起著重要作用，其效果好壞將直接影響上述課

程的學習。由于學生缺乏礦井空間概念，使設計質量不高，與現場實際應用相去甚遠，成為學生學習和教師教學的難點。

因此，大部分學生缺乏宏觀與微觀統籌的煤礦地下開采空間概念，不能深刻領悟教材，做不出高水平的采區設計和開拓設計，畢業后在生產單位不能迅速適應現場工作，需要2-3年甚至更長時間，才能培養地下空間概念^［1-5］。

如何引導學生培養地下開采的空間概念，迅速適應工作，是采礦教學亟待研究和現場急需落實的重要教研課題。為解決上面問題，形成有效的培養方式尤其重要^［6-9］。

二、地下開采空間概念培養存在問題與改進

礦井空間概念的培養，體現在學校、學院（系）、教師、學生、煤礦五位一體的合力作用，體現在實驗課、理論課、實習三大教學環節相結合的教學效果，改進的著力點也主要從存在問題的實習、實驗環節入手。

(一) 實驗存在問題與改進

1. 存在問題

（1）實踐證明，利用采礦實驗模型教學是行之有效的培養學生空間概念的重要方法。

但由于模型是縮小了的現場布置，因此難以讓學生培養真正的現場空間感覺，實物同比例模仿現場有一定難度，這也是采礦實驗模型教學不足之處。

（2）目前學生上實驗觀摩課，教育部要求每批學生不超過15人，提高了教學效果。但是量（實驗室聽課時間和觀摩時間）與質（學生觀察的細致性、全面性及思考空間布置的依據等）難以保證，由于時間緊湊，工作量大，因而達不到很好的效果，如清理斜巷和豎井井底到達水平后，還要向下延續20m的豎井，大部分的學生在畢業設計時，都不能理解，重復向教師提問這樣的問題。

（3）目前在相關高校都有較為齊備的實驗室模型，如焦作的現代化礦井模型，但用過幾年后，系統就不能正常運轉了，影響教學質量。

2. 改進方法

針對上述問題，學校利用國家級特色專業建設資助等，進行了如下改進。

（1）建設等比例仿真多功能巷道

2009年，安徽理工大學在地面建設了礦井巷道與生產系統實物模型，如圖1所示。

圖2為巷道功能設計模塊圖，包括四個模塊，即系統安裝、斷面形狀、

監測系統、支護方式等，還含有交叉點（牛鼻子）、炮眼布置斷面、軌道（含車場）等，使巷道斷面設計、爆破設計、支護設計及巷道設備設施布置、觀測系統等于一體。建立礦山壓力地面實時監測系統，將煤礦井下各類巷道在地面建造，并安裝機電設備和各種監測信號，形成一個大型實驗環境，能完成十幾項實驗項目。

圖2 巷道功能設計

以上對鞏固學生課堂所學的理論知識、增加生產實踐知識、幫助學生建立礦井空間概念、進行工程基本素質的提高等起著重要作用。

（2）加強實驗觀摩實習的量與質的過程控制

以實驗觀摩“現代化礦井模型演示系統”為例，按圖3對系統進行全面細致的講解，注重礦井生產在時間和空間上的配合關系。

圖3

（3）現有實驗室模型完好率的管理完善

及時與廠家聯系，對失修損壞模型進行維修；同時積極引進廠家提供的更穩定可靠的模型。

(二)現場實習存在問題與改進

在實際的培養過程中，針對以往存在問題，采取下列措施進行了改進。

1.存在問題

（1）學校方面實習經費不足，在礦上實習時間不足，完不成下井次數；

（2）實習指導教師隊伍相對穩定，但帶隊年輕實習教師缺乏現場經驗，不能正確引導學生培養地下開采空間概念；

（3）實習大綱已經趨于合理，但對學生的實習成績考核不到位，僅對實習日志和實習報告等書面資料做檢查，過程細節不便落實，不能有效考核實習效果；

（4）接受實習的單位方面由于安全和生產壓力巨大，很難積極配合和協助落實學生完成實習任務，安排盡量少的下井次數，即使下井也是快速通過，現場講解少，更談不上盯班；如果實習地點是普采面，那么綜采采煤工藝就得不到實習；

（5）聯系實習地點困難，難以安排住宿，甚至將住宿安排在村鎮小賓館，冬天冷，夏天熱甚至蚊蟲叮咬，學生到了就想返校，影響實習效果；

（6）煤礦技術管理人員也沒有足夠的時間給予充分的協助培養，水平高的工程師工作繁忙，不能給學生講課，而其他的工程師講課達不到理想效果，備課不充分，學校和礦方沒有給現場講課的工程師應有的講課費，靠的是思想覺悟，致使達不到現場實習的預期效果；

（7）有些學生實習積極性不高，實習時間正是補考時間，學生還要忙著補考，或者忙著考公務員、研究生，影響了實習效果。

2. 改進方法

近年來，安徽理工大學以適應煤炭工業發展的需要為目標，以能力培養為核心，針對上述存在的七項問題，進行了如下改進：

（1）學校充分認識到了在現場實習培養空間概念的重要性，優先保障學生實習經費，增加實習補助，2010年增加40%，全部報銷路費，改變原來僅在安徽省實習的慣例，可以到省外實習，派出部分學生到波蘭交流實習；讓學生到地表巖土工程與非煤礦山實習；

同時聯系條件好的企業解決學生住宿，在一定程度上有效的彌補了經費不足的困難；

（2）采礦工程系青年教師輪崗，制定了下實驗室計劃安排表，提高對礦井相關模型的熟悉程度；實行青年教師導師制，其內容是經驗豐富的老教師帶新教師，迅速提高新教師的業務水平；采礦工程系青年教師利用寒暑假去礦參加生產實習，每年安排1~2名具有博士學位的年輕教師到國外做訪問學者1年，數名年輕教師到礦掛職鍛煉1年；

（3）學院建立實習檢查制度，增加對實習的效果、安全等的管理；

實行本科生導師制，每個教師帶10名學生，并定期評選實習、畢業設計先進指導教師。

鼓勵本科生學習現場技術，參與科學研究，對發表相關論文的學生，在核心期刊上發表的文章獎勵1 000元，報銷版面費；

（4）對現場企業配合不夠到位等難題（問題的4~6條），做法如下：

加強校外實習基地的建設，構建系統的實習教學及管理體系。目前，采礦工程專業已與淮南、淮北、皖北、新集、徐州、大屯、兗州等礦業集團18個生產礦井簽訂了學生實習相關事宜，建立了學生認識實習、生產實習、畢業實習基地，并在此基礎上進一步完善基地的實習管理制度、考評制度、實習課程設置、實習規范等，構建系統的實習教學及管理體系，為課程設計和畢業設計奠定基礎，完善和發展采礦工程學科課外實踐教學模式，促進采礦工程專業學生綜合素質的提高。

建立產學研基地，一方面，在產學研合作育人過程中，可充分利用煤炭企業所具備的實習基地資源和設備資源，強化實踐教學環節。另一方面，可從實習單位選配有經驗的技術人員參與對學生實習、實驗的指導，并及時向學校提供學生實習、實踐的綜合情況。學生畢業設計選題結合煤礦生產的實際問題進行。畢業設計由相關部門工程技術人員和高校的教師共同指導，充分發揮高校外部的教育資源，為提高采礦專業學生的綜合素質創造良好的環境。

（5）針對部分學生積極性不高的問題，采取的做法是：

在現場工程師上課時，保證學生的聽課質量。要求帶記錄本，對重要的圖進行手工繪制，養成勤于動手的習慣和積累系統資料的習慣；

由學生來制定下井的具體目標，落實到每一次下井，自己確定下井觀察內容；

每個學生分頭收集不同的專業資料，形成壓力傳遞機制，讓每個學生都要獨立考慮、完成屬于自己的任務；

每次下井前提出不少于20個問題，提前查資料，在下井前的晚上回答問題，有利于學生下井將書本知識與現場實際生產設計相聯系；

按標準評學生作業，實習成績按優良中差合理分配，認真考核實習質量，使學生自我加壓；

實習時讓學生總結礦上技術材料，這是學生普遍缺少的技能，同時也正是一項需要培養的重要技能。

(三) 理論教學的完善

理論教學方面存在的重要問題是空間想象能力不足。為此近年來通過積極建設精品課程和核心課程的紙質、電子教材、講義、多媒體課件等立體化教材體系建設。注重課堂講解，以實際工程案例引發學生興趣，逐步培養了學生從空間角度處理問題的習慣。

另外，加強設計指導，經常與學生探討一些相關問題，使指導具有針對性。

三、小結

通過完善教學方法和培養模式，加快實驗室、實習基地和產學研基地建設，有許多學生在省級、國家級刊物發表了高水平的專業文章，課程設計、畢業設計質量也有了明顯提高，使學生培養更接近了現場，縮短了學生成才的時間。采礦工程專業學生地下開采空間概念培養研究取得了初步成效。

下一步的工作是：開放模型實驗室，反復強化學生的礦井立體概念；建設大型液壓加載模擬實驗架，提高學生對巖層結構與巖層運動的空間認識；隨著計算機信息技術和巷道、采場三維設計技術的發展，進行煤礦井下的立體仿真設計（含動畫演示）；利用三維數字電影、四維數字電影演示采礦立體系統等讓學生對井下實景有真實感受^{［10，11］}。

參考文獻：

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［11］ 熊祖強，丁明，趙輝. 采礦工程專業虛擬實習及教學技術研究［J］. 河南理工大學學報:社會科學版，2009，10（3）：544-547.［責任編輯：吳曉紅 李 麗］

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