工程教育模式下礦山壓力與巖層控制教學方法探討

孔德中　曹云欽　吳桂義

摘要：礦山壓力與巖層控制是一門主要講授煤礦井下各種巷道與采場圍巖穩定性及各種礦山災害事故預測與控制的課程，對地質、數學、力學基礎知識要求較高、內容比較抽象且實踐性強。在工程教育背景下，礦山壓力與巖層控制的課程教學應在板書、幻燈片等傳統教學手段的基礎上，加強數值模擬成果以及“雙語”教學在教學中的應用，激發學生對本專業學習和科研的興趣，從而提高教學效果，從傳統的“教師教為主”向“學生學習為主”轉變。

關鍵詞：工程教育；礦山壓力與巖層控制；數值模擬；“雙語”教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0186-02

一、引言

在工程教學背景下貴州大學采礦工程專業人才的培養目標是培養具有良好的人文素質和扎實的數學、力學基礎知識，具有社會責任感和國際視野、創新意識和工程實踐能力，具有團隊合作和管理協調能力，掌握以煤炭開采為主的固體礦床開采基本理論知識，能在固體礦床開采特別是煤礦開采領域從事礦區開發規劃、礦山設計、開采、通風、安全、監察、管理以及科學研究等方面的工程技術人才和管理人才。礦山壓力與巖層控制是采礦工程專業的專業基礎課，礦山壓力與巖層控制是一門主要講授煤礦井下各種巷道與采場圍巖穩定性及各種礦山災害事故預測與控制的課程，對地質、數學、力學基礎知識要求較高，內容比較抽象且實踐性強[1-3]。因此，對于這門課的學習，不僅要求學生學習好這門課程的理論知識，還要學習好理論聯系實際，把學到的理論知識去和工程問題相對應，去嘗試如何解決工程問題[4-7]。

二、存在的問題

當前，在“礦山壓力與巖層控制”的這門課的教學中，教師大都采用的是“教師只講授課本為主，學生被動接受”的傳統的教學模式。傳統教學模式要求教師具備扎實的基礎知識、巧妙的教學方法、先進的教學手段，能夠把學生的注意力吸引到課堂中。同時要求學生有一定的工程力學、巖石力學、彈性力學的基礎，此外還要求學生對專業要有濃厚的學習興趣以及較強的聯想和空間想象能力。

礦山壓力與巖層控制這門課程是在大三上學期開設的，雖然已經在彈性力學與巖石力學兩門課程基礎上開設的，但由于學生認識實習是在磷礦中進行的，或者僅僅對煤礦認識比較淺顯。礦壓書中涉及較為抽象的力學問題的教學往往非常吃力，學生學起來更是費勁，久而久之，學習興趣就會被抽象的力學模型與大量的公式推導所磨滅。特別是在講授“砌體梁”結構（圖1）、老頂載荷q的確定（圖2）、采場支架與圍巖的相互作用關系及護巷煤柱寬度確定等章節時，大量的力學公式推導過程，讓大部分學生理解困難。

三、數值模擬結果引入到礦山壓力與巖層控制的教學

礦山壓力與巖層控制這門課程主要是全面介紹各種采場和巷道圍巖應力分布特征、頂板垮落特征與覆巖運移規律和支架與圍巖相互作用關系及圍巖穩定性控制。傳統的教學手段難以直觀地表達應力分布或者頂板運移的，即便是通過井下實習也看不到巷道及采場周圍的應力分布的，井下實習也只是能看到巷道及采場內的變形與破壞，對于巷道及采場上方圍巖垮落特征與運移規律也是無法看到的。數值模擬不僅能模擬煤巖體開采過程中較為復雜的礦山壓力問題，也能直觀、動態地顯示工作面推進過程中直接頂冒落、基本頂破斷下沉以及地表的巖層移動等過程。當然，礦山壓力與巖層控制這門課程的教學不可能加入大量數值模擬軟件及應用的教學。首先，學時數是不夠的，現有的學時數只能滿足課本大部分內容的教學，甚至不能滿足全部內容的教學，另一方面，數值模擬并不是特別簡單，一學就會的，需要有一定的計算機基礎，也需要花費很多時間的。從圖3—圖4可以讓學生直觀地了解到工作面采出后采場周圍應力分布、直接頂垮落特征、基本頂的破斷特征與頂板結構、頂板斷裂步距。

通過引入數值模擬的成果可以極大地改變礦山壓力與巖層控制課程實踐教學的不足，使學生對很多抽象問題的學習變得直觀具體，使其對巖層控制理論有較為深入的認識，大大地提高課堂教學質量。同時也可以激發學生對科研的興趣愛好，培養學生主動學習、主動思考的創新精神，提高其專業素養與科研能力，為以后的工作與繼續學習打下了基礎。

四、探索“雙語”教學

此外，采礦專業通過工程教育認證之后，我們采礦專業的畢業證書是得到國際認可的。換而言之，我們采礦專業的畢業生可以去國外的礦山進行采礦工作。另一方面，近三十年來中國的采礦技術迅猛發展，很多央企、國企都在國外擁有礦井，采礦專業畢業生有很多機會去國外采礦，這就要求采礦專業畢業生必須具備一定的應用專業外語的能力。以往專業外語作為選修課開設，多個專業內容編在一起，給講授和學習帶來一定困難。因此，教師在講授礦山壓力與巖層過程中，可增加英語原版的相關內容及注解，作為學生學習專業外語的一個“窗口”。但并不是所有內容都有中英文的對照，本身學生的英語基礎就差，如果全部內容都是中英文對照，效果反而會事倍功半。礦山壓力與巖層控制的“雙語”教學主要指的是針對采礦專業的一些專有名詞進行相應的英語解釋以及在課件制作中加入英語的注釋（圖5—圖6）。

五、結論

總而言之，在工程教育背景下，礦山壓力與巖層控制的課程教學應在板書、幻燈片等傳統教學手段的基礎上，加強數值模擬成果以及“雙語”教學在教學中的應用，激發學生對本專業學習和科研的興趣，從而提高教學效果，從傳統的“教師教為主”向“學生學習為主”轉變，更好地培養具有社會責任感和國際視野、創新意識和工程實踐能力，具有團隊合作和管理協調能力采礦工程專業技術人才。

參考文獻：

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[2]李興偉，孫廣義，陳剛.新形勢下礦山壓力與巖層控制教學方法探討[J].經濟師，2013，（7）：225-226.

[3]高召寧.《礦山壓力及其控制》課程教學方法探討[J].中國高等教育，2009，（6）：11-13.

[4]吳仁倫，楊勝利.礦山壓力與巖層控制，課程設計教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2016，（06）：139-140.

[5]孫偉博，王燕，邵小平.礦山壓力與巖層控制課程教學法探討——分組互動教學法[J].教育教學論壇，2016，（02）：167-168.

[6]孫光中，于紅.數值模擬技術在礦山壓力與巖層控制課程教學中的應用[J].職業，2010，（33）：146-147.

[7]馬文頂，許家林，鄒喜正.“礦山壓力與巖層控制”課程實驗教學的探索[J].實驗室研究與探索，2004，（06）：58-60.