智能化開采條件下的煤礦安全專業人才培養模式

劉軍　賈宏福　楊通　單文娟

摘要：目前，我國煤礦開采正在向智能化開采、無人化開采方向發展，煤礦安全專業的人才培養模式遇到了教材與現場偏差較大、專業方向單一，綜合能力不足、學生實踐能力不足等不適應的現象。針對這種情況，提出了注重課程設置的調整、增加開放實驗教學、虛擬仿真技術的使用、前沿科技的學習等四種手段。有效促進了學生專業能力的培養，對新形勢下的煤礦安全專業人才培養具有重要意義。

關鍵詞：智能化開采；無人化開采；人才培養；虛擬仿真

煤炭作為我國最主要的一次能源，其戰略地位無法取代。據預測，到2050年，煤炭在我國一次能源消費中占50%以上。我國能源技術革命創新行動計劃（2016～2030年）提出研發高效建井和快速掘進、智能化工作面、特殊煤層高回收率開采、煤炭地下氣化、煤系共伴生資源綜合開發利用等技術，重點煤礦區基本實現工作面無人化。胡省三等的總結認為，我國煤炭綜采技術經歷了3個階段，目前正向智能化方向發展。謝和平院士提出煤炭革命發展的3.0、4.0、5.0階段，4.0階段要實現智能化無人開采。袁亮院士提出結合采礦、安全、機電、信息、計算機、互聯網等學科，實現未來采礦智能化無人安全開采。王金華、王虹、張科學、葛世榮等從不同的方面對智能化開采的關鍵技術、采煤裝備等進行了研究。戴廣龍、蘇三慶對新形勢下的煤礦主體專業、安全工程專業人才培養模式進行了探討。

針對智能化開采、無人化開采等新的煤炭開采條件，創新煤礦安全專業學生培養模式，完善和促進煤礦安全專業的健康發展，為煤炭企業輸送優秀、稱職的高技術人才提供幫助。

一、智能化開采的特點與發展趨勢

（一）煤炭無害化開采

根據我國《能源技術革命創新行動計劃（2016～2030年）》，煤礦開采需加強煤炭開發生態環境保護，井下采選充一體化、綠色高效充填開采、保水開采、無煤柱連續開采、礦區地表修復與重構等關鍵技術，基本建成綠色礦山。提升煤炭開發效率和智能化水平，研發高效建井和快速掘進、智能化工作面等技術。

（二）有限無人化開采

智能化開采要求在工作面正常生產期間，工作面中無人或基本無人操作，僅在設備正常維護、檢修和特殊情況處理時，人員才進入工作面進行維護，實現有限條件下的無人化開采。

（三）煤炭精準化開采

精準開采是基于透明空間地球物理和多物理場耦合，以智能感知、智能控制、物聯網、大數據、云計算等作支撐，將不同地質條件的煤炭開采擾動影響、致災因素、開采引發生態環境破壞等統籌考慮，時空上準確高效的煤炭少人（無人）智能開采與災害防控一體化的未來采礦新模式。

（四）無人化N00工法

何滿潮院士提出的煤炭顛覆性技術革新方向，110工法、N00工法到自動化、智能化、無人化110工法、N00工法是我國礦業技術變革的第三次探索。N00工法已實現采、掘、運切、支、護一體化，未來可朝著煤炭開采自動化、智能化、無人化的方向發展。

（五）流態化開采

中國工程院《煤炭清潔高效開發利用和煤基多元智能協調能源系統戰略研究》項目中提出了固態資源流態化開采的科學構想，形成深部煤炭資源全覆蓋的無人開采技術與裝備支撐系統，包括建立基于“透明礦井”技術的無人化開采技術體系。

二、新形勢下煤礦安全專業人才培養存在的問題

（一）教材與現場偏差較大

教材內容比較陳舊，更新速度較慢。以煤礦瓦斯抽采技術為例，教材中的鉆機、抽采泵站、封孔方法等多是十幾年前的老方法，目前定向鉆孔、大功率泵站、帶壓封孔技術等已經得到推廣應用。學生所學知識與現場實踐偏差較大，學生學習積極性不高，學習效果較差。

（二）專業方向單一、綜合能力不足

安全專業是一個跨學科的綜合性專業，煤礦安全是以煤礦開采為背景，保障煤礦安全生產的傳統安全專業。在智能化開采條件下，煤礦機械化、自動化水平不斷提高，采煤、通風設備、技術手段等顯著提高。新的背景條件下，必須增強學生適應新環境的能力。

（三）學生實踐能力不足

煤炭為特殊行業，井下環境復雜，危險系數高。學生下井需要專業培訓，且必須有熟練工人帶領，學生實習機會較少，對現場缺乏感性認識。如何找到一種既保障安全，又能提高學生實踐能力的新方法，是煤礦安全專業亟待解決的問題之一。

三、新形勢下煤礦安全專業人才培養模式

（一）課程設置的調整

目前，我國煤炭安全專業開設的專業課以《礦井通風與安全》、《礦井瓦斯防治》、《礦井火災防治》等防治傳統自然災害為主，如圖1所示，已無法適應智能化開采條件下，煤炭企業對工程技術人員的需求。

同時，智能化開采過程中，大量自動化技術、信息化技術得到使用，本科教學過程中應增加開設《機械自動化》、《自動控制系統》、《微機控制技術》、《信息技術》等課程，培養跨學科專業人才。

（二）開放實驗教學

開放實驗教學指由教師或學生提出實驗目標或創設問題情景，學生經自主性學習研究、自行設計實驗方案并獨立完成實驗的一種教學方動手實驗。煤礦安全是專業性、實踐性很強的特殊專業，智能化開采技術實施后，煤礦企業對實踐能力強、掌握多學科專業技術人才的需求量大增。高校應適時增加此類教學活動。

目前，學校安全學院開設有178個開放實驗，內容涵蓋礦井通風參數測試、煤的力學性質測試、瓦斯抽采參數測試、煤堆自然升溫過程溫度變化測定等；電氣學院和計算機學院開設有113個開放實驗，內容包括控制系統的穩定性分析、信號與系統復頻域分析等自動控制內容。鼓勵學生跨學科開展實驗教學，能夠有效提高學生的綜合實踐能力。

（三）虛擬仿真技術的使用

虛擬仿真技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，針對煤礦安全專業，利用虛擬仿真技術建造的仿真實驗實訓室擁有傳統實驗（訓）室難以比擬的優勢——安全高效。煤礦作為一個特殊行業，井下環境復雜、危險性高。充分利用虛擬仿真技術，可以在安全的條件下，虛擬一些危險的實驗。

目前，學校設置了煤礦開采虛擬仿真實驗教學中心、安全與消防工程虛擬仿真實驗教學中心、礦山電氣工程虛擬仿真實驗教學中心等3個虛擬仿真實驗室。開設有煤礦開采虛擬仿真實驗室、煤礦火災數值模擬、煤礦動力災害數值模擬實驗室、煤礦巖層移動數值模擬實驗室、煤礦通風安全仿真實驗室等5個仿真實驗室。其中煤礦開采虛擬仿真實驗室建有3通道立體沉浸式環幕系統，能夠營造逼真的實驗環境和試驗對象，裝備有自研的虛擬仿真軟硬件系統；煤礦火災數值模擬實驗室裝配有高性能計算機和FLUENT數值計算軟件，為火災虛擬仿真實驗提供數據依據；煤礦動力災害數值模擬實驗室裝備有RFPA含瓦斯煤巖破裂數值模擬軟件，為煤礦瓦斯突出災害虛擬仿真提供理論數據支撐；煤礦巖層移動數值模擬實驗室安裝有UDEC和2D-BLOCK軟件，能夠為煤礦頂板事故災害虛擬仿真提供數據支持；煤礦通風安全仿真實驗室裝備有礦井通風系統和礦井瓦斯爆炸物理仿真系統，能夠為礦井瓦斯爆炸及礦井通風虛擬仿真提供數據支持。

（四）前沿科技的學習

目前的科技發展日新月異，一大批科研成果得到推廣應用。在本科生教育中加強學術前沿講座的應用，用報告人的人格魅力和學科前沿的學術思想影響學生，能夠有效提高學生的專業認同感和專業自豪感。同時，隨著本科生參加大學生創新性實驗與各類科技競賽的機會逐漸增多，對于本科生創新思維和創新能力的培養顯得尤為重要。通過對本科生系統開展學術前沿講座，使得學生準確把握學科發展動態，初步了解科研方法，培養創新能力，能夠為學生今后的繼續深造與走上工作崗位提供有力幫助。

四、結論

通過查收資料、分析現場實際情況，得出如下結論。

煤礦智能化開采的發展趨勢為：煤炭無害化開采、有限無人化開采、煤炭精準化開采、無人化N00工法、流態化開采。

新形勢下煤礦安全專業人才培養存在的問題：教材與現場偏差較大、專業方向單一，綜合能力不足、學生實踐能力不足。

新形勢下煤礦安全專業人才培養應向如下模式轉變：注重課程設置的調整、增加開放實驗教學、虛擬仿真技術的使用、前沿科技的學習。

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[12]蘇三慶，楊更社，王貴榮.煤礦主體專業人才培養模式改革探索[J].煤炭高等教育，2012（05）.

*基金項目：河南省優勢學科經費資助項目。

【作者單位：劉軍，河南理工大學安全科學與工程學院、安全工程國家級實驗教學示范中心（河南理工大學）；賈宏福、楊通，河南理工大學安全科學與工程學院；單文娟，河南理工大學社科處】