金屬礦床地下開采課程建設(shè)思考與實踐

劉青靈　李兵磊　樓曉明　黃明清

[摘 要]福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院采用一校兩地“雙師型”辦學(xué)模式—“紫金模式”對本科及以上層次的工程人才進行培養(yǎng)。以澳大利亞科廷大學(xué)西澳礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)課Mining System、Underground Mining System為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)采礦工程行業(yè)現(xiàn)場實踐要求，從教學(xué)目標、教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實踐等方面對福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院金屬礦床地下開采課程進行了探索和實踐。

[關(guān)鍵詞]金屬礦床;地下開采;課程建設(shè);教學(xué)探索

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）10-0069-03

一、引言

紫金礦業(yè)學(xué)院是福州大學(xué)與紫金礦業(yè)集團股份有限公司2007年合作創(chuàng)辦，以全日制本科生和研究生教育為主，由企業(yè)“支持辦學(xué)建設(shè)、參與辦學(xué)過程、檢驗辦學(xué)成效”的新型學(xué)院。礦床地下開采屬于工藝學(xué)范疇，金屬礦床地下開采是一門實踐性非常強的課程，對學(xué)生的綜合能力要求較高，而學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前，對礦床開采現(xiàn)場的實踐僅處于理論認知階段。在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對地下礦床開采的整個工藝流程、井巷道工程之間的空間位置關(guān)系以及開采工藝流程與井巷工程之間的協(xié)同關(guān)系理解得不是很透徹，這導(dǎo)致教學(xué)進度偏慢，學(xué)生積極性不高，學(xué)習(xí)針對性不強。

金屬礦床地下開采課程是采礦工程專業(yè)的核心主干課程，其包含的開拓系統(tǒng)、采礦方法授課內(nèi)容是課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的重點內(nèi)容。為解決該課程體系、課程內(nèi)容、地下工程設(shè)計理念與目前礦山生產(chǎn)實踐要求存在嚴重差距的問題，本文借鑒西方歐美發(fā)達國家礦山開采技術(shù)體系，以澳大利亞科廷大學(xué)西澳礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)課Mining System、Underground Mining System為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)采礦工程行業(yè)現(xiàn)場實踐要求，闡述采礦工程系金屬礦床地下開采（以下簡稱“地采”）的課程綜合改革建設(shè)。在課程建設(shè)的基礎(chǔ)上，以期在新的辦學(xué)模式下，探索紫金礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)的核心專業(yè)課——金屬礦床地下開采課程的建設(shè)思路，研究教學(xué)體系和教學(xué)方法，縮小高校培養(yǎng)的工程實踐人才與社會需求之間的差距。

二、課程建設(shè)探索

（一）課程體系

公共基礎(chǔ)課，采礦學(xué)科基礎(chǔ)課，專業(yè)課程構(gòu)成了福州大學(xué)采礦工程專業(yè)“卓越工程師教育”培養(yǎng)方案的課程體系。金屬礦床地下開采課程是公共基礎(chǔ)課程，是采礦學(xué)科基礎(chǔ)課程所學(xué)知識的綜合應(yīng)用。在開設(shè)此課程之前，學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)過工程制圖、礦業(yè)工程導(dǎo)論、測量學(xué)、礦山地質(zhì)學(xué)、爆破工程5門采礦學(xué)科基礎(chǔ)課程。但是與金屬礦床地下開采課程密切相關(guān)的課程還應(yīng)當包括井巷工程設(shè)計與施工、巖石（體）力學(xué)、礦井通風(fēng)與安全、礦井運輸與提升、工程機械、數(shù)字礦山技術(shù)。從金屬礦床地下開采課程開設(shè)實際情況以及當前采礦工程實際出發(fā)，筆者認為課程教學(xué)的重點在于開拓系統(tǒng)、回采工藝流程、采礦方法，這涉及后續(xù)礦井通風(fēng)與安全、礦井運輸與提升、工程機械等課程的細節(jié)內(nèi)容，需把握好該課程其他專業(yè)課程之間教學(xué)大綱的銜接性、吻合度與深度，突出課程的特點和特色，這樣才能使金屬礦床地下開采課程“內(nèi)容有序、深度得當、重點突出、無縫對接”。

（二）教學(xué)內(nèi)容

金屬礦床地下開采是福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè)的核心專業(yè)課，是在認識實習(xí)，并完成工程制圖、礦業(yè)工程導(dǎo)論、測量學(xué)、礦山地質(zhì)學(xué)、爆破工程專業(yè)基礎(chǔ)課程后開設(shè)的課程，是公共基礎(chǔ)課程、采礦學(xué)科基礎(chǔ)課程所學(xué)知識的綜合應(yīng)用，是對學(xué)生在后續(xù)實踐中綜合運用工程制圖、地質(zhì)學(xué)、工程爆破、巖石力學(xué)、井巷工程、測量、工程機械、數(shù)字礦山軟件、運輸與提升、通風(fēng)安全等金屬礦床開采的基本理論從事地下開采設(shè)計、地下礦床開采運營管理職業(yè)能力、專業(yè)素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)。

目前國內(nèi)的地采教材部分內(nèi)容過于陳舊，與實際不符合等問題突出。以采礦方法為例，一些教材仍然花大量篇幅介紹留礦法，漏斗出礦底部結(jié)構(gòu)，而對新工藝，遙控、無軌自行等新設(shè)備高效出礦結(jié)構(gòu)介紹較少。在課程內(nèi)容準備方面，筆者認真搜集了國內(nèi)外礦山最近10年的關(guān)于開拓方案、采礦方法的相關(guān)文獻資料，緊緊圍繞教學(xué)核心目標，側(cè)重開拓系統(tǒng)和采礦方法的量化技術(shù)經(jīng)濟比較方法，以案例教學(xué)的方式形成系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容。

值得一提的是，“因礦生法”是采礦工程專業(yè)現(xiàn)場管理的精髓。由于工程巖體分布的復(fù)雜性，世界上沒有完全相同的兩座礦山，更沒有完全相同的兩套采礦工藝、采礦方法。同時，礦床的開采是一個持續(xù)動態(tài)的過程，現(xiàn)場的工程對象、空間位置、工程條件每時每刻都在變化。單純生搬硬套、機械地記憶金屬礦床開采基本理論知識而沒有理解、領(lǐng)會采礦工藝、采礦方法的本質(zhì)，無法做好地下礦床開采技術(shù)管理工作。因此，在金屬礦床地下開采課程講授中，必須抓住礦床地下開采工藝過程中不變的、本質(zhì)的內(nèi)容，并注意講授內(nèi)容之間的銜接，使講授內(nèi)容條理化、框架化。

以開拓系統(tǒng)為例，要建立兩條主線（一是構(gòu)成開拓系統(tǒng)井巷工程的基本單元，二是開拓系統(tǒng)井巷工程基本單元與礦體的位置關(guān)系）掌握開拓系統(tǒng)方法，而重點要放在開拓系統(tǒng)選擇與技術(shù)經(jīng)濟比較方面。在礦床開拓系統(tǒng)課程的講授過程中，從這兩條主線出發(fā)，注重條理性和本質(zhì)內(nèi)容的講解，可以使學(xué)生不至于被教材所涉及的16種開拓系統(tǒng)方法所限制。

以采礦方法為例，將以各種采礦方法的共性工藝過程（采準、切割、落礦、通風(fēng)、出礦、地壓管理）作為主采礦方法講授的主線，而重點放在根據(jù)不同的開采技術(shù)條件選擇合理的采礦方法，并進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

三、教學(xué)目標與課程考核

地采課程是專業(yè)課，教學(xué)目標是方向，課程考核是方法。通過對比國內(nèi)外的地采課程的教學(xué)目標和考核方式筆者發(fā)現(xiàn)，本科教學(xué)的教學(xué)目標必須明確，課程考核必須嚴格。結(jié)合國內(nèi)外采礦工程實際，筆者凝練出兩條主線：一是開拓方法，二是采礦方法。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)復(fù)雜的開采技術(shù)條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較訓(xùn)練，得出合理的開拓方案和采礦方法方案。同時，根據(jù)工程專業(yè)認證對課程的支撐要求，整個教學(xué)內(nèi)容將圍繞這一核心目標展開，認真組織教學(xué)內(nèi)容，做到每堂課的教學(xué)內(nèi)容重難點明確，每堂課的內(nèi)容在課程考核中一一體現(xiàn)。

四、教學(xué)方法

（一） 引入礦山三維可視化軟件進行課堂教學(xué)

金屬礦床地下開采的開拓系統(tǒng)、工藝過程、采礦方法是在有限的地下空間里進行的，對于金屬礦床地下開采課程的初學(xué)者來說，課程的學(xué)習(xí)會有一些難度，但是從課程培養(yǎng)目標的角度出發(fā)，必須培養(yǎng)學(xué)生具有良好的工程制圖能力、識圖能力、空間想象能力。教師應(yīng)當認識到，培養(yǎng)學(xué)生具有良好的工程制圖能力、識圖能力、空間想象能力是一個過程。從以往的教學(xué)效果來看，初學(xué)者往往不具備這些能力。在課程的講授過程中，引入礦山工程三維可視化軟件是一個很好的解決方案，它可以即時從不同的視角對開拓系統(tǒng)、采礦方法、采礦工藝流程進行講解，讓學(xué)生可以在短時間內(nèi)對開拓系統(tǒng)、采礦方法等重點內(nèi)容有具體、直觀的理解，然后再逐步過渡到采礦工程三視圖的繪制與識別。

學(xué)院引進了Dimine和Surpac等國內(nèi)外通用的大型礦山采礦設(shè)計軟件，并重點建設(shè)了數(shù)字礦山實驗室。以分段鑿巖階段礦房法為例，其礦山工程三維可視數(shù)字化模型如圖1和圖2所示。

（二） 注重培養(yǎng)學(xué)生的探究創(chuàng)新能力

金屬礦床地下開采是采礦工程專業(yè)的主干課程，理論性和實踐性都很強。教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的能力，使學(xué)生初步具備創(chuàng)造性地分析和解決問題的能力。在課堂上，教師應(yīng)注重選擇性地引導(dǎo)學(xué)生對沒有定論、具有研究意義的課程內(nèi)容進行思考，在課后通過小組討論、查閱文獻資料的方式對問題進行專題式的研究，使學(xué)生對問題有一個全面的認識，使其知其然，并知其所以然。筆者以“圍巖移動角”為例，說明注重培養(yǎng)學(xué)生探究創(chuàng)新能力的重要性。在《金屬礦床地下開采》教材中，分別在“相鄰礦體開采順序”“保安礦柱圈定”“崩落采礦法”三個地方提到關(guān)于“圍巖移動角”的內(nèi)容，這足以可以看出“圍巖移動角”內(nèi)容的重要性，但教材并沒有專門的章節(jié)對其進行闡述。在課堂的講解過程中，在詳細講解概念的基礎(chǔ)上，筆者引導(dǎo)學(xué)生查閱、搜集國內(nèi)外礦山關(guān)于圍巖移動角的文獻資料，比較分析三種圍巖移動角的關(guān)系，圍巖移動角的影響因素，以及圍巖移動角大小對井巷工程的影響。

（三） 工程案例教學(xué)

礦業(yè)作為國民經(jīng)濟的工業(yè)基礎(chǔ)，新中國成立以來，我們國家建設(shè)了一大批礦山，一代代的采礦界工程技術(shù)人員為此付出了艱辛的努力，積累了大批寶貴的礦床開采、礦山建設(shè)經(jīng)驗。在金屬礦床地下開采課程講授過程中，筆者注重工程案例的引入，理論聯(lián)系實際，使課堂教學(xué)內(nèi)容具體、生動、有針對性，教學(xué)反饋效果良好。

（四） 模型實驗教學(xué)

紫金礦業(yè)學(xué)院試驗室新配備了礦床地下開采工藝綜合模型、振動放礦仿真模型、典型采礦方法模型、底部結(jié)構(gòu)模型等一整套金屬礦山地下開采的工藝過程的實體模型。這一系列系統(tǒng)實驗?zāi)Ｐ湍芊从钞斍安傻V的新工藝、新技術(shù)，實現(xiàn)金屬礦床地下開采實驗課100%的開出率，提高了課程教學(xué)效果。

五、實踐教學(xué)建設(shè)

（一） 雙師型隊伍建設(shè)

持續(xù)到企業(yè)選拔具有一定學(xué)歷和職稱且專業(yè)實踐經(jīng)驗豐富的采礦工程技術(shù)人員作為雙師型候選教師，通過建立分期遴選與考評反饋機制，推進紫金礦業(yè)學(xué)院獎勵性績效工資改革，這種做法充分提高了雙師型教學(xué)團隊的教學(xué)與科研水平和教學(xué)隊伍的活力、穩(wěn)定性。目前，雙師型教學(xué)隊伍在紫金辦學(xué)模式下發(fā)揮著重要作用，成為實現(xiàn)卓越工程師計劃培養(yǎng)目標的中堅力量。

（二） 雙師型教學(xué)建設(shè)

認識實習(xí)（1周）、生產(chǎn)實習(xí)（第6學(xué)期）、畢業(yè)實習(xí)（第8學(xué)期） 構(gòu)成了福州大學(xué)采礦工程專業(yè)“卓越工程師教育”培養(yǎng)方案的實踐體系。金屬礦床地下開采課程在認識實習(xí)之前，生產(chǎn)實習(xí)之后。我們要求學(xué)生在認識實習(xí)的過程中對礦山工藝流程有一個整體、宏觀的認識，為金屬礦床地下開采課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ);在生產(chǎn)實習(xí)階段，按照“注重細節(jié)而不失重點”的原則，實踐教學(xué)專注于礦山開采工藝流程的細節(jié)。通過整合雙師型教學(xué)隊伍、師資力量、教學(xué)資源，圍繞金屬礦床地下開采的八個分項工程工序，按專題以講座、報告、現(xiàn)場講解的形式開展實踐教學(xué)，這樣可以使學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論對礦山整個工藝流程的細節(jié)有很好地理解，提高學(xué)生專業(yè)實踐的認知水平和能力。

（三） 踐行三位一體工程實訓(xùn)

按照“卓越工程師教育”培養(yǎng)方案、紫金礦業(yè)學(xué)院雙師型的培養(yǎng)模式，依托上杭教學(xué)基地、紫金礦業(yè)集團近30座大型礦山、國家級工程實踐教育中心，金屬礦床地下開采課程的實踐環(huán)節(jié)形成作業(yè)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計三位一體工程實訓(xùn)模式。在企業(yè)“雙師”的指導(dǎo)下，實訓(xùn)題材來源于礦山工程實踐，課程實踐的深度和綜合性呈階梯遞進，保證了課程實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容不與工程實際相脫節(jié)，同時確保了三位一體工程實訓(xùn)模式的銜接度、連貫性。

六、結(jié)束語

福州大學(xué)紫金礦業(yè)學(xué)院采用一校兩地“雙師型”辦學(xué)模式—“紫金模式”對本科及以上層次的工程人才進行培養(yǎng)，與教育部“卓越工程師教育計劃”高度吻合。歐美國家的礦山開采技術(shù)體系，其礦山開采工藝流程優(yōu)勢體現(xiàn)在開采流程標準化，依托數(shù)字化軟件平臺，將工藝流程納入軟件平臺進行統(tǒng)一管理。中國是一個具有五千年歷史積淀的大國，有其特色的工匠文化智慧和對待工程學(xué)科的態(tài)度。在實施課程改革的同時，切忌生搬硬套。本文是對金屬礦床地下開采課程從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、考核方式、教學(xué)方法等方面實施改革和建設(shè)一年多來的總結(jié)。地采課程是一門與工程實際結(jié)合非常緊密的以理論教學(xué)與實踐教學(xué)手段相結(jié)合的專業(yè)主干課程，授課過程必須保證課程體系的實踐性，突出主線，使課程考核與教學(xué)內(nèi)容一一對應(yīng)，不可松懈。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] Erik Eklund， Mining in Australia： An historical survey of industry–community relationships， The Extractive Industries and Society， Volume 2， Issue 1， 2015， Pages 177-188，

[2] 《Underground Mining System》Unit Materials， WASM， Curtin University， 2017.

[3] Australian Mining Education Capability Overview， 2016

[4] Mining Education Australia annual report， 2016.

[5] 翁春林. 《礦床地下開采》課程建設(shè)探索[J]. 高校教育研究，2008（14）：142.

[6] 徐學(xué)鋒，劉少偉，韋四江，等.新形勢下采礦工程專業(yè)實踐教學(xué)模式探討[J].實驗技術(shù)與管理，2009（3）： 150-151.

[7] 曹樹剛. 采礦工程專業(yè)工程實踐性教學(xué)探討[J].高等建筑教育，2008（2）： 123-126.

[責任編輯：陳 明]