綠色智能礦山背景下煤礦開采技術專業人才培養研究

周繼國 焦健 孫曉慧 陳繼勛

摘要：煤炭行業正在朝著綠色智能方向迅速發展，高質量的專業技術型人才供給不可或缺。為研究如何更好地培養綠色智能礦山背景下煤礦開采技術專業人才，結合智能礦山結構與技術，分析畢業生所需專業素質，探討人才培養的難點以及關鍵點，結果表明：畢業生專業素質應包含采煤基礎、礦井通信、礦山物聯網、計算機技術、礦山智能機電五個方面。由于智能礦山職業型人才培養仍然存在學生基礎薄弱、實訓實習困難、缺少職業認同、缺乏系統的智能礦山教材、教師不熟悉智能采礦等困難，為此，需要采取應對措施進行改善。智能礦山職業型人才培養的關鍵在于把握企業人才能力要求，深化課程改革，增設智能課程或融入智能元素，添置智能實訓設備并優化實訓教學，與智能礦山企業開展校企合作。

關鍵詞：智能礦山;煤礦開采技術;人才培養;專業素質

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1672-5727（2022）04-0047-06

進入“十四五”時期以來，我國煤炭行業迎來了重要轉型階段，智能礦山建設逐漸被重視。《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》指出，我國要在21世紀中葉全面建成安全綠色、高效智能的礦山技術體系，綠色智能采礦已經成為未來煤炭行業的發展方向。關于智能礦山的發展，相關學者已進行了大量的研究。韓建國對于智能礦山的內涵與結構體系進行了研究。并分析了神華智能礦山的關鍵技術;錢建生等對于智能礦山的發展方向與規劃進行了討論;任文清等對已初步建成智能礦山系統的大柳塔煤礦進行了論述，探討了智能礦山系統的優勢、關鍵點以及難點;還有的文獻就國內外智能礦山建設現狀、發展前景、發展規劃進行了全面闡述，對智能礦山所需通信、人工智能、大數據、計算機、物聯網等技術的應用進行了研究。

技術的革新需要與之相匹配的新型人才的有效供給，智能礦山的建設與應用離不開高素質的專業技能型人才。目前，傳統煤炭行業需要進行科技轉型，原有的人才培養方式已經難以滿足未來智能礦山企業的需求。掌握智能礦山與智能開采技術的技能型人才是智能礦山有效運轉的保障，是煤炭行業可持續發展的不竭動力。而對于智能礦山的研究多集中于智能礦山的技術、結構、未來發展與規劃等方面，對于智能礦山職業型、技能型人才培養方面的研究還較為缺乏，因此，筆者從智能礦山技術出發，開展煤礦開采技術專業職業教育的人才培養研究，分析智能礦山背景下煤礦開采技術專業人才所需素質，總結人才培養的難點與關鍵點，以期為煤礦開采技術專業的技能型人才培養提供參考，促進煤炭行業人才培養的轉型。

一、“智能礦山”概述

“智能礦山”是構建在“數字礦山”基礎之上，通過物聯網技術實現，可自動完成礦山設計、采掘、機電控制、通風、生產調度、安全管理等各個環節的礦山技術，被認為是“數字礦山”的延伸。“智能礦山”在原有礦山系統基礎上將通信技術、物聯網技術、智能傳感、云計算、大數據、人工智能、工業機器人等科技融入礦山各個生產環節，通過科技使礦山實現減員和增效，同時提升礦山安全水平并改善工作環境，將礦井建設的更加綠色、智能、高效、安全，用科技為地下礦山賦予新的生機，使其擺脫傳統艱苦的行業形象。

“智能礦山”主要基于數字化與物聯網技術，利用感知技術與智能傳感設備監測礦井物理世界，將礦井數據通過數字界面進行展示，同時將各類礦山設備智能化，可通過數字技術進行控制，從而實現人對地下礦山物理變化的動態觀測與礦山設備的實時控制，最終達到人與物、物與物的互聯，實現對礦井的三維虛擬化、生產環節的高效控制、礦山生產與安全的數字化管理。

智能礦山主要構架如圖1所示，其成功建設與應用是建立在數字化與物聯網技術以及其他智能技術的成功運用的基礎上。在智能礦山中，智能感知系統獲取地下礦井各項物理參數，智能傳感器猶如人體的神經末梢對礦井溫度、壓力、空氣等進行感知，感知物理信號被轉化為電信號并通過傳輸介質傳輸至各井下監測分站，最后傳輸至中心站。中心站將數據進行分析處理后在展示端進行展示，礦山管理決策者根據礦井參數變化情況做出生產或安全管理決策，并根據決策對控制系統進行相關操作，控制系統發出指令使礦山生產的各子系統進行運轉。在整個過程中，數據采集需要物聯網技術的運用，數據的有效和高速傳輸需要5G通信技術的支持;諸多數據的處理與分析可采用云計算與大數據技術進行;在設備控制時，可采用人工智能技術、可編程控制技術進行，或利用工業機器人完成。智能礦山實現了煤礦開采執行與管理高效、控制與監測精準、安全管理的全面及時、井下環境綠色的礦山系統。

二、職業型人才素質

目前，煤礦開采技術專業學生的培養依然按照傳統人才培養模式進行，所學課程并未涉及智能礦山的相關知識，而未來煤炭行業必然朝著智能開采方向發展。按照傳統模式培養出來的學生難以滿足市場需求，也導致產學脫離，因此煤礦開采技術專業需要融入智能礦山的專業知識。

從智能礦山結構與技術中可以發現，物聯網技術、智能傳感、通信技術、大數據、計算機語言、人工智能等技術都是智能礦山迫切需要的技術。對于未來煤礦開采技術專業的學生而言，在掌握基礎的煤礦開采知識時，不僅需要學習與自身專業領域相關的知識與技能，還需要對與智能采煤環節相關的通信、物聯網、計算機、智能機電等知識進行學習，成為掌握采煤技術、物聯網技術、通信技術、計算機技術等知識技能的綜合型人才。與智能礦山發展相匹配的畢業生需具備的專業素質如圖2所示。

（一）基礎采煤知識

智能礦山建設背景下煤礦開采技術人員的核心素質依然是煤礦開采的基礎知識與技能。

在理論與方法學習過程中，在專業相關的基礎知識上，學生需要掌握工程制圖的基礎理論知識和技術方法，熟悉機械傳動、液壓傳動、電工電子、電氣控制、采掘生產設備使用與維護等機械、機電基礎理論知識，同時熟悉常見礦物及巖石、煤層賦存特征、地質構造、巷道施工測量等地質、測量的基礎理論知識;在專業課程方面，學生需要掌握礦壓顯現與控制、采區設計、采煤方法選擇、采煤工藝和巷道布置、礦井通風的基礎理論和技術方法，熟知煤礦井下瓦斯、礦塵、火災、水及頂板、地溫、地壓等災害的發生機理與防治技術，熟悉煤礦企業基層區隊及班組建設與管理的相關知識，熟悉與本專業相關的法律法規、標準、規范以及環境保護、安全消防、文明生產等知識。

在專業能力方面，要求學生能夠正確識讀和繪制一般的采掘工程圖，操作和維護采掘設備，分析判斷地質構造，具有處理特殊地質條件下采掘工作面生產問題的能力，能正確編制采掘工作面作業規程和各種安全技術措施，能夠進行采掘生產組織、生產管理、工程質量管理、技術管理和安全管理，同時具有一定的處理各種災害事故的應急能力。

（二）礦山物聯網

智能礦山建設在地下礦山布置大量傳感裝置用于對礦井參數的收集，例如溫度、風速、瓦斯、礦壓等傳感器，同時布置傳感裝置對于生產運輸機械等進行監測監控，例如煤炭運量、膠帶位置、采煤機位置監測裝置等，其中大量物理信號被轉換為數字信號進行傳輸，因此，采煤專業技術人員需要掌握部分物聯網技術，以勝任各類傳感裝置的檢測、維修等工作。

（三）礦井通信

智能礦山數據傳輸量大，傳輸分站多，總傳輸線纜多，總距離長，對于傳輸技術要求標準高，且高速度的傳輸可實現監測數據與控制命令的及時到達。因此，礦山除了加強基礎通信建設之外，采礦技術人員也需要掌握一定的通信技術，可對通信電纜以及各通信分站進行故障判斷、日常檢修等。

（四）礦山智能機電

未來的采掘工作的發展趨勢是智能化、無人少人化，綜采工作面僅保留機組司機、巡視人員等，機組通過計算機軟件進行控制，同時掘進工作面也會逐步實現智能化。這就要求畢業生能夠對工作面智能化采掘機電與設備進行基本操作，可對設備故障進行判斷，根據生產對設備進行調整，同時掌握智能化工作面的現場管理方法，對智能采礦技術進行現場應用。

（五）計算機技術

智能礦山是在數字礦山的基礎之上進行開發與建設，數字礦山通過計算機科學合理地組織礦山生產與管理信息，將海量異質的礦山信息資源進行全面、高效和有序的管理與整合，同時礦山開拓與開采設計也主要通過計算機礦山軟件完成;在智能礦山中，智能采掘的通風、排水、供電、安全等設備都會通過計算機進行控制，同時會開發大量計算機應用軟件對礦井監測數據進行處理。所以，要求畢業生必須掌握計算機知識與技術，并根據生產情況利用計算機編程控制采掘設備，對礦井監測數據進行處理，利用數字礦山完成各項設計任務。

三、智能礦山人才培養的難點

（一）學生基礎較弱

由于生源層次原因，高職學生通常理論基礎相對較弱，沒有系統的物理與數學基礎，因此，對于計算機語言、數據通信、物聯網技術等課程的學習有一定的難度。在課程設計與教學中，需要突出重點部分的教學，優化教學方法，增強教學的實用性。例如，物聯網技術傳感器課程可展示多種傳感器裝置，著重進行設備的使用與維護教學，降低設備原理部分教學的難度。

（二）實訓實習困難

目前，智能礦山建設處于起步階段，還未大范圍普及，大多數職業院校沒有建設關于智能礦山的仿真工作面或模擬礦井。由于實訓設備配套不足，學生校內實訓質量難以保證，同時國內只有部分煤礦企業有智能開采工作面，全面建成智能礦山系統的更少，并且智能采礦設備價值較高，學生直接進行操作風險也較高，開展智能礦山的認識實習與生產實習缺少場地支持。煤礦開采屬于高危行業且連續化作業，考慮到生產進度、停工成本以及安全責任等原因，多數礦山企業不愿意接納學生前來實習，除非取得畢業證簽訂正式勞動合同之后，才能進入一線工作，這導致部分學生在學校三年采煤專業學習期間從沒下過礦井，不了解現場生產，對于地下礦山生產系統缺少實際感知，難以將理論知識與實際經驗相聯系。

為解決學生實習困難，學校需要與智能礦山企業建立穩定長期的校企合作關系，為學生實習實訓提供保障，也為今后實際工作打下堅實基礎。

（三）缺少職業認同

多數學生對于煤炭類專業認識程度不夠，對于畢業后所從事的工作缺乏了解，認為煤礦工作是艱苦行業，對從事煤炭職業的人有認識上的偏見和歧視，專業認可度不高。近年來，多數學生不愿報考工作環境艱苦的專業，同時政府對煤礦專業人才培養政策的導向不足，煤炭企業本身又存在著一系列工作與生活條件差的弊端，造成了職業學校煤炭專業生源少、生源質量下降的現象，部分學習采煤專業的學生在畢業后又分流到了其他行業，從事煤炭行業的部分學生也在工作幾年之后轉向了其他行業。即使是如今部分學校已經在煤炭類專業中增加“智能元素”，并且在專業名稱中予以體現，但煤炭類專業的“艱苦”形象已經在學生與家長的觀念中根深蒂固，“智能”也被認為是“換湯不換藥”，難以改變大眾對煤炭專業的固有印象。

可見，“智能”二字不能僅停留在表面。學校在人才培養過程中應該樹立健康的專業導向，可采用講座或職業發展規劃課程的形式培養學生的“礦業精神”，使學生產生職業認可，同時企業與學校要將“智能元素”落到實處，真正朝著礦山智能化發展而努力，學校教學需要充分滲透智能礦山的技術與思想，提升專業競爭力與含金量，通過高質量的行業發展與高水平的專業建設吸引學生，從而為煤炭專業的發展和煤炭行業的未來留住人才。

（四）部分教師不熟悉一線生產

高等職業院校部分教師是在畢業后直接進入高校任教，缺少企業實踐經驗，雖然具有充足的理論知識，但對于企業實際生產了解甚少，即使在企業工作后進入高校做教師，在離開生產現場多年后，其所積累的實踐經驗也已經遠不能滿足當今企業的需要。

智能礦山是新時期的產物，其所運用的技術更是高精尖，部分涉及采煤方向教師的知識盲區，所以教師需要革新自身所學專業知識，利用假期時間深入煤炭行業一線鍛煉學習，特別是擁有智能采煤工作面或已建成智能礦山的企業，以增強個人對智能礦山專業知識的掌握程度。

（五）缺乏系統教材

當前，智能礦山已經成為未來煤炭行業的發展趨勢，高職院校已經逐步開設“煤礦智能開采技術”專業，礦業類本科高校也已開始“智能采礦工程”專業的辦學，但是由于智能采礦類專業剛剛起步，缺少系統的智能礦山類專業教材，礦山智能機械、智能采礦等課程有代表性的核心教材都還未進行教學應用，所以學生與教師目前對于智能礦山的理解與認識大都停留在宏觀層面，對于具體細節以及結構、技術等掌握有限。為了教學工作的有效開展以及專業的長期發展，編寫有代表性的智能礦山教材迫在眉睫。

四、人才培養關鍵點

（一）企業需求導向

專業發展應找準方向，以社會需求為落腳點。智能背景下，礦山工藝與采礦技術發展迅速，傳統煤礦開采技術專業教育知識陳舊，與行業產業發展存在一定脫節現象，如果仍按照原有知識體系開展人才培養，靈活性不強，人才供給側也存在明顯短板。智能礦山背景下，需要培養具備創新應用技能、適應產業升級發展需求的新型采礦類人才。所以，煤礦開采技術專業高校在人才培養中，應該以企業需求為導向開展辦學工作，培養具有扎實的采礦知識以及礦山規劃、開采設計、礦山生產與安全技術及管理等方面的基本能力，同時具備一定計算機、物聯網、礦山機械、電子通信知識并進行實際應用的，適應智能采礦的復合型技能人才。煤礦開采技術專業是煤礦開采企業的核心專業，涉及礦山生產的各個方面，煤礦智能化更是涉及多學科交叉，多專業融合，畢業生若從事煤礦技術或者管理工作，除了掌握必備的專業知識外，還需要具備一定的人際交往溝通與創新能力，并且對于煤礦工作高度認可，有一定的吃苦耐勞精神，對此，學校需要在學生創新、綜合能力培養、專業文化教育上下足功夫。

校企合作是雙向的，在辦學過程中，學校需要把握市場與企業需求，企業也需要讓學校了解行業需求。企業可通過論壇、網站等及時向社會與職業學校公布智能采礦進展與人才需求等內容，在人員招聘與校企合作過程中，企業應與學校開展交流，分享人才需求，探討人才能力，以便學校調整和優化人才培養方案，與礦業前沿需求相適應。

（二）課程體系改革

煤礦生產向智能化、綠色化方向發展是未來趨勢，但部分學校煤炭類專業辦學過程中缺乏與企業之間的合作與溝通，沒有掌握學科發展的前沿動態，課程設置與教學內容無大改進，部分課程過于老舊，存在辦學與市場相脫離的問題，導致人才培養質量降低，難以滿足企業需求。

智能時代背景下，煤礦開采技術專業需要深化課程改革，基于采煤基礎知識，融入智能元素，建立新的符合專業需求與發展的課程體系，為人才培養提供教學規范。根據智能礦山背景下煤礦開采技術專業人才素質，除采煤專業課程之外，還需要增加關于物聯網技術、通信技術、計算機技術、智能機電方面的知識。物聯網技術方面可單獨開設課程，主要學習物聯網技術的基礎知識以及與智能礦山相關的智能傳感、傳感器方面的知識;通信技術可根據專業特色開設礦山安全監測監控、礦井通信等課程;計算機技術在礦山應用廣泛，且為輔助技術，單獨開設課程脫離主體技術，可將所學計算機技術的知識融入其他主干課程，例如在智能采礦、巖層智能控制等課程中增加相關內容;智能礦山機電技術可在原有礦山機械電氣類課程中進一步增加人工智能、自動控制等內容，優化完善課程內容。

數字礦山與深部開采也是智能礦山發展過程中需要考慮的重點內容。在課程改革中需要強調數字礦山的重要性，開設相關課程，使學生掌握DImine、3Dmine等數字礦山軟件，增強學生的采礦設計與礦山綜合管控方面的能力;隨著開采時間的推移，淺部礦層被開采完之后，未來多數礦山將進入到深部開采階段，在生產過程中面臨“三高”的問題，因此，職業學校建立課程體系時，需要在采礦、巖層控制、通風等課程中增加深部開采的相關內容，以滿足礦山生產需要。

（三）實訓教學

職業教育必須將理論與實踐相結合，單純的理論學習脫離了生產，不能對礦山工作環境產生真實體驗，難以將所學知識在工作中加以運用。智能礦山不能僅僅停留在理論教學，專業實踐也不容忽視，職業學校應該將校內實訓室建設與校外智能礦山實踐基地的建立落到實處，加強學生實踐操作教學與實訓實習，同時充分發揮技能大賽的作用，以賽促學，推進實踐教學的進步，提升學生操作能力與心理素質。

在校內實訓室建設上，可以在已有資源的基礎之上，重點添置智能礦山相關的技術技能訓練實訓室，例如數字礦山軟件、模擬礦井、模擬智能采礦工作面、模擬礦山智能機械等，通過環境模擬實訓培養學生對于礦井空間結構、采礦工作面的掌握，使學生感受并理解智能礦山，掌握智能技術;在實訓課程教學上，采煤專業沒有太多實操性的課程，對于礦圖繪制、CAD、通風設計、采礦設計等實踐要求較高的課程，需要嚴格把關，結合實際案例與課程規范進行教學指導，訓練學生采礦必備的制圖能力、設計能力等;培養學生實踐能力，還需要建設校外實訓基地，為緊跟行業前沿與未來發展，煤礦開采技術專業校外實訓基地的建設可以選擇擁有智能采礦工作面的礦企或已經建成智能礦山的企業，為學生實習提供場地保障，通過現場實習使學生掌握“智能元素”。

（四）校企合作

除了改進專業本身，校企合作也是專業建設與發展的有效措施。采煤屬于大規模、工程性與應用性較強的專業，高校難以獨自進行智能礦山研究與工藝應用研發等工作，若脫離企業支持，學校難以保障學生實習與就業，同時專業教師難以掌握一線生產工藝，專業招生也會遇到困境，良好的校企合作有利于學生實習就業，同時吸引生源。此外，企業如果離開學校獨自發展，不能發揮人才培養的導向作用，也難以獲得高素質人才，無法實現可持續發展。學校與優質智能礦山企業建立校企合作關系，采用“校企合作、訂單培養”培養模式可加強學生實踐鍛煉，使學生直接接觸采掘工作面生產、組織制定采掘一線技術措施和工程質量管理等工作，并使學生直接參與智能采礦工作、進行智能礦山技術應用，有效地保障學生頂崗實習質量，培養出滿足市場需求的高技能采煤技術人員，同時提升畢業生就業質量。而高質量的人才培養與就業又可吸引優質生源，實現專業發展的良性循環。

校企合作存在諸多優勢，但在校企合作過程中，為保障校企雙方的合作可持續性并實現互利共贏，學生的引導與培養至關重要。在獲得企業實訓場地支持的同時，學校除了優化人才培養之外，也需要加強對學生的管理與約束。煤礦企業生產危險程度高，智能采掘等設備價值高，不當操作可能導致設備故障或停產事故，影響礦山正常生產，學生在實習前需經過嚴格的安全培訓與教育，學生參與采礦生產需要實訓導師的把關，學生應該嚴格服從導師管理。同時，定向培養或訂單班等培養方式需要遵循自愿選擇的方式，學校應該合理引導，加強專業文化教育，以免學生認為就業無憂而不認真學習專業知識，以及在畢業時不服從就業安排重新擇業等情況發生。

五、結論

第一，智能礦山背景下煤礦開采技術專業人才培養應以市場需求和行業發展為導向，與智能礦山結構與技術相結合，專業素質培養應以采煤知識為基礎，兼顧礦井通信、物聯網技術、智能機電、計算機技術等智能元素。

第二，智能礦山人才培養的難點在于高職學生基礎較差、學生實習實訓困難、專業認可度低、教師不熟悉一線生產、缺少智能礦山系統教材等，可對應采取創新教學方式、推進校企合作、培養學生“采礦精神”、加強教師企業鍛煉、完善教材等方式予以改善。

第三，智能礦山人才培養的關鍵是：把握企業人才能力要求，深化課程體系改革，新增智能課程或融入智能元素;添置智能實訓設備并完善實訓教學;推進與優質智能礦山企業的校企合作，保障實習質量與就業質量。

參考文獻：

[1][8]韓建國.神華智能礦山建設關鍵技術研發與示范[J].煤炭學報，2016（12）：3181-3189.

[2]錢建生，胡青松.智能煤礦建設路線與工程實踐[J]. 煤炭科學技術， 2020（7）：109-117.

[3]任文清，高小強.智能礦山建設實踐及關鍵技術[J]. 工礦自動化，2021（2）：116-120.

[4]王國法，龐義輝，任懷偉.煤礦智能化開采模式與技術路徑[J].采礦與巖層控制工程學報，2020（1）：5-19.

[5]姜亮.人工智能技術在礦山智能化建設中的應用初探[J].信息記錄材料，2020（9）：204-205.

[6][9]崔亞仲，白明亮，李波.智能礦山大數據關鍵技術與發展研究[J].煤炭科學技術，2019（3）：66-74.

[7]丁自偉，柴敬，解盤石，等.新工科背景下采礦工程專業智能開采人才培養探索[J].煤炭高等教育，2020（6）：79-84.

[10]張培森，秦忠誠，劉進曉.新工科背景下基于能力導向的采礦工程專業人才培養模式探討[J]. 教育教學論壇， 2018（22）：76-78.

（責任編輯：劉東菊）

Research on the Cultivation of Professional Talents in Coal Mining Technology under the Background of Green Intelligent Mine

ZHOU Ji-guo， JIAO Jian， SUN Xiao-hui， CHEN Ji-xun

（Lanzhou Petrochemical University of Vocational Technology， Lanzhou Gansu 730207， China）

Abstract： The coal industry is rapidly developing in the direction of green and intelligent， and the supply of high-quality professional and technical talents is indispensable. In order to study how to improve the training of professional and technical talents in the field of intelligent mine under this background， combining with the green intelligent mine structure and technology. This paperis going to analyze the required professional quality of coal graduates， and to explore the difficulties and key points of training coal talents. According to related studies and the study results of this paper， the coal graduates professional quality should include five aspects： coal base， mine communication， mine Internet of things， computer technology， and the mine intelligent electromechanical. At present， in the development of the intelligent mine teaching， there are still the following difficulties in the cultivation of professional coal talents ， such as the weak foundation of students， difficulties in practical training and practice， lack of professional identity， lack of systematic intelligent mine teaching materials， teachers are not familiar with intelligent mining， etc.. Therefore， corresponding measures should be taken to improve it in the future. The key to the cultivation of intelligent mining professional talents lies in deepening the curriculum reform， adding intelligent courses or integrating intelligent elements， adding intelligent practical training equipment to optimize practical teaching， and carrying out school-enterprise cooperation with intelligent mining enterprises on the basis of grasping the needs of corporate talents.

Key words： intelligent mine;coal mining technology; talents training; professional quality

作者簡介：周繼國（1994—），男，碩士，蘭州石化職業技術大學資源環境工程系助教，研究方向為采礦工程教學;焦健（1968—），男，碩士，蘭州石化職業技術大學資源環境工程系教授，研究方向為采礦工程教學;孫曉慧（1994—），女，碩士，蘭州石化職業技術大學基礎教學部助教，研究方向為教育學;陳繼勛（1979—），男，蘭州石化職業技術大學資源環境工程系副教授，研究方向為礦山機電。

基金項目：甘肅省高等學校創新基金項目“‘綠色礦山建設’背景下煤礦開采技術專業人才供給改革研究”（項目編號：2021B-588）;甘肅省高等學校創新基金項目“煤礦智能化開采條件下高職學生崗位適應能力的研究與實踐”（項目編號：2021A-301）