煤礦智能化建設背景下采礦工程專業信息化改造與探索

池小樓，彭志妍，楊 科，段敏克

(安徽理工大學礦業工程學院 安徽 淮南 232001)

1 煤礦智能化發展現狀

“富煤、缺油、少氣”的能源資源賦存稟賦確立了煤炭在我國能源消費結構中的主要地位。近來對煤炭的討論，顯得更加務實，需要堅守底線、保障供給。我國對化石能源的需求仍保持較高速增長，煤炭雖在能源消費結構中占比逐年減少，但其能源地位與保供作用仍難以轉變。地下煤炭開采受多種隱蔽因素耦合影響，往往出現冒頂片幫、瓦斯爆炸、沖擊地壓、水害、粉塵等災害威脅，安全高效開采難度大；同時隨著易采煤炭資源逐漸枯竭，我國眾多產煤礦區逐漸向深部要煤炭資源，隨著開采深度增加，頂板冒落、瓦斯突出、沖擊地壓等礦井耦合致災機制變得更為復雜，防治愈加困難；煤礦從業人員結構復雜，職工綜合素質和管理水平不齊，這種模式很難適應安全高效生產要求。隨著5G、AI、互聯網等信息化技術的迅猛發展，傳統的煤炭工業機遇與挑戰并存。因此，袁亮院士在2017 年提出煤炭安全精準開采理念[1]，2020 年國家八部委聯合印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，從產學研用金多層次、多維度明確了我國煤礦智能化建設方向。

在國家政策和行業技術發展的推動下，工業視頻系統首次應用于煤礦井下，正式開啟煤礦“建設―生產―運營”全流程智能化改造工程，并提出“礦井設計、數據驅動、智能管控、產銷協同、綠色低碳”的煤礦流程再造方法。逐步完成5G通感與多網融合傳輸及其井下主要生產設備的精準遠控，創新數據與設備兼容治理模式，構建基于全息數據庫的智能管控系統平臺，研發生產系統的智能精準節能降耗控制技術。逐步向煤炭機械化換人、自動化減人、智能化無人開采模式的“三化六階段”轉變。積極探索并扎實推進2030 碳達峰、2060 碳中和過程中煤炭生產的智能化改造升級措施。

2 采礦工程專業改造升級

5G、AI、互聯網、云計算、大數據等為煤礦智能化帶來了可能，隨著煤礦信息化與智能化減人（無人）降耗的成功實施，智能采礦成為今后發展的方向。相應的人才培養模式也由傳統采礦向智能采礦改造升級，總結煤礦智能化發展進程中的人才需求，培養智能采礦新工科高端復合型礦業類人才，是推動我國多能源互補升級以及一次能源結構轉型發展的現實選擇。

安徽理工大學始終堅持以“立德樹人、五育并舉”作為高等教育的根本任務和指導思想，開展采礦工程傳統人才培養模式改革，制訂智能采礦工程專業“三全育人”工作方案。注重勞動與實踐鍛造，形成勞動與實踐育人新面貌；注重采礦與智能學科融合、滲透，推進跨院系、跨學科、跨專業培養智能采礦工程復合型人才；邀請企業、院校相關專業行業專家參與智能采礦工程人才培養方案論證；加強校企聯合、產教融合，構建產學研用校企合作培養育人體系；貫徹“有教無研則淺，有研無教則虛”教研理念，加強科研管理育人，推進科研活動育人，形成新工科背景下礦業類專業人才培養模式[2]（見圖1）。

圖1 采礦工程專業改造升級過程

3 具體做法及成效

3.1 構建智能采礦工程課程體系

打造采礦工程與軟件工程、信息工程、人工智能等采礦+智能融合的知識結構體系，打包關聯性較強的專業知識，形成了凸顯地方與行業特色“雙碳目標”下的智能采礦工程專業創新創業人才培養方案及課程體系。

融合傳授“人工智能+大數據”知識結構，建立以“采礦+機械+電氣+計算機+人工智能+大數據”學科為主，其他環境、人文為輔的新型課程體系。完善課程體系結構與模塊設置，包括通識教育、學科基礎、專業教育和實踐教育四大模塊。智能采礦工程基礎課：高等數學、大學物理、工程制圖、程序設計、工程力學、現代地質學、礦山巖石力學、井巷工程、礦山壓力與現代感知技術、智能采礦學、礦山智能通風與安全、智能采掘工程設計與施工等；智能采礦工程特色課：人工智能概論、網絡與數據庫技術、物聯網技術、智能礦山大數據開發與管理、礦山智能采掘裝備、虛擬礦山與仿真、礦井災害智能防控等。積極拓展礦山伴生資源開采、智能采掘、礦業大數據與互聯網+、未來采礦等課程建設。

加強交叉學科之間的知識聯系，形成采礦工程各關聯專業之間、專業基礎與專業課之間、專業理論與實驗實踐課之間，以及課堂與新媒體教學之間的模塊化課程結構，實現學科交叉耦合；合理分配公共必修+專業必修+通識選修的課時數，構建創新教育課堂，利用第一課堂拓寬知識結構，利用第二課堂培養學生的創新創業能力和實踐能力。

3.2 深化產學研合作育人機制

安徽理工大學注重加強與企業行業、科研院所合作，走產學研用相結合的培養方式；注重與國內智能化煤礦的學生實習實踐基地建設，先后與內蒙古智能煤炭有限公司、淮北礦業股份有限公司建立產學研教學實習實踐基地[3]，創建符合新時代社會發展和煤礦智能化建設需要、注重實踐能力和創新意識的高端人才培養模式，豐富教學方式和教學內容，并指派現場工程技術人員和學校教授分別作為學生的實踐與學業老師。通過校企“雙主體”式的教研深度戰略合作，組建智能采礦聯合培養機構，制訂戰略合作與管理機制，共建工程技術中心、聯合實驗室和研究生工作站，展開人才培養、科技攻關等教研協同發展的全方位、深層次、持續性合作，讓師生同時深入礦井、智能設備生產企業[4]。

3.3 創建智能采礦人才培養資源平臺

煤礦智能化建設高級礦業人才缺口巨大，安徽理工大學以此為契機，積極籌劃并獲批煤炭安全精準開采國家地方聯合工程研究中心，為智能采礦工程人才培養創造平臺，對照專業標準和專業認證標準，升級改造實驗室條件和資源，創建智能采礦虛擬仿真實驗教學平臺；打造線上線下優質教學資源，“礦山壓力與巖層控制”“礦山巖石力學”獲批省級一流課程建設，“采礦學”入選國家高等教育智慧教育平臺課程，立項《智能精準開采概論》《礦山壓力與巖層智能控制》等煤炭教育“十四五”規劃教材13 項；煤炭安全智能精準開采教學團隊獲批為安徽省教學團隊，逐步提高智能采礦工程的師資隊伍數量和質量，引進專業相關博士人才12 人，支持青年教師前往智能化礦井現場一線鍛煉。

4 存在的問題與解決思路

深入認識理解智能采礦工程與傳統采礦工程專業的培養目標與定位區別、課程資源與教材建設、產教融合與科教機制。積極謀劃成立礦業教指委下智能采礦工程專業建設分委員會或者聯盟，達成智能采礦與傳統采礦專業的培養方向共識；共建共享共用智能采礦工程專業課程、教材、網絡資源和平臺，協同組織，定期交流，分工合作，創新成果；嘗試“一課多師”方式，但需提升系統性；持續完善學科近遠期發展規劃，持續深化智能采礦工程新工科建設，奮力開拓廢棄礦井資源開發利用、碳捕集―運輸―封存―利用全過程等系列新能源專業建設[5]。

5 結語

智能采礦工程是特設目錄外專業，安徽理工大學是首批開設智能采礦工程專業院校之一。專業依托學校國家級一流本科特色專業采礦工程，利用人工智能、大數據、云計算等信息化技術，形成大批掌握智能化知識的采礦+智能新工科人才培養模式，符合國家八部門聯合印發《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》中關于智能采礦新工科高端復合型人才培養的有關要求，必將對煤礦智能化建設起到積極推動作用。