礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)與科研互動(dòng)

王 斌，趙伏軍，彭文斌

(1．湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，湖南湘潭411201;2．煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南湘潭411201)

礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)與科研互動(dòng)

王 斌1，2，趙伏軍1，彭文斌1

(1．湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，湖南湘潭411201;2．煤礦安全開采技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南湘潭411201)

礦山壓力;教學(xué)與科研;人才培養(yǎng)

在課堂教學(xué)中融入相關(guān)科研實(shí)踐是提升教學(xué)質(zhì)量的有效方法。從課程特殊地位、煤礦安全形勢(shì)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)三個(gè)方面分析了礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)中進(jìn)行教學(xué)與科研互動(dòng)的必要性，并探討了實(shí)現(xiàn)教學(xué)和科研互動(dòng)的途經(jīng)。

近年來，國(guó)家高度重視煤炭行業(yè)人才培養(yǎng)，以解決煤炭企業(yè)技術(shù)人才短缺的嚴(yán)峻形勢(shì)。2005年6月，國(guó)務(wù)院下發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見》指出，各煤炭大專院校要按照煤炭行業(yè)市場(chǎng)需求，加強(qiáng)對(duì)煤礦專業(yè)人才和技術(shù)工人的培養(yǎng)，培養(yǎng)懂安全、有技術(shù)、會(huì)管理的煤炭專業(yè)人才。2011年4月中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)煤炭工業(yè)“十二五”科技發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出進(jìn)一步完善產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的科技創(chuàng)新體系并堅(jiān)持把教育與人才培養(yǎng)作為推進(jìn)煤炭科技進(jìn)步的重要基礎(chǔ)［1］。2012年3月國(guó)家能源局發(fā)布的《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》也要求加強(qiáng)煤礦專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)。作為采礦工程專業(yè)的人才，不僅要掌握礦山基本理論，還必須掌握科學(xué)研究方法，具有一定的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，這樣才能適應(yīng)我國(guó)采礦工業(yè)實(shí)際情況和社會(huì)新形勢(shì)的需要。

礦山壓力與巖層控制以礦山巖石力學(xué)為基礎(chǔ)，是與礦山開采和采礦工藝等實(shí)踐密切相關(guān)的采礦工程基礎(chǔ)學(xué)科［2］，對(duì)于采礦工程專業(yè)的重要性毋庸質(zhì)疑。該課程既與巖石力學(xué)前沿接軌，又在采礦工程實(shí)踐中有廣闊應(yīng)用領(lǐng)域，是加強(qiáng)采礦工程專業(yè)學(xué)生素質(zhì)教育、培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的重要平臺(tái)。在課堂教學(xué)中融入相關(guān)科研實(shí)踐是提升教學(xué)質(zhì)量的有效方法。如何在礦山壓力與巖層控制課程中處理好教學(xué)與科研的互動(dòng)聯(lián)系，這對(duì)提高教學(xué)效果以讓學(xué)生真正掌握巖層控制的理論和實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)是很有意義的，能使學(xué)生在未來的工作中發(fā)揮更大的潛能，為煤炭工業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。本文探討了在礦山壓力課程教學(xué)中進(jìn)行教學(xué)與科研互動(dòng)的必要性與實(shí)現(xiàn)途經(jīng)。

一、礦山壓力課程教學(xué)與科研互動(dòng)的必要性

礦山壓力與巖層控制課程作為研究采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)和礦山巷道圍巖壓力及其控制的課程，負(fù)有促進(jìn)環(huán)境資源綠色開發(fā)利用的使命，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)與科研互動(dòng)研究的必要性主要體現(xiàn)在:

(一)課程特殊地位的要求

礦山壓力與巖層控制課程是從20世紀(jì)50年代逐步建立起來的，已成為我國(guó)采礦工業(yè)各歷史階段技術(shù)變革的重要保障。礦山壓力與巖層控制課程主要研究采場(chǎng)各種類型直接頂、老頂，巷道各類圍巖及上覆巖層和礦山邊坡圍巖活動(dòng)規(guī)律以及各種監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)，其中巖層控制理論為實(shí)現(xiàn)保水采煤、完善條帶開采和充填技術(shù)、進(jìn)行井下矸石處理和有效抽放瓦斯奠定了理論基礎(chǔ)。錢鳴高院士指出“開采引起環(huán)境與主要安全問題的發(fā)生都與開采后造成的巖層運(yùn)動(dòng)有關(guān)(巖體不破壞上述問題都不會(huì)發(fā)生)”，為實(shí)現(xiàn)煤礦綠色開采的重大基礎(chǔ)理論就是礦山壓力理論［3］。宋振騏院士認(rèn)為“煤礦重大事故的發(fā)生及其有效控制，幾乎都同時(shí)與巖層運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力的大小和分布條件有機(jī)地聯(lián)系在一起?！保?］可以說，礦壓課程的研究?jī)?nèi)容幾乎涵蓋采礦工程所遇到的所有技術(shù)領(lǐng)域，因其與采礦工程實(shí)踐的緊密聯(lián)系，使得該門課程的內(nèi)容發(fā)展很快，新理論、新方法、新技術(shù)層出不窮。因此在礦壓課程教學(xué)中不能一成不變地講授書本中已有穩(wěn)定的知識(shí)，還要引入當(dāng)前本學(xué)科前沿的最新研究信息、動(dòng)態(tài)及成果，使學(xué)生了解礦壓力與巖層控制未來發(fā)展的方向。因此，比較適宜途徑就是課堂教學(xué)中引入相關(guān)科研成果，實(shí)現(xiàn)該課程的教學(xué)與科研互動(dòng)的教學(xué)模式。

(二)煤礦安全形勢(shì)的要求

我國(guó)作為煤炭資源開采及消費(fèi)的大國(guó)，安全是保障采礦工業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展的永恒主題。在礦山的眾多安全生產(chǎn)問題中，礦山壓力顯現(xiàn)帶來的巖層災(zāi)害事故給地下開采工作造成的危害居高不下。頂板事故和沖擊礦壓是礦山壓力危害的主要類型。根據(jù)國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局《2006年全國(guó)煤礦事故分析報(bào)告》，頂板事故數(shù)約占當(dāng)年事故總數(shù)的55．4%，傷亡人數(shù)占事故總?cè)藬?shù)的40．1%。湖南煤礦安全監(jiān)察局《2010年度湖南煤礦安全狀況分析報(bào)告》中頂板事故數(shù)約占當(dāng)年事故總數(shù)的50%，傷亡人數(shù)占事故總?cè)藬?shù)的29．5%［5］。從傷亡事故數(shù)量來說，頂板事故排在煤礦五大災(zāi)害之首，頂板事故還將成為其它重大事故的誘因，如巖層破壞造成煤巖體應(yīng)力場(chǎng)和裂隙場(chǎng)變化，引起水與瓦斯卸壓流動(dòng)，導(dǎo)致突水和煤與瓦斯突出事故，又如圍巖坍塌阻塞礦井通風(fēng)系統(tǒng)造成瓦斯積聚，導(dǎo)致瓦斯爆炸事故。同時(shí)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭行業(yè)發(fā)展存在的嚴(yán)重不協(xié)調(diào)問題，一方面煤炭需求總量不斷增加，另一方面資源、環(huán)境和安全形勢(shì)進(jìn)一步惡化，如污染問題、生態(tài)失衡問題。礦山壓力與巖層控制課程是專門研究采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)和巷道圍巖壓力及其控制，研究涉及了煤礦五大災(zāi)害，嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)面前，要求應(yīng)抓好礦山壓力與巖層控制課程建設(shè)，在礦壓教學(xué)中應(yīng)能跟進(jìn)當(dāng)前礦壓方面的新問題，而科學(xué)研究成果就可提供很多相關(guān)新問題和熱門問題的素材，因此有必要強(qiáng)調(diào)該課程的教學(xué)與科研互動(dòng)。

(三)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要

科技創(chuàng)新能力成為國(guó)家實(shí)力最關(guān)鍵的體現(xiàn)，2007年胡錦濤總書記在黨的十七大報(bào)告中指出:“提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家。這是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的核心，是提高綜合國(guó)力的關(guān)鍵?！保?］我國(guó)1999年頒布施行的《高等教育法》就明確規(guī)定:“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才?！眲?chuàng)新型人才的培養(yǎng)是高等學(xué)校的重要使命，其中教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才重要的過程，因此必須將培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的理念貫穿于教學(xué)環(huán)節(jié)的各個(gè)方面。創(chuàng)新型人才應(yīng)當(dāng)具備創(chuàng)新型知識(shí)，而創(chuàng)新型知識(shí)一個(gè)重要特征是“新”，即前沿性［7］。這就要求在教學(xué)過程中注意所屬學(xué)科的前沿知識(shí)，并將其及時(shí)引入課堂，為學(xué)生的成長(zhǎng)成才提供良好的土壤。但創(chuàng)新必須建立在求實(shí)的基礎(chǔ)上，因?yàn)橹挥性趯?shí)踐中才能真正把握新的學(xué)科前沿，才能理解學(xué)科的創(chuàng)新點(diǎn)。因此，礦壓課程中只有通過教學(xué)與科研互動(dòng)才能為培養(yǎng)采礦工程專業(yè)創(chuàng)新型人才搭建理想平臺(tái)。

二、礦山壓力課程教學(xué)與科研互動(dòng)的實(shí)現(xiàn)途徑

(一)課堂教學(xué)融入科研動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣

礦山壓力與巖層控制課程工程背景較多，課程較多的內(nèi)容來源于工程實(shí)際，由于學(xué)生在井下實(shí)習(xí)的時(shí)間有限，對(duì)礦井的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)工藝等了解不深，使這門課程的講授有一定的難度。如講解回采工作面前后支承壓力的分布時(shí)，就涉及到采空區(qū)的各種支撐方式和賦存等影響因素，因刀柱法(留煤柱法)、充填法等在煤礦采空區(qū)處理應(yīng)用不普遍，相關(guān)知識(shí)在煤礦開采學(xué)中已很少向?qū)W生詳細(xì)介紹，但又在礦壓課程中多次提及，這一方面會(huì)使學(xué)生在處理工藝上難與礦壓聯(lián)系，另一方面使學(xué)生覺得所研究的內(nèi)容過時(shí)，從而影響學(xué)習(xí)興趣。此時(shí)就可融入保水開采這一科研動(dòng)態(tài)，目前煤礦區(qū)缺水和礦井排水污染嚴(yán)重，煤礦區(qū)水資源利用與保護(hù)已成為國(guó)家總體發(fā)展戰(zhàn)略亟待解決的重大問題，煤礦保水開采中采用刀柱式膏體充填技術(shù)，通過適當(dāng)介紹刀柱式膏體充填，既能使學(xué)生了解相關(guān)工藝，又讓學(xué)生知曉了保水開采科研成果，讓學(xué)生感到能夠?qū)W以致用，可謂一舉三得。通過把有關(guān)科研成果內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)地統(tǒng)一起來，無疑能加深學(xué)生對(duì)有關(guān)內(nèi)容的深入了解，從而激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣。

(二)開展基于科研成果的案例教學(xué)，鍛煉學(xué)生自學(xué)與創(chuàng)新能力

案例教學(xué)可以有效地縮短理論與實(shí)踐的距離，其著眼點(diǎn)在于學(xué)生的創(chuàng)造能力以及解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)和發(fā)展［8］。我校礦業(yè)工程學(xué)科致力于南方煤炭開采的研究，圍繞南方煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)，開展重大技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和集成技術(shù)研究，針對(duì)南方煤層的特殊性，重點(diǎn)在復(fù)雜煤層開采技術(shù)、軟巖動(dòng)壓巷道支護(hù)、礦井水害控制等方面積累了較好的研究基礎(chǔ)和條件，形成了自己的優(yōu)勢(shì)。這些科研科項(xiàng)目與礦山壓課程的研究?jī)?nèi)容有必然聯(lián)系，為案例教學(xué)提供了充分的科研素材。如講解采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)這一章節(jié)時(shí)，引入湖南常德市某煤礦回采巷道掘進(jìn)頂板事故的案例，該案例為已結(jié)題的橫向科研項(xiàng)目，該案例的煤層為急傾斜煤層，急傾斜煤層礦壓?jiǎn)栴}的系統(tǒng)研究在現(xiàn)有礦壓教材中幾乎是空白，其出現(xiàn)的支柱變形折損和頂板巖層移動(dòng)特征具有特殊性，這一方面能促使學(xué)生回顧和復(fù)習(xí)急傾煤層的采煤方法，另一方面使學(xué)生在理解緩傾斜煤層礦壓規(guī)律后能勇于挑戰(zhàn)更有難度的急傾斜煤層礦壓規(guī)律。通過案例教學(xué)大大縮短了教學(xué)情境與現(xiàn)場(chǎng)情境的差距，并且實(shí)用性可操作性非常突出，對(duì)培養(yǎng)實(shí)用創(chuàng)新型人才作用明顯。

(三)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科研方法，提高學(xué)生科研意識(shí)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是礦壓課程教學(xué)的重要組成部分，也是學(xué)生實(shí)踐技能培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，重視科研成果引入礦壓課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化礦壓課程實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)激發(fā)學(xué)生探索的熱情，提高學(xué)生科研意識(shí)。進(jìn)行礦山壓力與巖層控制的科研研究手段層出不窮，采用具有國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)手段，大大促進(jìn)了許多復(fù)雜礦壓?jiǎn)栴}的解決。微震儀、地質(zhì)雷達(dá)、電磁輻射監(jiān)測(cè)儀、鉆孔成像儀等觀測(cè)儀表，已取代過去單一的機(jī)械式儀表，紅外遙感、ZIGBEE無線傳感自動(dòng)監(jiān)測(cè)逐步取代現(xiàn)場(chǎng)人工操作，ANSYS、FLAC、RFPA等數(shù)值分析軟件和物理相似模擬在礦壓?jiǎn)栴}可視化研究方面日臻成熟。將科研活動(dòng)中使用的新技術(shù)、新方法有選擇性地引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以不斷充實(shí)和修正實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，其效果比傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)會(huì)明顯提高。如采場(chǎng)巖層移動(dòng)情況及采場(chǎng)或巷道周圍的應(yīng)力和裂隙擴(kuò)展是看不見的，依靠理論給出的結(jié)果抽象而難以理解，這些問題在實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬試驗(yàn)和數(shù)值模擬中都能得到很好地解決，因此，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容上合理加入數(shù)值模擬和相似模擬等實(shí)驗(yàn)，通過看得見、摸得著、感知深刻的實(shí)驗(yàn)過程，形成清晰的表象，為學(xué)生的科研思維發(fā)展鋪平道路。

三、結(jié) 語(yǔ)

對(duì)礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)與科研互動(dòng)模式的探討，是為加強(qiáng)采礦工程專業(yè)學(xué)生素質(zhì)教育、培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力而搭建一個(gè)教學(xué)平臺(tái)，合理運(yùn)用這種互動(dòng)模式，不僅可以增加學(xué)生的科研興趣，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，擴(kuò)大信息的接收量，達(dá)到良好的教學(xué)效果，而且可以提高學(xué)生觀察能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和科研能力，從面促進(jìn)培養(yǎng)更高素質(zhì)的能適應(yīng)礦山安全生產(chǎn)的采礦工程技術(shù)人才。

［1］ 中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)．堅(jiān)持科教興煤，推進(jìn)煤炭科技進(jìn)步—全國(guó)煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)大會(huì)定調(diào)“十二五”煤炭科學(xué)發(fā)展［J］．中國(guó)煤炭工業(yè)，2011，(6):9．

［2］ 錢鳴高，石平五．礦山壓力與巖層控制［M］．北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010．

［3］ 錢鳴高，許家林，繆協(xié)興．煤礦綠色開采技術(shù)［J］．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32(4):343-350．

［4］ 宋振騏．煤礦重大事故預(yù)測(cè)和控制研究［J］．學(xué)會(huì)，2005(16):45．

［5］ 2010年度湖南煤礦安全狀況分析報(bào)告［EB/OL］．http://www．hunanmj．gov．cn/Item．a(chǎn)spx?id=1893．

［6］ 胡錦濤．高舉中國(guó)特色社會(huì)主義偉大旗幟為奪取全而建設(shè)小康社會(huì)新勝利而奮斗［N］．人民日?qǐng)?bào)，2007-10-25(01)．

［7］ 徐芳燕．高校教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)創(chuàng)新型人才［J］．中國(guó)建設(shè)教育，2009，(11):20-21．

［8］ 周海瑛，馬曉春．高師教師教育課程中案例教學(xué)的研究與實(shí)踐［J］．黑龍江高教研究，2011，(5):169-171．

Exploration of the Interaction of Teaching and Scientific Research in Mining Pressure and Strata Control Curriculum

WANG Bin1，2，ZHAO Fu-jun1，PENG Wen-bin1
(1．School of Energy and Safety Engineering，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan Hunan 411201，China;2．Hunan Key Laboratory of Safe Mining Technique of Coal Mines，Xiangtan Hunan 411201，China)

mining pressure;teaching and scientific research;talent cultivation

Integrating the scientific research practice into the classroom teaching is an effective method to promote teaching quality．The necessity of interaction of teaching and scientific research in Mining Pressure and Strata Control Curriculum is analyzed from three aspects，such as curriculum special position，coal mine security situation and cultivation of innovative talents．Some approaches to carry out the interaction are also discussed．

G642．0

A

2095-2708(2012)04-0049-03

2012-01-01

湖南科技大學(xué)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目(G31110)