采礦工程專業(yè)卓越人才培養(yǎng)模式建設(shè)與實(shí)踐

顧曉薇，邱景平，王青，孫曉剛

摘要：21世紀(jì)的礦業(yè)類人才必須具有可持續(xù)發(fā)展所需的資源觀、經(jīng)濟(jì)觀、生態(tài)觀和全球觀。針對(duì)這一全新的要求，東北大學(xué)采礦工程專業(yè)作為每年向國(guó)家輸送大批高層次礦業(yè)專業(yè)技術(shù)人員的工程教育重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，對(duì)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)在原有基礎(chǔ)上優(yōu)化與調(diào)整。新的人才培養(yǎng)模式的建立圍繞國(guó)家資源戰(zhàn)略對(duì)礦產(chǎn)開發(fā)利用技術(shù)的重大需求，針對(duì)現(xiàn)代礦業(yè)的新特點(diǎn)與內(nèi)涵，以新的視野和思維，能夠解決深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)-生態(tài)一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)及數(shù)字礦山、礦山動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理與預(yù)測(cè)、礦山生態(tài)修復(fù)與礦山廢棄物資源化利用等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：采礦工程專業(yè)；高等工程教育；可持續(xù)發(fā)展；卓越人才培養(yǎng)模式

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）15-0205-02

為適應(yīng)我國(guó)從礦業(yè)大國(guó)向礦業(yè)強(qiáng)國(guó)發(fā)展的需求，高等教育和高等學(xué)校采礦工程專業(yè)必須順應(yīng)國(guó)家大政方針政策的指引，根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源開發(fā)要求，以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展要求在全球范圍獲取礦產(chǎn)資源的形勢(shì)，結(jié)合采礦工程的工程教育特點(diǎn)，根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃要求，著力改進(jìn)和完善人才培養(yǎng)教學(xué)體系、加強(qiáng)素質(zhì)教育，培養(yǎng)掌握現(xiàn)代高新技術(shù)和決策能力的綜合性、國(guó)際化礦業(yè)類卓越技術(shù)人才。為此，東北大學(xué)采礦工程專業(yè)作為每年向國(guó)家輸送大批高層次礦業(yè)專業(yè)技術(shù)人員的工程教育重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)在以往教學(xué)改革成果基礎(chǔ)上，總結(jié)我國(guó)工程教育歷史成就和借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步解放思想，更新觀念，對(duì)本專業(yè)工程教育人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了改革。

一、成果簡(jiǎn)介及主要解決的教學(xué)問(wèn)題

根據(jù)我國(guó)工程教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)：一是要更加重視工程教育服務(wù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略；二是要更加重視與工業(yè)界的密切合作；三是要更加重視學(xué)生綜合素質(zhì)和社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)；四是要更加重視工程人才培養(yǎng)國(guó)際化。東北大學(xué)采礦工程專業(yè)以培養(yǎng)卓越工程人才為目標(biāo)，對(duì)原有人才培養(yǎng)模式進(jìn)行改革，取得了一系列高水平的效果。其中：《采礦學(xué)》課程2008年被評(píng)為國(guó)家精品課，《巖石力學(xué)》課程2008年被評(píng)為遼寧省精品課；《采礦學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐》教改項(xiàng)目2008年獲東北大學(xué)教學(xué)成果特等獎(jiǎng)，2009年獲遼寧省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)；《礦業(yè)類研究型人才培養(yǎng)教學(xué)體系的研究與實(shí)踐》教改項(xiàng)目獲2010年?yáng)|北大學(xué)教學(xué)成果特等獎(jiǎng)，2012年獲遼寧省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)；《采礦學(xué)教材建設(shè)》教改項(xiàng)目2012年獲寧省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。采礦工程專業(yè)于2010年被教育部評(píng)為國(guó)家特色專業(yè)；2012年本專業(yè)被列入“國(guó)家卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)”，以卓越采礦工程師培養(yǎng)為背景，東北大學(xué)2012年申報(bào)的“采礦專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”被教育部列入《高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程》項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)。多年來(lái)圍繞教學(xué)改革的教材建設(shè)工作，目前已經(jīng)完成包括《采礦學(xué)》等教材建設(shè)20余部，其中《采礦學(xué)》等4部教材為國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

新的人才培養(yǎng)模式的建立圍繞國(guó)家資源戰(zhàn)略對(duì)礦產(chǎn)開發(fā)利用技術(shù)的重大需求，針對(duì)現(xiàn)代礦業(yè)的新特點(diǎn)與內(nèi)涵，以新的視野和思維，能夠解決深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)-生態(tài)一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)及數(shù)字礦山、礦山動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理與預(yù)測(cè)、礦山生態(tài)修復(fù)與礦山廢棄物資源化利用等問(wèn)題。

二、成果解決教學(xué)問(wèn)題的方法

21世紀(jì)的礦業(yè)類人才必須具有可持續(xù)發(fā)展所需的資源觀、經(jīng)濟(jì)觀、生態(tài)觀和全球觀。針對(duì)這一全新的要求，本學(xué)科對(duì)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)在原有基礎(chǔ)上優(yōu)化與調(diào)整。在以往教改成果基礎(chǔ)上，以構(gòu)建創(chuàng)新型國(guó)家和社會(huì)需求為導(dǎo)向，按照我國(guó)工程教育改革發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，教育部培養(yǎng)卓越工程人才的總體要求，充分借鑒世界先進(jìn)國(guó)家礦業(yè)工程類專業(yè)高等工程教育的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步探索礦業(yè)工程類專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)模式，引入先進(jìn)的教育教學(xué)理念，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研合作教育傳統(tǒng)與優(yōu)勢(shì)，實(shí)施礦業(yè)類專業(yè)高等工程教育人才培養(yǎng)模式綜合改革建設(shè)。新的教學(xué)體系建設(shè)重點(diǎn)落實(shí)在主干專業(yè)課群教學(xué)內(nèi)容的改革上，在采礦方法與工藝教學(xué)中增加了新方法、新工藝、優(yōu)化技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用。改革目標(biāo)最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)集成、資源整合、特色鮮明，為國(guó)家礦產(chǎn)資源開采領(lǐng)域培養(yǎng)大批具有扎實(shí)基礎(chǔ)理論、寬厚專業(yè)知識(shí)和堅(jiān)實(shí)實(shí)踐能力的卓越采礦工程人才，成為資源環(huán)境領(lǐng)域面向全國(guó)、緊跟國(guó)際科技前沿的理論研究、技術(shù)創(chuàng)新及高級(jí)專門人才培養(yǎng)基地，為我國(guó)走新型工業(yè)化道路和建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家提供堅(jiān)實(shí)的人才支撐和智力保障。

本次主干專業(yè)課群教學(xué)內(nèi)容的改革以礦產(chǎn)資源的安全、高效、生態(tài)型開發(fā)和利用為主線，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研的互動(dòng)和相互促進(jìn)，凝練成四個(gè)主要研究方向作為實(shí)施改革目標(biāo)，進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)：（1）深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問(wèn)題。以復(fù)雜難采礦床的“兩高”（高效率、高效益）、“三低”（低損失、低貧化、低事故隱患）開采為目標(biāo)，以“三律”研究（散體流動(dòng)規(guī)律、巖體冒落規(guī)律、地壓活動(dòng)規(guī)律）為基礎(chǔ)，開展綠色、高效、低貧損、低廢、安全開采的工藝、方法和技術(shù)研究。基于研究提出的隨機(jī)介質(zhì)放礦理論、控制巖體冒落的冒落線與冒落散體的相互作用原理、控制地壓活動(dòng)的崩落卸載原理等，研發(fā)金屬礦床地下高強(qiáng)度、低貧損開采工藝技術(shù)、巷道與采場(chǎng)支護(hù)理論、厚礦體高效開采模式、中厚礦體低貧損開采模式、卸壓開采技術(shù)、巖體綜合穩(wěn)固技術(shù)、水體下采礦、巖體冒落預(yù)測(cè)和控制技術(shù)等，形成了“三律”適應(yīng)性開采理論與技術(shù)體系。（2）經(jīng)濟(jì)-生態(tài)一體化設(shè)計(jì)與數(shù)字礦山。適應(yīng)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)一體化設(shè)計(jì)與數(shù)字礦山要求研究開發(fā)礦山開采方式、方案的生態(tài)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)方法與平臺(tái)，在礦產(chǎn)開發(fā)中踐行“環(huán)境友好型設(shè)計(jì)”的新理念，在露天金屬礦和煤礦的整體優(yōu)化、地下和露天礦生態(tài)壓力量化和生態(tài)成本計(jì)算方面，取得重要進(jìn)展，基本形成了礦山開采重要決策的優(yōu)化理論與方法體系，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的礦山優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)礦床的經(jīng)濟(jì)效益最大化和環(huán)境沖擊最小化；進(jìn)一步完善巖石應(yīng)力與災(zāi)變遙感觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，建立三維建模與仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和高精度變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基本形成數(shù)字礦山的數(shù)據(jù)集成、共享、建模平臺(tái)，初步建立了采礦虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（3）礦山動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理與預(yù)測(cè)。以巖石工程中的破裂失穩(wěn)與智能控制為核心，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值試驗(yàn)方法，系統(tǒng)地研究巖石破裂與失穩(wěn)的基本理論和控制技術(shù)?；谔岢龅氖Х€(wěn)加載條件下研究巖石破裂全過(guò)程的學(xué)術(shù)思想，研究非均勻巖石介質(zhì)的脆性損傷失穩(wěn)理論，揭示破裂過(guò)程中的伴隨特征（聲發(fā)射、紅外輻射等）；針對(duì)深部開采的“三高”（高地壓、高地溫、高井深）對(duì)礦產(chǎn)開采提出的新要求，深入地研究“三高”環(huán)境下巖體的力學(xué)性能進(jìn)行，以圍巖破損區(qū)、關(guān)鍵點(diǎn)位移、最大拉應(yīng)力、工程成本等的綜合判別作為優(yōu)化目標(biāo)，研究結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、優(yōu)化目標(biāo)與各影響因素之間的非線性關(guān)系；基于遺傳算法構(gòu)建多參數(shù)、全局空間上的搜索算法，建立考慮地質(zhì)和環(huán)境力學(xué)效應(yīng)的分區(qū)優(yōu)化理論。研究適應(yīng)深井困難條件的新方法、新工藝，如利用高地壓進(jìn)行誘導(dǎo)冒落和破碎的節(jié)能開采方法、廢石不出坑的綠色采礦工藝等，并應(yīng)用現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究高壓、滲流和動(dòng)、靜載荷下巖體的破壞機(jī)理，實(shí)現(xiàn)巖體失穩(wěn)的有效預(yù)測(cè)。以降低礦產(chǎn)資源開發(fā)利用對(duì)生態(tài)環(huán)境沖擊和提高礦物性能與附加值為目標(biāo)，（4）礦山生態(tài)修復(fù)與礦山廢棄物資源化利用。進(jìn)一步推進(jìn)礦山生態(tài)復(fù)墾，以廢棄物的生態(tài)化利用，建立礦業(yè)清潔生產(chǎn)與礦業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)模式，以減少土地占用為目的，研究煤矸石、金屬礦山剝離廢棄物及選礦尾礦等礦業(yè)廢渣的綜合利用和高性能、高附加值礦物材料制備成套技術(shù)。將礦業(yè)廢渣無(wú)廢化、減量化處置與充填采礦、環(huán)境保護(hù)緊密結(jié)合，構(gòu)建無(wú)廢礦山新的礦業(yè)發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)礦山無(wú)廢、綠色開采。endprint

通過(guò)科研與教學(xué)的互動(dòng)，把最新的科研成果融入到教學(xué)活動(dòng)中，促進(jìn)學(xué)生深刻理解采礦工藝過(guò)程和礦業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

三、成果的創(chuàng)新點(diǎn)

1.新教學(xué)體系改革更加重視工程教育服務(wù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略；圍繞國(guó)家資源戰(zhàn)略對(duì)礦產(chǎn)開發(fā)利用技術(shù)的重大需求，針對(duì)現(xiàn)代礦業(yè)的新特點(diǎn)與內(nèi)涵，以新的視野和思維，能夠解決順應(yīng)深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)-生態(tài)一體化規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題、礦山動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理與預(yù)測(cè)、礦山生態(tài)修復(fù)與礦山廢棄物資源化利用問(wèn)題。

2.以培養(yǎng)“綜合素質(zhì)高，社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)”的創(chuàng)新性、實(shí)踐型人才為目標(biāo)，將人才培養(yǎng)定位與社會(huì)背景、產(chǎn)業(yè)背景、職業(yè)崗位背景及其發(fā)展趨勢(shì)緊密結(jié)合，與學(xué)生綜合素質(zhì)和社會(huì)責(zé)任感相結(jié)合，為礦業(yè)培養(yǎng)既掌握現(xiàn)代采礦技術(shù)，又掌握科學(xué)決策手段，能夠從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、資源、生態(tài)等角度甚至戰(zhàn)略的高度綜合考慮礦產(chǎn)開發(fā)問(wèn)題的卓越專業(yè)人才，是本專業(yè)的教學(xué)與人才培養(yǎng)特色。

3.根據(jù)工程教育的特點(diǎn)，構(gòu)建采礦虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，建立三維模型，模擬鑿巖、爆破回采等采礦工藝過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生對(duì)采礦工藝的理解和掌握，并實(shí)現(xiàn)采礦三維設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的采礦設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。

4.以國(guó)家“211工程”和“985工程”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目為契機(jī)，以完善“理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)訓(xùn)、科研訓(xùn)練”四個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合的高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式為目標(biāo)，與山東招金集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)國(guó)家工程教育實(shí)踐中心，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)，以礦產(chǎn)的安全、高效、生態(tài)型、信息化開發(fā)為核心，建設(shè)一個(gè)以現(xiàn)代高新技術(shù)和現(xiàn)代信息與決策技術(shù)為主導(dǎo)、能夠解決未來(lái)礦山開采關(guān)鍵技術(shù)難題的礦業(yè)新技術(shù)研究基地和實(shí)踐教學(xué)基地；通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。夯實(shí)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)訓(xùn)、科研訓(xùn)練”三位一體的遞進(jìn)式、全學(xué)程的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系。

四、成果的推廣應(yīng)用效果

本項(xiàng)目實(shí)施教學(xué)體系改革取得的研究成果不僅作為新知識(shí)更新到課堂上讓采礦專業(yè)教學(xué)緊跟世界采礦科技的發(fā)展步伐，讓學(xué)生的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和理念得到更新，同時(shí)，也為各大礦山解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)手段。如：深部開采硬巖破壞、冒落規(guī)律研究成果先后為大石橋圣水菱鎂礦、弓長(zhǎng)嶺鐵礦等礦山誘導(dǎo)冒落開采方案提供了科學(xué)依據(jù)；露天轉(zhuǎn)地下提出的崩落法多分段同時(shí)回采技術(shù)，成功解決了過(guò)渡期增產(chǎn)銜接難題，順利解決了廠壩鉛鋅礦、海南鐵礦、黑山鐵礦、小汪溝鐵礦等礦山的露天轉(zhuǎn)地下生產(chǎn)難題。對(duì)復(fù)雜多空區(qū)礦體開采提出的利用基于“三律”（散體移動(dòng)規(guī)律、地壓活動(dòng)規(guī)律、巖體冒落規(guī)律）的誘導(dǎo)冒落開采技術(shù)，達(dá)到了低損失、低貧化、低事故率、低成本、高效率的“四低一高”先進(jìn)開采工藝技術(shù)體系。新建成的散體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室為研究散體壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)提供了實(shí)驗(yàn)條件，為崩落法開采中的放礦規(guī)律等研究提供了裝備和技術(shù)保障，如贊比亞Chimbishi銅礦、北銘河鐵礦、弓長(zhǎng)嶺和眼前山鐵礦等的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供了分析研究手段，結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)一步增大，礦石損失貧化大幅降低，大大降低了生產(chǎn)成本。

通過(guò)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)基地的建設(shè)，使學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新、科研能力有了較大提升。近幾年本專業(yè)有百余名學(xué)生參加了相關(guān)教師的科研課題、80余人參加了校級(jí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以及國(guó)家大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，其中9項(xiàng)活動(dòng)為校級(jí)優(yōu)秀，5項(xiàng)省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，2項(xiàng)國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。

新知識(shí)體系的構(gòu)建，使學(xué)生知識(shí)面得到了有效拓展；同時(shí)綜合素質(zhì)和強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感的國(guó)際化人才培養(yǎng)使我們的畢業(yè)生就業(yè)從國(guó)內(nèi)擴(kuò)展到國(guó)外，就業(yè)面從以前單一的有色和冶金礦山行業(yè)，擴(kuò)展到石油、海洋、資源環(huán)境評(píng)價(jià)、地理信息系統(tǒng)和資源規(guī)劃與管理等諸多行業(yè)。畢業(yè)生就業(yè)率連續(xù)5年100%，供需比達(dá)到1∶5～1∶6。

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基金項(xiàng)目：遼寧省自然科學(xué)基金（201102065）；遼寧省自然科學(xué)基金（201202075）；教育部新世紀(jì)人才支持計(jì)劃（NCET-11-0073）。

作者簡(jiǎn)介：顧曉薇（1971-），女，遼寧鳳城人，教授，博士生導(dǎo)師，采礦研究所副所長(zhǎng)，研究方向：礦業(yè)資源與生態(tài)經(jīng)濟(jì)及露天礦床開采優(yōu)化領(lǐng)域的研究與開發(fā)工作。endprint