采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生之礦壓能力互饋核心單元的研究

孫明 鄭文翔

摘 要：采礦學(xué)生是煤炭高校的特色組成，礦壓能力是煤礦開(kāi)采的生存技能。從采礦學(xué)生的內(nèi)涵和礦壓能力的演化入手，將礦壓課程分為五個(gè)核心單元，并從五個(gè)衡量層面進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生；礦壓能力；核心單元；衡量層面；相關(guān)系數(shù)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2018）04B-0038-02

一、采礦學(xué)生與礦壓能力

（一）采礦學(xué)生的概念

采礦學(xué)生是煤炭高校的特色模塊和重要組成，而采礦學(xué)生又不僅僅局限于采礦工程專(zhuān)業(yè)所培養(yǎng)的學(xué)生。原煤炭高校是以原礦院、煤校、鋼院為發(fā)展基因或者由煤炭主產(chǎn)地政府、國(guó)有集團(tuán)公司主導(dǎo)建設(shè)的高等學(xué)校。這里的采礦學(xué)生指的是采礦工程和涉煤專(zhuān)業(yè)所培養(yǎng)的學(xué)生，包括采礦工程、地質(zhì)工程、測(cè)繪工程、礦物加工工程、安全工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化和資源勘查工程。這些專(zhuān)業(yè)組成了一般意義上的涉煤學(xué)院，而這些學(xué)院又構(gòu)成了普遍認(rèn)同的煤炭高校。據(jù)百度查詢(xún)結(jié)果，現(xiàn)有開(kāi)設(shè)采礦工程的煤炭高校為53所，約占我國(guó)高校總數(shù)的3%。

（二）礦壓能力的演化

礦壓能力的演化和礦壓課程的名稱(chēng)密不可分，礦壓課程被認(rèn)可的課程全名為“礦山壓力與巖層控制”，通常使用由錢(qián)鳴高院士主編的國(guó)家規(guī)劃教材?！暗V山壓力與巖層控制”是在20世紀(jì)50年代首次被提出，但當(dāng)時(shí)更多學(xué)者傾向于“頂板控制”這一術(shù)語(yǔ)，因?yàn)轫敯逯ёo(hù)失效導(dǎo)致冒頂事故頻發(fā)，并造成大量人員傷亡，成為威脅煤礦開(kāi)采的最主要的因素。進(jìn)入到90年代，這一術(shù)語(yǔ)逐漸被接受并固定下來(lái)，所以礦山壓力與巖層控制不僅包括頂板控制，還涉及巷幫和底鼓控制、煤柱設(shè)計(jì)、沖擊礦壓、地表沉陷等諸多問(wèn)題。礦壓能力是一種能夠?yàn)榻鉀Q礦山壓力與巖層控制問(wèn)題提供研究思維和工程方法，提出全面合理的技術(shù)措施和控制手段，以解決復(fù)雜的巖層控制問(wèn)題和危險(xiǎn)的煤巖動(dòng)力現(xiàn)象。

二、礦壓課程的核心單元

（一）礦山巖體力學(xué)

礦山巖體力學(xué)是礦壓課程的前提基礎(chǔ)，由礦壓緒論知識(shí)、巖石基本性質(zhì)和原巖應(yīng)力分布組成。其中，礦壓緒論知識(shí)包括礦壓概念、意義屬性、發(fā)展歷史和發(fā)展方向，巖石基本性質(zhì)包括變形特性、強(qiáng)度理論、巖體特征及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，原巖應(yīng)力分布包括原巖應(yīng)力、彈性變形、支承壓力及底板傳播。這部分由6～10個(gè)學(xué)時(shí)講授比較合適，采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用10學(xué)時(shí)授課，涉煤專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用6學(xué)時(shí)授課。

（二）采場(chǎng)礦壓控制

采場(chǎng)礦壓控制是礦壓課程的重要組成，由頂板活動(dòng)機(jī)理、來(lái)壓顯現(xiàn)規(guī)律、頂板支護(hù)方法和巖層移動(dòng)控制組成。其中，頂板活動(dòng)機(jī)理包括覆巖活動(dòng)假說(shuō)、直接頂?shù)目迓?、老頂結(jié)構(gòu)分析及巖體斷裂擾動(dòng)，來(lái)壓顯現(xiàn)規(guī)律包括老頂初次來(lái)壓、老頂周期來(lái)壓、頂板壓力估算和主要影響因素，頂板支護(hù)方法包括頂板分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、支架?chē)鷰r原理、頂板控制原則和來(lái)壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，巖層移動(dòng)控制包括關(guān)鍵層的理論、覆巖活動(dòng)規(guī)律、底板破壞突水和覆巖控制技術(shù)。這一部分由8～16個(gè)學(xué)時(shí)講授比較合適，采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用16學(xué)時(shí)授課，涉煤專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用8學(xué)時(shí)授課。

（三）巷道礦壓支護(hù)

巷道礦壓支護(hù)是礦壓課程的關(guān)鍵部分，由巷道礦壓顯現(xiàn)和巷道支護(hù)技術(shù)組成。其中，巷道礦壓顯現(xiàn)包括圍巖變形規(guī)律、采動(dòng)巷道規(guī)律和圍巖控制原理，巷道支護(hù)技術(shù)包括不留煤柱護(hù)巷、巷道圍巖卸壓、巷道金屬支架、巷道錨桿支護(hù)和軟巖支護(hù)技術(shù)組成。總體來(lái)說(shuō)，這一部分由4～6個(gè)學(xué)時(shí)講授比較合適，采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用6學(xué)時(shí)授課，涉煤專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用4學(xué)時(shí)授課。

（四）特色礦壓規(guī)律

特色礦壓規(guī)律是礦壓課程的先進(jìn)代表，由放頂?shù)V壓控制和淺埋巖層控制組成。其中，放頂?shù)V壓控制由頂煤破碎機(jī)理和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律組成，淺埋巖層控制由覆巖活動(dòng)特點(diǎn)、頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和采場(chǎng)支護(hù)分析組成?？傮w來(lái)說(shuō)，這一部分由4個(gè)學(xué)時(shí)講授比較合適，采礦專(zhuān)業(yè)和涉煤專(zhuān)業(yè)學(xué)生均采用4學(xué)時(shí)授課。

（五）其他礦壓研究

其他礦壓研究是礦壓課程的有益補(bǔ)充，由煤礦動(dòng)壓控制、非煤邊坡分析和礦壓研究方法組成。其中，煤礦動(dòng)壓控制由沖擊礦壓的特點(diǎn)、機(jī)理、預(yù)測(cè)、防治及頂板大面積來(lái)壓組成，非煤邊坡分析由金屬礦采場(chǎng)礦壓和邊坡穩(wěn)定分析及控制組成，礦壓研究方法由采場(chǎng)礦壓觀測(cè)、數(shù)值分析方法和詳細(xì)材料模擬組成?？傮w來(lái)說(shuō)，這一部分由6～8個(gè)學(xué)時(shí)講授比較合適，采礦專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用8學(xué)時(shí)授課，涉煤專(zhuān)業(yè)學(xué)生采用6學(xué)時(shí)授課。

三、核心單元的相關(guān)系數(shù)

（一）核心單元的五個(gè)衡量層面

課程教學(xué)小組從知識(shí)總量多少、理論難度高低、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍、科技創(chuàng)新潛力、考核成績(jī)優(yōu)劣五個(gè)方面對(duì)核心單元進(jìn)行衡量，以1、3、5代表少（低、窄、弱和劣）、中、多（高、廣、強(qiáng)和好）。小組成員以現(xiàn)場(chǎng)懇談、電話郵件和發(fā)放問(wèn)卷三種方式，分別與五名畢業(yè)在礦學(xué)生、五名采礦行業(yè)教授和五名生產(chǎn)礦長(zhǎng)進(jìn)行打分建立判斷矩陣，如下表所示。本次研究?jī)H從核心單元外在層次進(jìn)行研究，后續(xù)研究將陸續(xù)從核心單元的內(nèi)在層次進(jìn)行分析，以便探索適合不同核心單元的教學(xué)內(nèi)容、授課方法、考核方式和科技創(chuàng)新，進(jìn)而形成獨(dú)具特色和效果顯著的課程大綱。

（二）核心單元的相關(guān)系數(shù)矩陣

相關(guān)系數(shù)是一個(gè)絕對(duì)值不超過(guò)1的無(wú)量綱的數(shù)值，主要描述不同變量的線性相關(guān)程度。在MATLAB平臺(tái)，corrcoef函數(shù)用來(lái)計(jì)算不同指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，通常由ρ=Cov（X，Y）/（√D（X）√D（Y））計(jì)算相關(guān)系數(shù)，其中Cov（X，Y）代表X，Y的協(xié)方差，D（X）、D（Y）代表X，Y的方差。圖1為礦壓課程五個(gè)核心單元的相關(guān)系數(shù)矩陣圖，在圖1中，課程研究小組采用橢圓色塊來(lái)直觀表示不同變量之間的線性相關(guān)程度；橢圓越扁，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越接近于1，則變量間為強(qiáng)相關(guān)；橢圓越圓，相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越接近0，則向量間為弱相關(guān)。若橢圓的長(zhǎng)軸方向是從左下到右上，則變量間為正相關(guān)；若橢圓的長(zhǎng)軸方向是從右下到左上，則變量間為負(fù)相關(guān)。

以相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值0.4為強(qiáng)弱閾值，礦山巖體力學(xué)與采場(chǎng)礦山壓力呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)，與巷道礦壓支護(hù)、其他礦壓研究呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)，與特色礦壓規(guī)律呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)。采場(chǎng)礦壓控制與礦山巖體力學(xué)呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)，與特色礦壓規(guī)律呈現(xiàn)弱正相關(guān)，與巷道礦壓支護(hù)、其他礦壓研究呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)。巷道礦壓支護(hù)與特色礦壓規(guī)律、其他礦壓研究呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)，與礦山巖體力學(xué)、采場(chǎng)礦壓控制呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)。其他礦壓研究與巷道礦壓支護(hù)、特色礦壓規(guī)律呈現(xiàn)弱正相關(guān)，與礦山巖體力學(xué)、采場(chǎng)礦壓控制呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)。

將五個(gè)核心單元的相關(guān)系數(shù)累加求和發(fā)現(xiàn)，特色礦壓規(guī)律>采場(chǎng)礦壓控制>巷道礦壓支護(hù)>礦山巖體力學(xué)>其他礦壓研究。所以，特色礦壓規(guī)律單元因?yàn)榇砻禾啃袠I(yè)最新科技成果，所以，能夠引起涉煤專(zhuān)業(yè)學(xué)生的研究興趣，其他礦壓研究單元因?yàn)樘峁┑V壓研究方法，所以可以激發(fā)采礦考研深造學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，采場(chǎng)礦壓控制、巷道礦壓支護(hù)和礦山巖體力學(xué)因?yàn)閷儆诘V壓課程的不可或缺的部分，所以必須給采礦學(xué)生講授，基本符合課程教學(xué)大綱、學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和礦壓授課結(jié)構(gòu)。

（三）衡量層面的相關(guān)系數(shù)矩陣

圖2為礦壓課程五個(gè)衡量層面的相關(guān)系數(shù)矩陣圖。以相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值0.4為強(qiáng)弱閾值，知識(shí)總量多少與理論難度高低呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)，與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍呈現(xiàn)弱正相關(guān)，與科技創(chuàng)新潛力、考核成績(jī)優(yōu)劣呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)。理論難度高低與知識(shí)總量多少呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)，與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)，與科技創(chuàng)新潛力、考核成績(jī)優(yōu)劣呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍與知識(shí)總量多少、科技創(chuàng)新潛力、考核成績(jī)優(yōu)劣呈現(xiàn)弱正相關(guān)，與理論難度高低呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)?？萍紕?chuàng)新潛力與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍、考核成績(jī)優(yōu)劣呈現(xiàn)弱正相關(guān)，與理論難度高低呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)，與知識(shí)總量多少呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)?？己顺煽?jī)優(yōu)劣與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍、科技創(chuàng)新潛力呈現(xiàn)弱正相關(guān)，知識(shí)總量多少呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)，與理論難度高低呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)。

將五個(gè)衡量層面的相關(guān)系數(shù)累加求和發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍>知識(shí)總量多少>考核成績(jī)優(yōu)劣>科技創(chuàng)新潛力>理論難度高低。所以，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍層面因?yàn)轶w現(xiàn)了礦壓控制的特色和采礦行業(yè)的特征，所以用來(lái)衡量礦壓課程的是最有說(shuō)服力的，理論難度高低層面因?yàn)槭谡n困難、理解晦澀，所以應(yīng)該變革教學(xué)手段進(jìn)而因材施教，知識(shí)總量多少、考核成績(jī)優(yōu)劣、科技創(chuàng)新潛力分別代表采礦學(xué)生的三種礦壓能力水平：能夠通過(guò)考試、感受礦壓樂(lè)趣和科技創(chuàng)新活動(dòng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

采礦學(xué)生是煤炭高校的特色模塊和重要組成，廣義是指采礦工程和涉煤專(zhuān)業(yè)所培養(yǎng)的學(xué)生。礦壓能力是一種解決包括頂板控制，還涉及巷幫和底鼓控制、煤柱設(shè)計(jì)、沖擊礦壓、地表沉陷等諸多問(wèn)題的研究思維和工程方法。

將核心單元按相關(guān)系數(shù)求和排序，特色礦壓規(guī)律>采場(chǎng)礦壓控制>巷道礦壓支護(hù)>礦山巖體力學(xué)>其他礦壓研究。將衡量層面按相關(guān)系數(shù)求和排序，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用范圍>知識(shí)總量多少>考核成績(jī)優(yōu)劣>科技創(chuàng)新潛力>理論難度高低。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“基于識(shí)繪能力培養(yǎng)的礦圖課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索”（編號(hào)：JY2017021）。

參考文獻(xiàn)：

孫明，鄭文翔，段曉博，尚東.煤炭高校采煤概論之教學(xué)體系的改革建設(shè)[J].內(nèi)蒙古教育，2016，（4）.