金屬礦床地下開采課程建設思考與實踐

劉青靈　李兵磊　樓曉明　黃明清

[摘 要]福州大學紫金礦業(yè)學院采用一校兩地“雙師型”辦學模式—“紫金模式”對本科及以上層次的工程人才進行培養(yǎng)。以澳大利亞科廷大學西澳礦業(yè)學院采礦工程專業(yè)課Mining System、Underground Mining System為基礎，結合國內(nèi)采礦工程行業(yè)現(xiàn)場實踐要求，從教學目標、教學體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學實踐等方面對福州大學紫金礦業(yè)學院金屬礦床地下開采課程進行了探索和實踐。

[關鍵詞]金屬礦床;地下開采;課程建設;教學探索

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）10-0069-03

一、引言

紫金礦業(yè)學院是福州大學與紫金礦業(yè)集團股份有限公司2007年合作創(chuàng)辦，以全日制本科生和研究生教育為主，由企業(yè)“支持辦學建設、參與辦學過程、檢驗辦學成效”的新型學院。礦床地下開采屬于工藝學范疇，金屬礦床地下開采是一門實踐性非常強的課程，對學生的綜合能力要求較高，而學生在學習該課程之前，對礦床開采現(xiàn)場的實踐僅處于理論認知階段。在教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學生對地下礦床開采的整個工藝流程、井巷道工程之間的空間位置關系以及開采工藝流程與井巷工程之間的協(xié)同關系理解得不是很透徹，這導致教學進度偏慢，學生積極性不高，學習針對性不強。

金屬礦床地下開采課程是采礦工程專業(yè)的核心主干課程，其包含的開拓系統(tǒng)、采礦方法授課內(nèi)容是課程設計、畢業(yè)設計的重點內(nèi)容。為解決該課程體系、課程內(nèi)容、地下工程設計理念與目前礦山生產(chǎn)實踐要求存在嚴重差距的問題，本文借鑒西方歐美發(fā)達國家礦山開采技術體系，以澳大利亞科廷大學西澳礦業(yè)學院采礦工程專業(yè)課Mining System、Underground Mining System為基礎，結合國內(nèi)采礦工程行業(yè)現(xiàn)場實踐要求，闡述采礦工程系金屬礦床地下開采（以下簡稱“地采”）的課程綜合改革建設。在課程建設的基礎上，以期在新的辦學模式下，探索紫金礦業(yè)學院采礦工程專業(yè)的核心專業(yè)課——金屬礦床地下開采課程的建設思路，研究教學體系和教學方法，縮小高校培養(yǎng)的工程實踐人才與社會需求之間的差距。

二、課程建設探索

（一）課程體系

公共基礎課，采礦學科基礎課，專業(yè)課程構成了福州大學采礦工程專業(yè)“卓越工程師教育”培養(yǎng)方案的課程體系。金屬礦床地下開采課程是公共基礎課程，是采礦學科基礎課程所學知識的綜合應用。在開設此課程之前，學生系統(tǒng)地學過工程制圖、礦業(yè)工程導論、測量學、礦山地質學、爆破工程5門采礦學科基礎課程。但是與金屬礦床地下開采課程密切相關的課程還應當包括井巷工程設計與施工、巖石（體）力學、礦井通風與安全、礦井運輸與提升、工程機械、數(shù)字礦山技術。從金屬礦床地下開采課程開設實際情況以及當前采礦工程實際出發(fā)，筆者認為課程教學的重點在于開拓系統(tǒng)、回采工藝流程、采礦方法，這涉及后續(xù)礦井通風與安全、礦井運輸與提升、工程機械等課程的細節(jié)內(nèi)容，需把握好該課程其他專業(yè)課程之間教學大綱的銜接性、吻合度與深度，突出課程的特點和特色，這樣才能使金屬礦床地下開采課程“內(nèi)容有序、深度得當、重點突出、無縫對接”。

（二）教學內(nèi)容

金屬礦床地下開采是福州大學紫金礦業(yè)學院采礦工程專業(yè)的核心專業(yè)課，是在認識實習，并完成工程制圖、礦業(yè)工程導論、測量學、礦山地質學、爆破工程專業(yè)基礎課程后開設的課程，是公共基礎課程、采礦學科基礎課程所學知識的綜合應用，是對學生在后續(xù)實踐中綜合運用工程制圖、地質學、工程爆破、巖石力學、井巷工程、測量、工程機械、數(shù)字礦山軟件、運輸與提升、通風安全等金屬礦床開采的基本理論從事地下開采設計、地下礦床開采運營管理職業(yè)能力、專業(yè)素養(yǎng)的綜合培養(yǎng)。

目前國內(nèi)的地采教材部分內(nèi)容過于陳舊，與實際不符合等問題突出。以采礦方法為例，一些教材仍然花大量篇幅介紹留礦法，漏斗出礦底部結構，而對新工藝，遙控、無軌自行等新設備高效出礦結構介紹較少。在課程內(nèi)容準備方面，筆者認真搜集了國內(nèi)外礦山最近10年的關于開拓方案、采礦方法的相關文獻資料，緊緊圍繞教學核心目標，側重開拓系統(tǒng)和采礦方法的量化技術經(jīng)濟比較方法，以案例教學的方式形成系統(tǒng)的教學內(nèi)容。

值得一提的是，“因礦生法”是采礦工程專業(yè)現(xiàn)場管理的精髓。由于工程巖體分布的復雜性，世界上沒有完全相同的兩座礦山，更沒有完全相同的兩套采礦工藝、采礦方法。同時，礦床的開采是一個持續(xù)動態(tài)的過程，現(xiàn)場的工程對象、空間位置、工程條件每時每刻都在變化。單純生搬硬套、機械地記憶金屬礦床開采基本理論知識而沒有理解、領會采礦工藝、采礦方法的本質，無法做好地下礦床開采技術管理工作。因此，在金屬礦床地下開采課程講授中，必須抓住礦床地下開采工藝過程中不變的、本質的內(nèi)容，并注意講授內(nèi)容之間的銜接，使講授內(nèi)容條理化、框架化。

以開拓系統(tǒng)為例，要建立兩條主線（一是構成開拓系統(tǒng)井巷工程的基本單元，二是開拓系統(tǒng)井巷工程基本單元與礦體的位置關系）掌握開拓系統(tǒng)方法，而重點要放在開拓系統(tǒng)選擇與技術經(jīng)濟比較方面。在礦床開拓系統(tǒng)課程的講授過程中，從這兩條主線出發(fā)，注重條理性和本質內(nèi)容的講解，可以使學生不至于被教材所涉及的16種開拓系統(tǒng)方法所限制。

以采礦方法為例，將以各種采礦方法的共性工藝過程（采準、切割、落礦、通風、出礦、地壓管理）作為主采礦方法講授的主線，而重點放在根據(jù)不同的開采技術條件選擇合理的采礦方法，并進行技術經(jīng)濟比較。

三、教學目標與課程考核

地采課程是專業(yè)課，教學目標是方向，課程考核是方法。通過對比國內(nèi)外的地采課程的教學目標和考核方式筆者發(fā)現(xiàn)，本科教學的教學目標必須明確，課程考核必須嚴格。結合國內(nèi)外采礦工程實際，筆者凝練出兩條主線：一是開拓方法，二是采礦方法。學生通過課程的學習，能夠根據(jù)復雜的開采技術條件，通過技術經(jīng)濟比較訓練，得出合理的開拓方案和采礦方法方案。同時，根據(jù)工程專業(yè)認證對課程的支撐要求，整個教學內(nèi)容將圍繞這一核心目標展開，認真組織教學內(nèi)容，做到每堂課的教學內(nèi)容重難點明確，每堂課的內(nèi)容在課程考核中一一體現(xiàn)。

四、教學方法

（一） 引入礦山三維可視化軟件進行課堂教學

金屬礦床地下開采的開拓系統(tǒng)、工藝過程、采礦方法是在有限的地下空間里進行的，對于金屬礦床地下開采課程的初學者來說，課程的學習會有一些難度，但是從課程培養(yǎng)目標的角度出發(fā)，必須培養(yǎng)學生具有良好的工程制圖能力、識圖能力、空間想象能力。教師應當認識到，培養(yǎng)學生具有良好的工程制圖能力、識圖能力、空間想象能力是一個過程。從以往的教學效果來看，初學者往往不具備這些能力。在課程的講授過程中，引入礦山工程三維可視化軟件是一個很好的解決方案，它可以即時從不同的視角對開拓系統(tǒng)、采礦方法、采礦工藝流程進行講解，讓學生可以在短時間內(nèi)對開拓系統(tǒng)、采礦方法等重點內(nèi)容有具體、直觀的理解，然后再逐步過渡到采礦工程三視圖的繪制與識別。

學院引進了Dimine和Surpac等國內(nèi)外通用的大型礦山采礦設計軟件，并重點建設了數(shù)字礦山實驗室。以分段鑿巖階段礦房法為例，其礦山工程三維可視數(shù)字化模型如圖1和圖2所示。

（二） 注重培養(yǎng)學生的探究創(chuàng)新能力

金屬礦床地下開采是采礦工程專業(yè)的主干課程，理論性和實踐性都很強。教師應培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新性學習的能力，使學生初步具備創(chuàng)造性地分析和解決問題的能力。在課堂上，教師應注重選擇性地引導學生對沒有定論、具有研究意義的課程內(nèi)容進行思考，在課后通過小組討論、查閱文獻資料的方式對問題進行專題式的研究，使學生對問題有一個全面的認識，使其知其然，并知其所以然。筆者以“圍巖移動角”為例，說明注重培養(yǎng)學生探究創(chuàng)新能力的重要性。在《金屬礦床地下開采》教材中，分別在“相鄰礦體開采順序”“保安礦柱圈定”“崩落采礦法”三個地方提到關于“圍巖移動角”的內(nèi)容，這足以可以看出“圍巖移動角”內(nèi)容的重要性，但教材并沒有專門的章節(jié)對其進行闡述。在課堂的講解過程中，在詳細講解概念的基礎上，筆者引導學生查閱、搜集國內(nèi)外礦山關于圍巖移動角的文獻資料，比較分析三種圍巖移動角的關系，圍巖移動角的影響因素，以及圍巖移動角大小對井巷工程的影響。

（三） 工程案例教學

礦業(yè)作為國民經(jīng)濟的工業(yè)基礎，新中國成立以來，我們國家建設了一大批礦山，一代代的采礦界工程技術人員為此付出了艱辛的努力，積累了大批寶貴的礦床開采、礦山建設經(jīng)驗。在金屬礦床地下開采課程講授過程中，筆者注重工程案例的引入，理論聯(lián)系實際，使課堂教學內(nèi)容具體、生動、有針對性，教學反饋效果良好。

（四） 模型實驗教學

紫金礦業(yè)學院試驗室新配備了礦床地下開采工藝綜合模型、振動放礦仿真模型、典型采礦方法模型、底部結構模型等一整套金屬礦山地下開采的工藝過程的實體模型。這一系列系統(tǒng)實驗模型能反映當前采礦的新工藝、新技術，實現(xiàn)金屬礦床地下開采實驗課100%的開出率，提高了課程教學效果。

五、實踐教學建設

（一） 雙師型隊伍建設

持續(xù)到企業(yè)選拔具有一定學歷和職稱且專業(yè)實踐經(jīng)驗豐富的采礦工程技術人員作為雙師型候選教師，通過建立分期遴選與考評反饋機制，推進紫金礦業(yè)學院獎勵性績效工資改革，這種做法充分提高了雙師型教學團隊的教學與科研水平和教學隊伍的活力、穩(wěn)定性。目前，雙師型教學隊伍在紫金辦學模式下發(fā)揮著重要作用，成為實現(xiàn)卓越工程師計劃培養(yǎng)目標的中堅力量。

（二） 雙師型教學建設

認識實習（1周）、生產(chǎn)實習（第6學期）、畢業(yè)實習（第8學期） 構成了福州大學采礦工程專業(yè)“卓越工程師教育”培養(yǎng)方案的實踐體系。金屬礦床地下開采課程在認識實習之前，生產(chǎn)實習之后。我們要求學生在認識實習的過程中對礦山工藝流程有一個整體、宏觀的認識，為金屬礦床地下開采課程的學習奠定基礎;在生產(chǎn)實習階段，按照“注重細節(jié)而不失重點”的原則，實踐教學專注于礦山開采工藝流程的細節(jié)。通過整合雙師型教學隊伍、師資力量、教學資源，圍繞金屬礦床地下開采的八個分項工程工序，按專題以講座、報告、現(xiàn)場講解的形式開展實踐教學，這樣可以使學生結合所學專業(yè)基礎理論對礦山整個工藝流程的細節(jié)有很好地理解，提高學生專業(yè)實踐的認知水平和能力。

（三） 踐行三位一體工程實訓

按照“卓越工程師教育”培養(yǎng)方案、紫金礦業(yè)學院雙師型的培養(yǎng)模式，依托上杭教學基地、紫金礦業(yè)集團近30座大型礦山、國家級工程實踐教育中心，金屬礦床地下開采課程的實踐環(huán)節(jié)形成作業(yè)、課程設計、畢業(yè)設計三位一體工程實訓模式。在企業(yè)“雙師”的指導下，實訓題材來源于礦山工程實踐，課程實踐的深度和綜合性呈階梯遞進，保證了課程實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容不與工程實際相脫節(jié)，同時確保了三位一體工程實訓模式的銜接度、連貫性。

六、結束語

福州大學紫金礦業(yè)學院采用一校兩地“雙師型”辦學模式—“紫金模式”對本科及以上層次的工程人才進行培養(yǎng)，與教育部“卓越工程師教育計劃”高度吻合。歐美國家的礦山開采技術體系，其礦山開采工藝流程優(yōu)勢體現(xiàn)在開采流程標準化，依托數(shù)字化軟件平臺，將工藝流程納入軟件平臺進行統(tǒng)一管理。中國是一個具有五千年歷史積淀的大國，有其特色的工匠文化智慧和對待工程學科的態(tài)度。在實施課程改革的同時，切忌生搬硬套。本文是對金屬礦床地下開采課程從教學目標、教學內(nèi)容、考核方式、教學方法等方面實施改革和建設一年多來的總結。地采課程是一門與工程實際結合非常緊密的以理論教學與實踐教學手段相結合的專業(yè)主干課程，授課過程必須保證課程體系的實踐性，突出主線，使課程考核與教學內(nèi)容一一對應，不可松懈。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] Erik Eklund， Mining in Australia： An historical survey of industry–community relationships， The Extractive Industries and Society， Volume 2， Issue 1， 2015， Pages 177-188，

[2] 《Underground Mining System》Unit Materials， WASM， Curtin University， 2017.

[3] Australian Mining Education Capability Overview， 2016

[4] Mining Education Australia annual report， 2016.

[5] 翁春林. 《礦床地下開采》課程建設探索[J]. 高校教育研究，2008（14）：142.

[6] 徐學鋒，劉少偉，韋四江，等.新形勢下采礦工程專業(yè)實踐教學模式探討[J].實驗技術與管理，2009（3）： 150-151.

[7] 曹樹剛. 采礦工程專業(yè)工程實踐性教學探討[J].高等建筑教育，2008（2）： 123-126.

[責任編輯：陳 明]