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当前,采矿工程专业本科毕业设计一般要求具有一定的典型性、专业性、合理性和规范性。同时,设计说明书还应达到一定的书写要求,需要达到通俗易懂程度,还应具有一定的解决问题的深度和技术难度。当然,我校对毕业设计要求更高一些,就是需要具有专题研究,该部分要求和毕业设计说明书具有一定的相关性,并具有一定的学术性和创新性等,如果用这样的标准来衡量当前的采矿工程本科毕业设计一般部分(含设计、图纸和说明书)及专题部分,部分学生的设计质量大部分都偏低,甚至有的学生都不能满足最低要求。综上所述,采矿工程专业本科毕业设计存在如下问题:
1.1毕业设计选题简单及内容相近
在进行毕业设计选题过程,一般采矿工程专业院校都按照既有模式进行,设计选题题目根据毕业实习矿山为背景,设计题目没有针对性或比较肤浅,有的甚至不科学,重复以前的题目,缺乏对应的研究。这不仅限制了学生主观能动性的拓展,而且阻碍了学生对生产问题、技术创新和解决实际问题的技能培养。
1.2书写功底差
毕业设计过程中比较严重的问题是设计说明书的写作能力差,在整个设计过程中,特别是摘要和设计说明书中阐述的设计过程不够严谨,表述不清,很多学生无从下手,不知道如何能把问题解释清楚,把说明书写成记账式说明或敷衍了事的概述。另外,毕业设计说明书的排版格式不规范、结构不合理、条理不清晰、计算错误,甚至有的学生把导师名字都写错,可见学生对本科毕业设计的重视程度和写作功底比较差,需要加强这方面的锻炼。
1.3工程制图漏洞百出
毕业设计工程制图要求采矿工程本科毕业生具有较强的绘图能力、空间想象能力和图文表达能力,学生在制图过程中不断提高绘图能力。通过毕业设计,采矿工程本科生能够较为熟练地掌握计算机绘图、手工绘图能力和追求完美的视观感受。但在实际毕业设计过程中,甚至最后提交的毕业设计说明书和设计图纸,还发现很多问题,比如说明书和设计图纸不符合、CAD制图的比例不对应、工业广场留设不合理、代表符号混乱不合要求、矿块布置不合理、通风线路标示错误、平面图和剖面图不对应等。这严重影响整个制图效果,并直接降低了毕业设计的质量。
1.4低级错误多
采矿工程本科毕业设计的一个重要不足在于设计中所犯低级错误、原则性错误较多。比如:具有高瓦斯矿井,很多同学没有在设计及说明书中阐述如何抽放瓦斯,更不用说如何实现煤与瓦斯共采等深奥问题;在地面上有构建筑物需要保护区域没有留设保安矿柱;通风系统混乱,污风相互混合,形成不通畅系统等。这些问题都属于采矿工程本科生最容易犯的低级错误,违反了相关安全规程和设计规程,采矿工程专业本科生经常犯这些低级错误,说明学生没有很好地掌握基本理论知识和专业知识,最重要的是将来走向工作岗位如果一直马虎下去将会造成严重的后果。
1.5设计内容高度相似
由于扩招等各方面的原因,现在每个毕业设计指导老师都带3-8个毕业生,项目多的老师相对简单,但对于项目少的老师只能给学生为数不多的设计任务,也就说,指导老师给的任务就比较相近。有的同学的毕业设计大部分内容照抄其他同学的,或者从前几届毕业的学生那抄袭和照搬。虽然设计题目不尽相同,但设计内容和说明书高度相似,导致说明书前后表述矛盾、不一致,相似错误频发等等问题。
2问题产生的因素
导致采矿工程本科毕业设计质量低下的原因较多,有学生自身的原因也有指导教师的原因,甚至有外部环境的影响。总结起来有以下几点:
2.1前期准备不充分
因为采矿工程专业是一门专业性很强、实践性强的学科,毕业设计前应做好充分准备,包括理论知识和专业知识的复习,经过了认识实习、生产实习和毕业实习的不断进步,应该可以作出质量较高的毕业设计和说明书,毕业设计前期准备不够充分主要表现在:(1)矿山接受学生实习的积极性不高,指导教师联系实习地点困难,一般靠老师的学生在矿山当了领导以后才能给安排。所以,矿山对学生实习的重视程度不够;(2)实习经费不足,学校提供的实习经费一压再压,已经完全不能适合经济快速发展的步伐,实习费用已经远远不能满足实习需要;(3)实习内容不够全面,由于实习经费不足,致使指导教师无奈把实习时间从3周压缩成2周,甚至1周,促使实践性很强的实习不能完全联系实际;(4)实习过程过于简单,由于实习时间的压缩,导致实习过程相对简单,不跟班实习,不能切实体会理论联系实际的效果;(5)有些同学对毕业实习和毕业设计积极性不高,采矿工程专业属于高危行业,学生对从事的专业具有一定的厌烦和恐惧感,特别是部分学生毕业后不打算到矿山工作,致使毕业设计和实习成为这些学生的艰巨的任务和负担,使学生在思想和行动上对毕业设计和实习重视的态度不够;(6)指导教师人员匮乏,难以胜任繁重的实习指导任务,缺少用制度管理学生的经验,对学生产生的众多问题及指导教师提出了要求和修改意见后学生无动于衷的问题束手无策;(7)考核制度不够健全、实施不够严厉,成绩评定过于简化,造成学生的重视程度不够,有失公平。
2.2指导教师自身因素
由于采矿工程专业就业压力小,相对10年前,招收采矿工程专业的学生大幅度提高,导致每个教师需要指导的学生数逐渐增多,因此,产生了如下问题:(1)指导教师的投入得不到保障。从时间和精力上讲,大多数高校教师承担着大量教学和科研任务,另外还需完成大量的考核指标,比如:每年要完成多少高水平的论文、获得的科研奖励、专利、著作、指导研究生数量、上讲台课时数、在研科研项目数、是否有纵向课题(国家自然科学基金)、评职称、无休止的会议等等,在高校激烈竞争的今天,指导教师的自由度相对较小。很多指导老师无法保证有足够的时间来指导学生更好地完成设计,只能把握方向;(2)指导教师相对缺乏采矿设计方面的知识。一部分高校教师本身缺乏科研与工程实践经历,尤其是作为毕业设计指导为主体的年轻教师,个别教师没有很丰富的采矿工程方面的经验来有效地指导毕业设计。同时,也存在个别教师工作责任心不强的现象,没有很好地起到监管作用,放松了对学生毕业设计的要求。导致毕业生认为毕业设计就是走过场,不可能在最后还不让过。
2.3外部环境因素
目前,随着国民经济的高速发展,采矿工程专业的毕业生就业相对容易,每个学生均有4-5个单位可以选择,但有一部分学生把主要心思放在考研、出国、考公务员上,从主观上对毕业设计没有足够的重视,加上毕业设计期间是求职择业的最佳时机,学生的大部分时间均不在毕业设计上。当然,也有为数不多的毕业后去矿山的学生可以完全发挥自己主观能动性,拓展自己的思路,把精力放在毕业设计上。
3结论
1.以服务地方经济、满足社会需求为基本方向。贵州工程应用技术学院,位于贵州省毕节市。该地煤炭资源丰富,是国家规划的13个大型煤炭基地之一———云贵煤炭基地的重要组成部分,是西电东送的主战场。随着贵州省“工业强省”和毕节市“工业强市”战略的实施,煤矿资源的采掘和利用对促进毕节市的经济、社会发展有着举足轻重的作用。然而,我国矿业类院校主要集中在北方,由于地理环境恶劣,极少数毕业生选择西部落后地区就业,这些原因导致毕节市采矿工程专业人才严重短缺。作为毕节市唯一一所本科院校———贵州工程应用技术学院本着为地方经济发展服务的宗旨,从2008起就开设了采矿工程专业,为毕节市乃至贵州省培养输送了大批的采矿工程专业技术人员,从而为地区煤炭实业发展提供了专业技术人才保障。
2.有利于贵州工程应用技术学院转型期学科建设发展。贵州工程应用技术学院进入由师范专业培养为主转变为以工科专业为主的应用型技术人才培养的转型期,学科建设的效果直接影响到学校转型成败,学科建设既要考虑服务地方经济社会发展,又要兼顾自身的发展。学校以培养为地方经济社会发展服务的应用型人才为出发点,充分结合地方矿产资源,全面掌握地方所需人才,整合校内资源,开设采矿工程专业。采矿工程专业人才是地方经济发展中的紧缺人才,学生毕业后可以直接服务于地方矿山企业,解决人才匮乏难题。所以,注重人才培养质量至关重要。因此,改革采矿工程专业的培养模式及教学方案也是学校转型期内学科建设的重要内容,作为学校重点打造的工科专业,采矿工程专业在转型期内改革发展的好坏直接影响整个学校转型的成败。
二、地方新建本科院校采矿工程专业人才培养存在的问题
不同的地方院校由于办学历史、地理位置、办学定位及学科发展等存在较大差异,所以,在不同时期各院校的不同专业发展状况也千差万别,在人才培养过程中的问题也千奇百怪,只有充分认识到人才培养中存在的问题,才能有针对性地解决。现将贵州工程应用技术学院采矿工程专业人才培养存在的问题进行剖析,其问题主要体现在以下几点。
1.办学思想落后。从专科阶段到本科阶段是实现办学层次的跨越,师范教育和工科专业要实现学科的转变,所以,在此阶段必须更新原有的陈旧的办学思想,明确什么是本科教育,领悟不同学科间的办学特点,摒弃阻碍新建本科院校发展的落后思想,做到思路清晰、思想先进,塑造学校迅速发展的思想灵魂,做到为学生负责,为社会负责。否则,陈旧的思想会束缚学科建设乃至学校的发展。
2.师资队伍无法满足培养应用型人才要求。教师作为教学过程中的组织实施者,应用性本科院校教师个人的能力和讲授的教学内容应该体现较强的行业性和实践性。然而,贵州工程应用技术学院开办采矿工程专业时间较短,高学历和高职称教师较少,师生比偏低,加之学缘结构不够合理,缺乏学术思想的相互交融。
3.教学内容陈旧。教学过程中,教学内容主要来源于教材,尽管教材都选用国家的规划教材,北方煤矿开采历史较长,开设采矿工程专业的高校大部分集中在北方,所以,目前使用的教材基本属于北方矿业院校教师编著,因此,教学内容主要以北方大型矿井水文地质条件和开采条件为背景,且内容陈旧,与贵州省煤矿水文地质条件和开采条件差别较大,理论知识与现场应用间的转化难度更大。
4.实践教学薄弱。采矿工程专业作为工科专业,具有很强的工程实践性,培养过程中要求学生在校期间掌握理论知识外,必须通过实践教学使理论与现场实际相结合,较好的实践教学环节可以促进学生对专业知识理解和掌握。采矿工程专业实践教学体系包括设计课程设计、课程实验、实习等环节。大部分地方本科院校采矿工程专业校外实习时,企业因考虑到安全、生产等方面的问题,不是很积极地接受学生到现场实习,形成了实习以参观为主,实习时间和质量得不到保证。
三、对策分析
1.更新教育思想,增强社会服务意识。要站在从生存与发展的战略高度,强化服务地方经济社会发展的意识,保持高度的责任感,应有忧患意识。充分认识转型对学校的重要性,真正从思想上去办学,人才培养应与地方经济社会发展紧密结合,一旦与地方经济社会需求脱轨,将危害学生利益,也将得不到地方政府的重视,最终将影响学校的健康发展。此外,服务应是主动的、多方位的,比如在办好全日制学历教育为地方经济社会发展提供合格人才的同时,可以开设地方经济社会发展急需的非学历社会技能培训和成人教育等。
2.加大师资队伍建设力度。师资队伍建设是地方高校转型期面临的一项重要工作。新时期地方高校应注重改善师资队伍结构、提高师资队伍业务水平,应改变原有的只重视数量忽视质量的观念。一方面,可以充分发掘自身优势,增强对人才的吸引力,招聘较优秀的人才充实师资队伍,并创造良好的工作环境,更好地稳定师资队伍,减少人才流失现象;另一方面,可以采用培训等多种形式提升教师业务水平,实地实训提高实践教学能力。
3.合理选择教材并及时更新教学内容。地方院校学生主要来源于本地区,毕业生主要服务于地方经济社会发展需要,所学知识与身边所见所闻越贴切,学生越容易接受,理论与实践转化时也相对容易。教材应尽可能选用与本地煤矿水文地质条件和开采条件更吻合的规划教材,使学生能较好地将理论知识与校内各类实习内容相统一,达到更好的人才培养效果。现有教材无法满足要求时,应积极组织兄弟院校及矿山企业编著以本地水文地质资料为背景的教材。
(一)深入分析与研究地质资料
1.仔细分析地质情况
地质因素对矿体赋存形态的影响较大,因此采矿工程设计者要对矿山区域内的地质情况进行深入的分析和研究,具体如矿床的地质结构和构造等。因为矿体的赋存形态往往受到这些因素的影响,所以分析和研究这些因素可以判断矿石质量的分布情况,同时也为下一步确定开采境界线提供了理论基础。
2.明确矿体本身的各种信息
矿体本身的各种信息对描述矿岩空间分布情况、矿石质量情况、夹层分布对质量的影响等内容具有重要作用,因此,采矿工程设计者要注意收集矿体本身的各种信息如,矿体具体的赋存形态、矿石的结构及类型及矿岩分布情况等信息。明确这些矿体信息将为圈矿设计的工作提供直接依据。
3.避免遗漏矿床的其他重要信息
有关矿床的重要信息较多,需要采矿工程设计者始终保持严谨的态度,避免遗漏某些重要信息,具体如高级储量的位置、覆盖土的分布情况、矿层对应问题、矿石品级的对应问题等等。在开采的过程中,通常在高级储量分布的区域内选择首采区,并开展下一步选择开拓系统和布置等活动。同时,采矿工程设计者还应对覆盖土分布、矿石及品级对应等问题作重点研究,避免一些问题的发生,如进行组合计算矿石品级中,避免人为因素对矿石一级品数量计算的影响。有关矿山夹层信息也要引起采矿工程者的高度重视,如经常出收稿日期:2014-06-10作者简介:吕波(1984-),男,贵州盘县人,本科毕业,工程师,贵州松河煤业管理有限责任公司生产技术部主任。现石灰石矿床中的高镁夹层和高硅夹层,需要仔细研究其搭配比例和空间结构。综合上述信息可知,采矿工程设计者必须注意收集矿床的各种重要信息,在制定地质报告时必须及时查漏补缺,从而保证报告的完整性和准确性。
4.补充矿石的特性研究
矿石的某些特型对开采的影响较大,如矿石的物理力学性质、矿床水文地质、围岩的特性等,因此,采矿工程设计者在地质报告中要尽量完善的补充阐述矿石的特性。
(二)确定矿山开采的境界线
地质报告编制完毕后将给出具体的储量计算范围,并递交国家储委完成审查备案的环节,进而进行矿山地质和采矿设计的环节。矿山地质和采矿设计只要是依据地质报告给出的有关地质储量信息选择恰当的开采技术和条件,最终完成开采工作。设计的相关成果具体体现在甲方的采矿许可证及其配套文件中,并且有关部门要逐年进行核查,因此必须严谨认真的完成矿山地质和采矿设计的环节,而确定具体的开采境界线是这个环节第一步工作,对下面的开采工作具有重要的意义,在确定矿山开采的境界线的过程中要注意以下几点内容:
(1)开采境界内矿石的工业储量要与矿山生产的服务年限相符,工业储量不得少于生产的服务年限。
(2)控制好矿山开采的境界线以内的平均剥采比,平均剥采比不能大于0.5∶1(t/t)。
(3)企业必须对地质报告中探明的工业储量充分利用。因此,在基建投资和工程量没有较大增加及现有开拓系统未作较大改动的前提下,应该在圈定开采境界线时尽量增大圈入境界线内的范围,从而促进国家资源的合理利用。
(4)开采范围要与公共设施或重要建构筑物保持一定的安全距离,尤其要注意开采区要远离工厂、居民区等人群密集区。安全距离的设置要合理并符合《爆破安全规程》的相关要求。
(5)务必保持采场四周最终边坡的稳定性,并及时调整不平稳的边坡坡度。采矿工程设计者可根据矿岩的稳定性来设置采矿场的边坡角,同时可根据地质报告内容避开不稳定岩层及构造带,从而减少对边坡角稳定性的影响。
(6)采矿工程设计者应从地质勘探线的剖面图对开采境界进行初步的确定,通常采用办法是地质地形平面图与地质剖面图相结合总体分析的方法。
(7)确定初步的开采境界线后再进行边坡角相关核算、边坡公路工程布置及总体剥采比的核算,如此反复仔细的计算后,才能将最终确定开采的范围。这项工作对设计者的要求较高,需要设计者本身积累了丰富的设计经验,并能够整体掌握工程内容。
二、先进技术在采矿工程设计中的应用
(一)计算机技术在采矿工程设计中的应用
计算机在现代采矿工程中的应用范围已经越来越广泛,计算机技术可以帮助采矿工程设计者完成很多工作,但是可供采矿工程设计使用的标准机还未出现。现在,采矿设计的专用计算机程序可以完成一定的设计工作,但有还需完善设计工作中各环节间的数据转换工作。同时计算机技术的应用标志着我国煤炭企业已经进入图形数字化时代,这些技术的应用不但可以大大提高工作效率,而且可以减少各种核算的误差,进而为企业节约较多的时间和成本。
(二)AutoCAD技术在绘制采矿工程图中的应用
我国煤矿企业对计算机技术应用带动了其他先进技术应用于本行业中,其中AutoCAD技术就凭借着自身的优势受到了行业的青睐。AutoCAD技术具有简单快捷、操作方便、高精度等优点,但是需要采矿工程设计者全面的掌握,才能完成采矿工程图的绘制工作。采矿工程设计者采用AutoCAD技术在绘制的设计图中设置相应的图层,并完成一般图形元素或特殊图形元素的绘制,如风门、井田界线等。
三、结束语
安徽理工大学采矿工程学科充分认识到实验教学在培养学生实践能力和创新能力方面具有的重要作用,为此,严格按照专业培养计划,建立了利于培养学生实践能力与创新能力的实验教学体制,组建成立了多个省部重点实验室、研究中心、大学生创新实践基地等,为学生开展课外科技创新实践活动提供了一个良好的软硬件环境,逐渐形成了围绕培养学生实践动手能力和创造思维构建采矿工程专业实验课程体系,建立完整的实验教学质量保障体系。然而,由于目前普遍以“厚基础、宽口径”为办学指导思想,加之教学内容更新慢、教学方法模式化、教学环境单一等因素的制约,致使采矿工程学科实验教学过程尚存在一些问题与不足,如:
(1)投资大,运行成本高。采矿工程学科,建设一个系统完备的专业实验室,至少需要花费数百万。此外,实验过程中的能源、物料及不可避免的仪器设备的损坏消耗巨大。
(2)运行效率低、总体利用率不高。实验设备通常是按照预先设计的实验目的购置的,能够支持的实验内容比较单一,同时受益学生有限,而且在2次实验之间,处于闲置状态,总体利用率相对较低。
(3)教学形式相对单一,缺乏完善的统筹与安排,计划性不强,针对性较弱,不能充分调动学生的积极主动性。
(4)实验资源不足,不能满足广大学生的实际需求,在很大程度上抑制了学生参与实验教学活动的积极性和主观能动性。
(5)现有模型陈旧、展示手段单一、更新效率低,阻碍了采矿工程专业学生实践创新能力的培养。
2基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法的提出
采矿工程专业教学的首要任务是培养学生对矿山实体与工程视图之间的一种形象思维和逻辑思维能力。然而,由于缺乏现场认识,学生们难以想出书本上呆板图形所要表达的矿山巷道形状、结构特征及其相互之间的空间关系。如果能够利用近年来迅速发展起来的虚拟样机技术构建一个“五脏俱全”的矿井生产环境,分别利用声音、图形、图像、动画和实物照片等多角度多方位地冲击学生的感官神经,可以极大地吸引学生的注意力、提高实验教学效率。同时,通过三维游览和兴趣驱动的游戏模式表达出传统教学手段无法描述的现象和规律,使学生从不同角度观察各种井巷、硐室等的结构形状和空间位置关系,而且还可以针对不同的教学内容和教学目的,带领学生在虚拟生产矿井中游览每个井筒、巷道和硐室,使学生身临其境、切身感悟,不仅可以大大增强学生对抽象事物的感受能力,而且还能有效激发学生的学习兴趣,促使学生充分发挥主观能动性,达到一个良好的教学效果。基于此,本文综合利用虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形图像技术等生成逼真的“虚拟矿井建设”实验场景,按照采矿工程专业毕业生在从事工作后的实际晋升途径,分别设计出工作岗位角色和工作任务,并配备必要的设备、仪器和工具,让同学们在虚拟情境中完成自己未来岗位的工作任务,并获得晋升及奖励,促使学生进行更深层次的实践动手操作。不仅可以提高学生的实验积极性,而且可以得到许多在常规实验中难以实现的效果和实验现象。
3基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法的构建
通过构建基于兴趣和任务驱动的囊括矿井工业广场、完整地面生产系统、井筒及提升运输设备、井底车场(包括中央变电所、水泵房、水仓、煤仓、转载硐室、炸药库、充电硐室等)、测风站、掘进工作面(综掘、炮掘)、采煤面(炮采、普采、综采等)功能完善、配套齐全的大型综合虚拟矿井建设的实验场景,不仅可以形成独特的实验教学体系,而且能够让学生对煤矿生产各系统、各环节进行掌握和实践操作,便于激发他们奋发向上的精神和珍惜热爱生活的态度。具体构建方法为。
(1)分析当代大学生的求新、求异、个性化的需求,探讨一种新型的基于兴趣驱动的采矿工程学科虚拟实验方法,让学生在虚拟的“矿井建设”环境下完成自己的专业实践训练,通过构建兴趣驱动的游戏般的实验环境,使互动媒体实验教学与课堂理论教学相统一。
(2)总结分析我国现有虚拟实验在硬件装备、软件配置等方面的现状,收集整理学生、实验教师等对虚拟实验教学的评价,明确采矿工程专业学科“虚拟矿井建设”实验可行性;
(3)综合利用虚拟现实技术、仿真技术、计算机图形、图像技术等虚拟现实技术构建采矿工程学科实验教学场景实现方法。
(4)基于虚拟矿井建设的实验教学体系建设,主要内容包括。
①人物角色设计及其晋升体系:以大学生毕业后从事矿业生产工作的实际职称系列或管理系列为依据设定相应的角色。
②角色任务分配及奖惩办法;根据采矿工程行业各职称系列人员所从事的具体工作内容设计出虚拟矿井建设过程中各角色的任务。通过本部分内容的学习,可使学生们明确自己以后的实际工作内容和所需要的专业知识,进而明确大学期间需要掌握的专业知识。
③实验道具设计,即虚拟矿井建设所需的设备、仪器、系统及工具等,使学生们掌握采矿生产过程中的设备配套、功能原理及其操作方法,并加深相关作业的工艺过程和关键环节控制等专业知识。
④角色身份及相关装备的获取途径及条件设计:基于现有职称晋升标准,制定出虚拟矿井建设中各角色任务的晋升条件,使学生们对于自己未来的成长方式有个大致的了解,从而准确把握大学期间的任务和目标。
⑤基于计算机虚拟现实技术,生成逼真的实验情境,使学生在该情境中借助必要的道具对实验对象进行操作,实现“虚拟身份”的真实体验。
4结语
1.深部开采理论知识的储备
煤炭开采由浅部进入深部不存在骤变,但相较浅部开采,深部开采普遍表现出原岩应力大、动力灾害频发、瓦斯抽采难度大、热害严重、岩体流变性强等特点,因此本科生生专业知识储备应包含浅部开采和深部开采两个方面。目前,高校对采矿工程专业本科生专业知识的讲授仍局限于浅部开采,专门讲授深部开采知识的课程及教材建设已严重落后于行业发展所需。部分走在深部开采科研前列的高校凭借师资优势通过专题报告等形式可使学生对深部开采得到初步了解,如中国矿业大学采矿工程专业在“学科前沿讲座”中专门有一讲来介绍深部开采,但也只是杯水车薪。
2.知识结构的多学科交融性
煤炭资源的赋存特点———煤、水、瓦斯三相介质共存与多物理场(应力场、温度场、裂隙场、时间场)耦合,直接决定了采矿工程是一门多学科交叉性学科。根据采矿工程专业现行培养方案,本科生知识结构具备一定的多学科性;以适应煤炭开采发展新趋势的要求。
(1)在涉及学科广度上,范围不断扩大。科学采煤理念的提出使采矿工程与原先非密切相关的机械、信电、经济等学科的交流日益频繁[4-5]。首先,本科生要加强机械知识学习。其次,本科生要增强“研发矿用信息电子检测仪器设备”的意识。最后,本科生要会算技术经济账。煤炭产能的快速提升、进口总量的连年攀升以及市场对资源匹配的自行调控,致使“降低开采成本”愈发重要,各类方案的技术经济效益比较已成最终方案选择的决定性因素;对本科生相关能力的要求已由过去的“了解技术经济比较的基本思想”过渡为“运用技术经济知识进行抉择”。
(2)在涉及学科的交叉深度上,与密切相关的岩石力学、流体、地质、材料等学科的交叉研究不断深化。主要表现为:对岩体变形破坏机理的研究已突破单一的“应力—应变”关系,引入了时间、温度、渗流等多种因素;保水开采、突水防治、煤与瓦斯共采等研究中,对开采引起的流体运移问题逐步由“定性考虑”向“定量计算”转变;充填、注浆、支护构件性能强化等新兴方法、工艺使材料科学的重要性日益凸显;高安全生产水平、高资源回收率的客观要求对地质资料详尽度提出更高要求,构造应力场对开采活动的影响程度亦日受重视。当前,采矿工程专业课程体系已体现出多学科性,但学科间的交叉、渗透则明显不足[6-7]。例如,采矿工程专业开设的“流体力学与机械”、“材料科学概论”等课程,均注重于自身知识体系的完善,着实拓宽了学生理论基础;但未能与煤炭开采中涉及的裂隙水渗流、瓦斯运移及材料研发相融合,未能实现不同学科知识结构间的碰撞与交融。
3.专业实践能力的提升
工科专业强调学生在工程中对所学知识的运用水平,即专业实践能力,而非一味的知识积累。本科生专业实践能力培养主要依靠实践教学,与国外相比,实践教学历来就是我国本科教育中的一项短板[8]。传统教学思想的束缚致使学生及教师对实践教学重视度不够;实践教学组织不够严谨、既定制度落实不到位、基地建设落后、教学内容层次不清晰等也导致了实践教学质量的下降。煤炭开采条件的日益复杂化及高度集中化对从业人员的实践能力提出了更高要求。采矿工程专业现行专业实践教学体系以“课程实验—课程设计—专业实习—毕业设计”为主线,保障各环节实施的规章制度也均已形成,体系结构已较为完善。但毕业生专业实践能力尚不能满足用人单位的需求,校内招聘会上用人单位对采矿工程本科生的评价亦多为“理论知识丰富,但到工作岗位上啥也不会”。根本原因在于实践教学质量的缺失。
二、新时期采矿工程专业本科生培养策略
1.专业课程体系调整:“突出—转变—拓展”
(1)“突出”即突出深部开采的重要性。面对本科生深部开采理论知识储备的迫切需求,实现深部开采教学与传统浅部开采教学的并列、同步进行,必须首先完成深部开采教学所需的教材建设与师资配备。课程开设采取单独开设的方式,就深部开采进行集中讲解。
(2)“转变”即实现专业课程教学内容的“两元化”(既包含基础理论知识,又囊括理论知识在煤炭开采中的应用)转变。“两元化”是本科生多学科交融性知识结构构建的客观要求,其根本目的在于帮助学生完成“理论学习”到“知识自主运用”过渡,具体实施形式不受课程开设门数与方式等限制,重点在于教学内容的完善。既要保留相关学科基础理论知识的教授;又要实现学科间的交叉、渗透,以煤炭开采为背景促进相关学科知识应用教学。
(3)“拓展”即拓展本科生学术研究接触渠道。采矿工程与相关学科交叉研究的深入主要体现在学术研究中;但随着煤炭开采行业科技水平及人才培养层次的提升,将科研动态渗入本科教学已为本科生培养所需,这对未来走向学术研究领域的本科生则更为重要。对于采矿工程领域更高层次多学科复合型人才的培养,相较于国内高校普遍采用的“双学位”培养模式,英国高等教育中联合专业(分双科专业、三科专业和主副修专业)的设置更具借鉴性[9],学生既享有对各学科的独立学习,又兼有学科间的交叉和向学科重叠领域的统一回归,辅以高水平师资(具有多学科知识背景),使学生具备跨学科、多视角的思考能力。
2.专业综合技能训练体系强化:“五步走”
(1)虚拟矿井漫游与专业认知实习。利用三维建模软件和虚拟现实软件开发专门面向煤炭开采教学虚拟矿井漫游系统,实现矿井交互漫游、自动漫游、设备展示、工艺演示、过程操作、事故模拟及视频播放等功能[10],使学生在入井实习前形成感性认识,结合入井前安全教育;然后,深入煤矿生产一线,感知真实矿井,为专业课程学习做铺垫。
(2)课程实验。加强课程实验配套教材的建设,确保每一项课程实验均有资可参,注重课程实验的前期准备,提升课程实验完成质量;充分发挥国家与教育部重点实验室及国家级教学示范中心的资源优势,使实验性课程授课方式为“教师示范学生操作”;对本科生在校期间须自主完成实验量进行定量考核,突出自主设计性实验的重要性。
(3)课程设计。简化工程实际条件,降低课程设计难度,突出课程设计与毕业设计相应部分在难度上的递进关系;注重学生对课程设计内容和流程的熟悉;着重审核课程设计学生自主完成程度,并将其作为成绩考评重点。
(4)专业实习实训。专业实习实训目的在于使本科生能够参与到矿井实际生产中,在实践中加深对理论知识的理解与应用,但受“生产—实习”矛盾及安全等因素影响,实习内容与认知实习相差无几,实训更是无法开展。运城职业技术学院教学矿井、晋煤集团凤凰山煤矿采矿工程实践教学中心等基地建设[11],为专业实习实训提供了新途径。
(5)毕业实习与设计。毕业实习与设计是本科生在前述“四步”的基础上进行的一次系统的、独立的采矿设计技能培养与锻炼,是对本科生专业综合技能的升华,毕业设计完成质量可直接反映出本科生对专业理论知识的运用能力与水平。本科生应以实事求是的态度对实习矿井开展调研,同时不断提高本科生毕业设计质量要求,加大学术不端行为抽查力度。
3.专业考核标准优化:“个性化”
适应煤炭开采发展新趋势的采矿工程人才培养应以本科生为本,充分调动其主观能动性。专业考核标准以及各类评优条例犹如本科生自身努力方向的“指南针”,具有强烈的导向作用。按照近年来采矿工程专业本科生就业岗位工作性质的不同,毕业生可被分为应用型人才(约占75%)和研究型人才(约占25%)。对本科生不同类型人才的培养在很大程度上存在一定的共性,但也各有侧重,导向也应有所区别。
(1)在考核内容上,加强对专业综合实践能力的考核力度。煤炭开采的工程实践能力是对研究型和应用型人才培养的共性要求,在专业综合实践能力上“工程师”与“研究员”的培养是统一的。应用型人才作为生产一线技术人员,必然要求其能够根据所学知识对现场各种问题做出准确的判断与决定;研究型人才作为先进技术的创造者,更应准确把握生产一线存在的各类问题,通过科学实验完成相关理论的研究。
(2)在考核标准上,要兼顾对本科生不同类型人才的导向作用。按照现行的学士学位授予办法,本科生学业考核主要体现在课程考核上;而奖学金等各类评优均以学生课程成绩为基础,其次兼顾学生素质发展来展开;因此,总体而言现行考核标准有利于研究型人才的培养而对应用型人才的成才未能起到较好的导向作用。应用型人才培养强调解决实际问题综合能力的提升,既包括知识的积累与运用,更包括协作能力、交际能力等在内的各种技能。现行考核标准的不平衡性也与许多本科生在校表现平平,但在工作岗位却很快凸现出来的现实相印证。研究型人才培养的导向主要依靠提高推荐免试硕士研究生要求条件来进行。
三、结语
作为矿区开采工作进行中的必不可少的矿区通风工作,对采矿工程施工作业的安全性具有非常重大的意义和影响。
1.1源源不断的氧气供应
在采矿工程施工作业中,施工作业人员一旦在井下出现了缺氧的状况,会严重威胁其生命安全。矿井开采的深度越广,井内所含的氧气量就会越稀少,因而缺氧的现象随着矿井开采深度的不断增加是极其容易出现的。这就非常需要井下通风所产生的作用,将新鲜充足的氧气源源不断的输送到施工作业人员所处的环境之中,保障其生命安全,保证施工的继续进行。
1.2实现空气交换,排除有毒气体
伴随着采矿作业的实施过程,会有大量的有毒气体产生并溢出。若不能及时将这些有毒气体扩散、稀释,很容易致使采矿作业人员出现大面积中毒的情况,甚至导致工人死亡。同时,诸多有毒气体还具有易燃性、易爆性,爆炸情况也是非常容易出现的。这就需要加强矿井的通风管理,纵深优化通风系统,将井下的空气和井外的空气实现交换,在源源不断向井下注入新鲜空气的同时均衡气体的比例,将有毒气体迅速稀释,降低安全事故发生的概率。
1.3生命与财产并重,安全施工更需要安全生产
在采矿工程行业始终得到热切关注的一个重大问题是如何在矿区进行安全生产。安全生产步骤的缺失会累积潜在的安全隐患,引发重大的安全事故,严重的影响采矿工作生产线的正常运作机制,严重的威胁采矿作业工作人员的生命安全和国家的财产安全。必须要系统化的建设井下安全管理的体系,加强矿井内外的气体交换能力,改善井内外的空气环境,尽快稀释有害有毒的气体,注入更多的氧气含量,规避安全事故。
1.4完善自动化的管理机制
在当前的采矿工程施工过程中,采矿区的安全管理模式并不是很完备,因此井下通风管理体系是一个极其关键的构成部分,能够反映出采矿业的管理方案执行的效率和程度。随着采矿施工作业经验的不断积累,加之与不断发展的科学技术相结合,各个采矿企业都在有针对性地对井下通风进行了安全管理系统的建设和力度的加强,以信息技术网络为基础实现了部分的自动化管理模式,较之人为的管理更为精确,失误和误差更小,生产更安全。充分借助计算机对数据的高统计能力,极强的分析能力,对大量的有效数据进行整合和筛选,制定了切实可行的管理方案,对井下作业的状况实现实时上传,加强安全管理的力度,降低安全事故发生的概率,将矿区作业的安全等级进一步提升。
2基于井下通风安全的问题,探讨相应的管理策略
2.1建立符合施工现场的通风标准
由于各个采矿区所处的地理位置和环境均有不同程度的差异,因此在采矿区进行的通风安全管理时必须结合当地的实际情况,对作业的方式和标准进行相应的更加适宜的调整,进一步提升井下活动的安全指数和标准。科学化其安装步骤,精确化其安装位置,装置在设备更加便于开展工作的位置上,避免与其他设备相杂合产生的一系列安全问题。尤其是复杂的地理环境区域和偏远地区的开采矿施工作业,必须在施工之前进行全面的勘探和侦测,建立符合实际的通过标准,避免安全风险。
2.2建立自动预警和报警机制
近年来井下采矿过程中发生的安全事故频频被曝光,井下采矿的安全性受到了更加广泛的重视。而其中最为主要的事故是施工人员的缺氧、中毒和有毒气体的爆炸事故。因此在对矿井进行安全管理的过程中,必须针对这两种主要的事故因素对采矿过程中的安全性进行控制力度的加强,提高安全度。安装报警感应装置,构成预警体系,及时提醒危险状况的降临以使施工生产人员有足够的时间逃离危险区域、保障其生命安全。更要在每次下井前后对所有的工具和管线进行检测,杜绝爆炸等事故的发生。
2.3施工和生产过程中必须把质量放在第一位
对于安全事故的防范与预警,必须要对井下通风设施的质量进行细致的检测。检测的主体必须是专业化的人员或团队组织,及时的发现、反应井下通风系统的质量问题、潜在的或已存在的安全隐患,将结果及时的上报,派遣相关的专业化的操作人员进行调控。检查的过程中要严格按照施工的标准进行勘察,杜绝应付的现象或违章检查的行为,一经发现必须严惩不贷。视其情节严重可追究相关负责人的刑事责任。将人为的导致安全事故的因素排除在外。
2.4对已经建立的管理制度进行不断的完善和健全
制度的保障对于通风安全管理的有力贯彻执行具有十分重要的意义。健全、完善相关的制度是加强安全管理的关键性因素。必须将制度细化到各个地区,因地制宜,产生高效的、适合的作用,并严格执行在施工作业的过程中,纠正小的违规错误,严惩大的违规行为。
2.5以先进的科学技术为根基提升通风的安全度
随着我国工业化、现代化进程的极速发展,各个生产行业对矿产资源的生产安全标准有了要求,国家战略发展也需要矿产生产的安全保障。因此,为了加强采矿工程施工开采的井下区通风安全,必须要结合先进的、前沿的、相关领域尖端的科学技术,强力的改革当前矿区所使用的通风安全管理的技术,淘汰过于陈旧的设备,取而代之以更为先进精良的设备,走一条降低安全隐患的技术创新之路。
3结束语
近十年来,世界对矿产品资源的需求激增,矿业处于高速发展时期,矿业人才供不应求,特别是采矿工程专业人才。由此,一方面许多高校纷纷增加采矿工程专业的招生人数,新开办采矿工程专业的高校也迅速增加。另一方面,由于高校办学条件和现场实践等方面的限制,目前我国采矿工程专业学生的实践和动手能力尚存较大欠缺!针对这一突出问题,在2010年7月22-25日于重庆大学召开的第24届全国高校采矿工程专业学术年会上,许多参会的教授专家建议在全国高校采矿工程专业学生中开展有关实践作品的竞赛活动,以提高采矿工程专业学生的实践动手能力,逐步满足国家卓越工程师教育培养计划的要求。
中南大学资源与安全工程学院作为第25届全国高校采矿工程专业学术年会(以下简称“年会”)承办单位,也承担了首届全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛(以下简称“大赛”)的策划、组织和实施工作。教育部高等学校地矿学科教学指导委员会(以下简称“教指委”)是本次大赛的主办单位。大赛作品的评奖委员会由教指委委员和参加25届年会的各高校代表组成,颁奖机构为教指委;评颁奖时间定在第25届年会召开期间。参赛对象为全国在校的采矿工程专业二至四年级的本科生;参赛学生可以是个人或集体(一个集体作品人数一般不超过3人)。作品制作经费由学生自筹或在所在学校寻求资助,大赛不收任何参赛作品的评选费用。
本次大赛设以下五类项目,参赛作品必须是与采矿工程直接相关的。1)采矿实体模型:该类作品是本次大赛最为提倡的,如开拓系统、通风系统、提升运输系统、充填系统、给排水系统、供电系统、采矿方法、矿用设备、控制系统等实体物理模型,并配上物理模型的说明书。2)采矿数字模型:如根据某些矿用商业软件建立的矿山(或某一部分)数字模型等,数字模型参赛作品需要提供数字文件、说明书和纸质打印材料。3)采矿数学模型:如由理论或实验建立的各种表达采矿问题的数学模型,数学模型要求具有原创性。参赛作品要求提交研究报告。4)采矿学习模型:如采矿DV作品、采矿动漫、学习课件、网站等,参赛作品要求提交光盘材料。5)实践环节作品:如手工制作图纸、实习报告、课程设计、毕业设计(论文)等作品,参赛作品要求提交纸质材料。要求参赛作品完全由学生自己动手完成;以文字形式提交的作品在评奖之前评委会将先经过重复性检查;坚决拒绝由抄袭、请人代做等学术不端行为产生的作品。大赛作品分类评选获奖项目,每类项目设1、2等奖和优秀纪念奖。获奖学生将颁发由教指委盖章的获奖证书,由大赛承办单位提供的经费发放一定的奖金,并承诺如果获奖学生报考中南大学资源与安全工程学院的研究生,在满足基本入学条件下优先录取。
本次大赛是采矿工程专业人才培养的一次创新和尝试,是采矿实践教育的一个重要补充,具有重要的现实意义和长远意义,它将对我国采矿工程专业人才培养的质量提高发挥重要的作用。而且,采矿工程专业是一个实践性很强的专业,加强学生的实践训练环节非常重要,而采矿实践作品的大赛可以提高学生的兴趣和动手能力,同时也培养学生的想象力和创造力。当然,采矿实践作品大赛需要在未来的实践中不断的改进、补充和完善,比如在作品的种类、制作的要求、评奖的规定、参赛的普遍性、作品知识产权的保护等等开展探讨,使大赛从尝试走向成熟。
为了进一步规范以后的作品大赛,在首届大赛评奖工作会议上承办单位起草了“全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛工作章程”、“高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛竞赛作品申报书”、“高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛信息汇总表”等建设性文件,并请与会代表进行讨论和提出改进意见,以便使大赛规范化和正常化。