矿山压力与岩层控制课程教学与科研互动

王 斌，赵伏军，彭文斌

(1．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201;2．煤矿安全开采技术湖南省重点实验室，湖南湘潭411201)

矿山压力与岩层控制课程教学与科研互动

王 斌1，2，赵伏军1，彭文斌1

(1．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭411201;2．煤矿安全开采技术湖南省重点实验室，湖南湘潭411201)

矿山压力;教学与科研;人才培养

在课堂教学中融入相关科研实践是提升教学质量的有效方法。从课程特殊地位、煤矿安全形势和创新人才培养三个方面分析了矿山压力与岩层控制课程教学中进行教学与科研互动的必要性，并探讨了实现教学和科研互动的途经。

近年来，国家高度重视煤炭行业人才培养，以解决煤炭企业技术人才短缺的严峻形势。2005年6月，国务院下发的《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》指出，各煤炭大专院校要按照煤炭行业市场需求，加强对煤矿专业人才和技术工人的培养，培养懂安全、有技术、会管理的煤炭专业人才。2011年4月中国煤炭工业协会发布《关于推进煤炭工业“十二五”科技发展的指导意见》提出进一步完善产学研相结合的科技创新体系并坚持把教育与人才培养作为推进煤炭科技进步的重要基础［1］。2012年3月国家能源局发布的《煤炭工业发展“十二五”规划》也要求加强煤矿专业技术人员的培养。作为采矿工程专业的人才，不仅要掌握矿山基本理论，还必须掌握科学研究方法，具有一定的实践能力和创新能力，这样才能适应我国采矿工业实际情况和社会新形势的需要。

矿山压力与岩层控制以矿山岩石力学为基础，是与矿山开采和采矿工艺等实践密切相关的采矿工程基础学科［2］，对于采矿工程专业的重要性毋庸质疑。该课程既与岩石力学前沿接轨，又在采矿工程实践中有广阔应用领域，是加强采矿工程专业学生素质教育、培养其创新能力和实践能力的重要平台。在课堂教学中融入相关科研实践是提升教学质量的有效方法。如何在矿山压力与岩层控制课程中处理好教学与科研的互动联系，这对提高教学效果以让学生真正掌握岩层控制的理论和实践应用技术是很有意义的，能使学生在未来的工作中发挥更大的潜能，为煤炭工业发展做出更大的贡献。本文探讨了在矿山压力课程教学中进行教学与科研互动的必要性与实现途经。

一、矿山压力课程教学与科研互动的必要性

矿山压力与岩层控制课程作为研究采场上覆岩层运动和矿山巷道围岩压力及其控制的课程，负有促进环境资源绿色开发利用的使命，对该课程进行教学与科研互动研究的必要性主要体现在:

(一)课程特殊地位的要求

矿山压力与岩层控制课程是从20世纪50年代逐步建立起来的，已成为我国采矿工业各历史阶段技术变革的重要保障。矿山压力与岩层控制课程主要研究采场各种类型直接顶、老顶，巷道各类围岩及上覆岩层和矿山边坡围岩活动规律以及各种监测和控制技术，其中岩层控制理论为实现保水采煤、完善条带开采和充填技术、进行井下矸石处理和有效抽放瓦斯奠定了理论基础。钱鸣高院士指出“开采引起环境与主要安全问题的发生都与开采后造成的岩层运动有关(岩体不破坏上述问题都不会发生)”，为实现煤矿绿色开采的重大基础理论就是矿山压力理论［3］。宋振骐院士认为“煤矿重大事故的发生及其有效控制，几乎都同时与岩层运动和应力场应力的大小和分布条件有机地联系在一起。”［4］可以说，矿压课程的研究内容几乎涵盖采矿工程所遇到的所有技术领域，因其与采矿工程实践的紧密联系，使得该门课程的内容发展很快，新理论、新方法、新技术层出不穷。因此在矿压课程教学中不能一成不变地讲授书本中已有稳定的知识，还要引入当前本学科前沿的最新研究信息、动态及成果，使学生了解矿压力与岩层控制未来发展的方向。因此，比较适宜途径就是课堂教学中引入相关科研成果，实现该课程的教学与科研互动的教学模式。

(二)煤矿安全形势的要求

我国作为煤炭资源开采及消费的大国，安全是保障采矿工业稳定健康发展的永恒主题。在矿山的众多安全生产问题中，矿山压力显现带来的岩层灾害事故给地下开采工作造成的危害居高不下。顶板事故和冲击矿压是矿山压力危害的主要类型。根据国家煤矿安全监察局《2006年全国煤矿事故分析报告》，顶板事故数约占当年事故总数的55．4%，伤亡人数占事故总人数的40．1%。湖南煤矿安全监察局《2010年度湖南煤矿安全状况分析报告》中顶板事故数约占当年事故总数的50%，伤亡人数占事故总人数的29．5%［5］。从伤亡事故数量来说，顶板事故排在煤矿五大灾害之首，顶板事故还将成为其它重大事故的诱因，如岩层破坏造成煤岩体应力场和裂隙场变化，引起水与瓦斯卸压流动，导致突水和煤与瓦斯突出事故，又如围岩坍塌阻塞矿井通风系统造成瓦斯积聚，导致瓦斯爆炸事故。同时，随着国民经济的发展，煤炭行业发展存在的严重不协调问题，一方面煤炭需求总量不断增加，另一方面资源、环境和安全形势进一步恶化，如污染问题、生态失衡问题。矿山压力与岩层控制课程是专门研究采场上覆岩层运动和巷道围岩压力及其控制，研究涉及了煤矿五大灾害，严峻的现实面前，要求应抓好矿山压力与岩层控制课程建设，在矿压教学中应能跟进当前矿压方面的新问题，而科学研究成果就可提供很多相关新问题和热门问题的素材，因此有必要强调该课程的教学与科研互动。

(三)创新人才培养的需要

科技创新能力成为国家实力最关键的体现，2007年胡锦涛总书记在党的十七大报告中指出:“提高自主创新能力，建设创新型国家。这是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。”［6］我国1999年颁布施行的《高等教育法》就明确规定:“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”创新型人才的培养是高等学校的重要使命，其中教学环节是培养创新型人才重要的过程，因此必须将培养创新型人才的理念贯穿于教学环节的各个方面。创新型人才应当具备创新型知识，而创新型知识一个重要特征是“新”，即前沿性［7］。这就要求在教学过程中注意所属学科的前沿知识，并将其及时引入课堂，为学生的成长成才提供良好的土壤。但创新必须建立在求实的基础上，因为只有在实践中才能真正把握新的学科前沿，才能理解学科的创新点。因此，矿压课程中只有通过教学与科研互动才能为培养采矿工程专业创新型人才搭建理想平台。

二、矿山压力课程教学与科研互动的实现途径

(一)课堂教学融入科研动态，培养学生科研兴趣

矿山压力与岩层控制课程工程背景较多，课程较多的内容来源于工程实际，由于学生在井下实习的时间有限，对矿井的生产环节、生产工艺等了解不深，使这门课程的讲授有一定的难度。如讲解回采工作面前后支承压力的分布时，就涉及到采空区的各种支撑方式和赋存等影响因素，因刀柱法(留煤柱法)、充填法等在煤矿采空区处理应用不普遍，相关知识在煤矿开采学中已很少向学生详细介绍，但又在矿压课程中多次提及，这一方面会使学生在处理工艺上难与矿压联系，另一方面使学生觉得所研究的内容过时，从而影响学习兴趣。此时就可融入保水开采这一科研动态，目前煤矿区缺水和矿井排水污染严重，煤矿区水资源利用与保护已成为国家总体发展战略亟待解决的重大问题，煤矿保水开采中采用刀柱式膏体充填技术，通过适当介绍刀柱式膏体充填，既能使学生了解相关工艺，又让学生知晓了保水开采科研成果，让学生感到能够学以致用，可谓一举三得。通过把有关科研成果内容与教学内容有机地统一起来，无疑能加深学生对有关内容的深入了解，从而激发起学生学习专业知识的兴趣。

(二)开展基于科研成果的案例教学，锻炼学生自学与创新能力

案例教学可以有效地缩短理论与实践的距离，其着眼点在于学生的创造能力以及解决实际问题能力的培养和发展［8］。我校矿业工程学科致力于南方煤炭开采的研究，围绕南方煤炭产业链的基础研究和技术攻关目标，开展重大技术、关键技术和集成技术研究，针对南方煤层的特殊性，重点在复杂煤层开采技术、软岩动压巷道支护、矿井水害控制等方面积累了较好的研究基础和条件，形成了自己的优势。这些科研科项目与矿山压课程的研究内容有必然联系，为案例教学提供了充分的科研素材。如讲解采场矿山压力显现这一章节时，引入湖南常德市某煤矿回采巷道掘进顶板事故的案例，该案例为已结题的横向科研项目，该案例的煤层为急倾斜煤层，急倾斜煤层矿压问题的系统研究在现有矿压教材中几乎是空白，其出现的支柱变形折损和顶板岩层移动特征具有特殊性，这一方面能促使学生回顾和复习急倾煤层的采煤方法，另一方面使学生在理解缓倾斜煤层矿压规律后能勇于挑战更有难度的急倾斜煤层矿压规律。通过案例教学大大缩短了教学情境与现场情境的差距，并且实用性可操作性非常突出，对培养实用创新型人才作用明显。

(三)增强实验教学的科研方法，提高学生科研意识

实验教学是矿压课程教学的重要组成部分，也是学生实践技能培养的关键环节，重视科研成果引入矿压课程实验教学，强化矿压课程实验技能培养激发学生探索的热情，提高学生科研意识。进行矿山压力与岩层控制的科研研究手段层出不穷，采用具有国内外先进技术手段，大大促进了许多复杂矿压问题的解决。微震仪、地质雷达、电磁辐射监测仪、钻孔成像仪等观测仪表，已取代过去单一的机械式仪表，红外遥感、ZIGBEE无线传感自动监测逐步取代现场人工操作，ANSYS、FLAC、RFPA等数值分析软件和物理相似模拟在矿压问题可视化研究方面日臻成熟。将科研活动中使用的新技术、新方法有选择性地引入到实验教学中，以不断充实和修正实验教学内容，其效果比传统的验证性实验会明显提高。如采场岩层移动情况及采场或巷道周围的应力和裂隙扩展是看不见的，依靠理论给出的结果抽象而难以理解，这些问题在实验室相似材料模拟试验和数值模拟中都能得到很好地解决，因此，实验课程内容上合理加入数值模拟和相似模拟等实验，通过看得见、摸得着、感知深刻的实验过程，形成清晰的表象，为学生的科研思维发展铺平道路。

三、结 语

对矿山压力与岩层控制课程教学与科研互动模式的探讨，是为加强采矿工程专业学生素质教育、培养其创新能力和实践能力而搭建一个教学平台，合理运用这种互动模式，不仅可以增加学生的科研兴趣，加深对知识点的理解，扩大信息的接收量，达到良好的教学效果，而且可以提高学生观察能力、实践能力、创新能力和科研能力，从面促进培养更高素质的能适应矿山安全生产的采矿工程技术人才。

［1］ 中国煤炭工业协会．坚持科教兴煤，推进煤炭科技进步—全国煤炭工业科学技术大会定调“十二五”煤炭科学发展［J］．中国煤炭工业，2011，(6):9．

［2］ 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制［M］．北京:中国矿业大学出版社，2010．

［3］ 钱鸣高，许家林，缪协兴．煤矿绿色开采技术［J］．中国矿业大学学报，2003，32(4):343-350．

［4］ 宋振骐．煤矿重大事故预测和控制研究［J］．学会，2005(16):45．

［5］ 2010年度湖南煤矿安全状况分析报告［EB/OL］．http://www．hunanmj．gov．cn/Item．aspx?id=1893．

［6］ 胡锦涛．高举中国特色社会主义伟大旗帜为夺取全而建设小康社会新胜利而奋斗［N］．人民日报，2007-10-25(01)．

［7］ 徐芳燕．高校教学应注重培养创新型人才［J］．中国建设教育，2009，(11):20-21．

［8］ 周海瑛，马晓春．高师教师教育课程中案例教学的研究与实践［J］．黑龙江高教研究，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

湖南科技大学教学研究与改革项目(G31110)