强化采矿工程专业学生创新能力培养两例

成云海

(1.安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001; 2.安徽理工大学省部共建教育部煤矿安全高效开采重点实验室，安徽淮南232001)

强化采矿工程专业学生创新能力培养两例

成云海1，2

(1.安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001; 2.安徽理工大学省部共建教育部煤矿安全高效开采重点实验室，安徽淮南232001)

采矿工程;本科专业;科研;创新能力;培养

煤矿采深持续增加使开采难度加大，加之安全高效绿色开采技术发展需求，煤炭行业需要采矿工程师解决工程难题的能力不断提高。通过引导学生参加“巷道支护设计”和“采场支护设计”两项科研项目，激发学生实践创新兴趣，丰富相关创新知识，对研究内容进行分工协作，提出创新解决工程难题的总体思路。通过申请相关专利、发表文章、参加科技创新大赛，检验了创新能力培养效果。说明基于教学、教研和科研融合，尤其注重以科研为跳板培养学生实践创新能力，是解决学生“不会运用知识”，实现“创新应用知识解决问题”的可行尝试。

教高［2011］号文件，即教育部、财政部关于“十二五”期间“实施高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见，明确“大力提升人才培养水平、大力增强科学研究能力、大力服务经济社会发展、大力推进文化传承创新”，是我国高等教育在新的历史起点上的科学发展方向。要求实施“本科教学工程”，针对大学生实践能力和创新创业能力不强等关键领域和薄弱环节上，通过一段时间的改革建设，力争取得明显成效，更好地满足经济社会发展对应用型人才、复合型人才和拔尖创新人才的需要。

一、采矿工程专业创新能力培养的必要性

煤矿采深持续增加使开采难度加大，加之安全高效绿色开采技术发展需求，煤炭行业需要采矿工程师解决工程难题的能力不断提高。如何响应国家培养学生创新能力要求，适应现场需求，使学生具备能够解决复杂生产地质条件的实践能力和创新能力，是需要研究的课题［1，4］。

安徽理工大学能源学院采矿工程系经过多年的教学探索，通过实行教学、教研融合，培养了学生扎实的专业基础。但如何将知识应用于现场，解决现场的工程难题，一直困扰和纠结学生，以至于有品学兼优的学生不敢申请保研，究其原因，该生认为如果保研成功，研究生毕业了做不来科研怎么办?

绝大部分学生毕业后面对的主要是巷道支护、采场支护、矿井开采的具体优化设计。本文依托近年来能源学院逐步推行和完善的“本科生导师制”，以科研为载体，引导学生参与与将来工作密切相关的两项科研项目研究，使学生由知识积累→产生创新意识→参加科研→提出解决方案→具有创新能力，探索教学、教研、科研融合的培养应用创新能力模式，符合国家人才培养战略和产业需求。

二、参与“巷道支护设计”类科研项目，深化学习专业知识，协助创新研发支护材料

(一)存在问题

巷道支护设计掌握和承担各类井巷施工与设计，是大部分毕业生参加工作后面临的重要工作。能源学院通过实验、理论、实习三大教学方式相结合，着力从实习、实验环节入手，建设实习基地和产学研基地，改进现场实习培养方法，完善教学方法和培养模式，使学生更好的了解了现场实际情况，但学生依然不知如何做好巷道支护设计，更谈不上优化设计和创新设计，这是培养学生的一个难点，也是亟待解决的问题。

完善的巷道支护设计涉及矿山压力与岩层控制、采矿学知识、支护材料成本和支护工艺等，解决压力控制、满足巷道服务功能、降低支护材料成本、优化支护程序，所以如果不结合具体工程，学生对如何完成具体的巷道设计感到茫然。

(二)参与“沿空巷旁充填留巷研究”，培养“巷道支护设计”能力

以某“沿空巷旁充填留巷研究”项目为载体，使真实的项目与知识应用学习相结合。学生迫切希望有解决问题的成就感，由此吸引有兴趣学生参与。

研究背景是，随着经济和社会发展，煤炭产量剧增，开采深度加深，巷道支护问题日益突出，同时国家煤炭工业“十一五”和“十二五”规划，大力发展“煤炭科学产能”，推行绿色开采的要求。因此企业提出“以矸换煤，沿空留巷”理念，作为科研项目立项，不仅可以提高采煤回收率;还减少了矸石的排放，对发展绿色开采具有十分重要的意义，对资源保护起到积极的推进作用。

一开始学生有畏难思想，不知从何处下手，为此将科研项目切割分离，将能由学生动手完成的部分尽可能由学生动手去完成，即使这样会付出一定的经济成本。

笔者按图1左侧程序进行指导。根据研究内容，确定学生需要做的部分是进行知识准备、材料创新、施工三步。学生主动钻研了相关理论知识，并主动要求承担其中矸石混凝土添加剂配方的调配工作。按照优势互补及补缺补差的原则，分成几个小组，学生们便去市场上购买所需材料;甚至亲自到化学公司，一个世界500强企业设在上海的实验室，请教材料配比原理，分别研究水灰比，研究速凝剂、减水剂、水化剂、内养护技术等对矸石混凝土的影响。最后研究出各自的特性与最佳配比关系，调试出几种沿空留巷所需的添加剂配方，经过实验室实验及矿上实践证明，其完全满足实际生产要求，完成了图1右侧的系统优化和材料配制。

图1的流程是:井下矸石(1)，直接经皮带输送机(2)，运送到井下破碎硐室(3)破碎后，形成适宜粒径小于1.5cm的矸石，可以作为制作动力矸石混凝土的骨料;破碎后的井下矸石(1)，经皮带输送机(4)运送到搅拌机(8)，按一定比例加入水(5)、水泥(6)、复合添加剂(7)预拌(复合添加剂包括水化剂、内养护剂、无碱液体改性速凝剂)，形成的动力矸石混凝土，经混凝土输送管路(9)，进入混凝土泵(10)，再经混凝土输送管路(9)，沿采空区充填进行巷旁支护，形成动力矸石混凝土充填体。

图1 沿空巷旁充填留巷1-井下矸石;2-皮带输送机;3-破碎硐室;4-皮带输送机;5-水泥; 6-水;7-添加剂;8-搅拌机;9-混凝土输送管;10-混凝土泵; 11-巷旁支护(动力矸石混凝土充填体)。

图2是学生制作的三维动画。积极效果是:动力混凝土骨料使用的是废料矸石，即克服矸石占地和污染环境的缺点，又达到变废为宝的效果;充填系统不用建设地面配料站，节省了基建投资，同时节省了从井上到井下运料的环节，减少运输成本;动力矸石混凝土具有高流动性、无需振捣、没有气泡、强度均匀、适合浇筑且可加快浇筑过程、耐久性强特点，完全能够满足沿空留巷巷旁支护要求，实现无煤柱开采。

图2 沿空留巷材料配制及充填

三、参与“采场充填开采”项目，培养综采支架设计能力

(一)存在问题

采场开采设计能力是采矿工程专业学生到煤矿工作的基本能力。完善的采场开采设计涉及矿山压力与岩层控制、采矿学、采煤机械、开采沉陷等知识，体现压力控制、满足服务采煤高产高效功能、降低支护材料成本、优化支护程序、控制地表沉陷和相关危险源，学生完成完善的采场开采设计难度极大。

由此希望学生参加具体一种采场开采模式设计——拟结合充填开采项目，实现知识的综合运用，研究创新解决问题的方法。

研究背景是，利用液压支架进行架后充填的采煤新工艺在我国目前处于试验阶段，充填的方式有矸石充填、水砂充填、风力充填、胶结物充填等。目的是从环境保护和提高效益的长远考虑，既能减少地表下沉量，又有利于保护环境，为煤矿的安全生产提供设备技术保障。

目前存在的问题是，利用液压支架进行管道胶结物充填，相邻架间空隙太大，如在急倾斜煤层充填开采时容易跑浆，无法充实采空区，导致顶板在空顶条件下冒落，因而无法控制地表下沉，达不到充填采煤的目的;对采空区破碎顶板的支护效果不佳，局部顶板易冒落，给架后充填带来困难。因此需研发急倾斜煤层充填液压支架。

(二)充填支架设计思路

新设计的充填支架主要是在传统两柱或四柱掩护式液压支架掩护梁后方加装了四块后挡板，实现对采空区和相邻架间的封闭;顶梁后方加装了后伸缩板，对采空区可提供临时支护。

改进后的两柱掩护式液压支架具体系统结构如图3所示，(改进后的四柱掩护式液压支架与此类似，不再重复叙述)，各部件的结构特点分别见后面附图。

图3方法为，在每架液压支架后方加装四块后挡板(外两侧固定有橡胶类制品)，四块后挡板分为上后挡板(两块)和下后挡板(两块)，在下后挡板上焊接滑道，滑道和掩护梁上的圆孔用销轮连接，实现下后挡板能够上下滑动，从而达到与底板的分离与接触。利用掩护梁侧护板的侧推千斤顶和侧推弹簧筒组件使加装的四块后挡板和掩护梁侧护板同步伸缩，保证相邻架间的封闭。在顶梁后端加装了后伸缩梁，通过滑槽与顶梁连接，并通过牵引千斤顶控制其伸缩，当采煤机割完一刀煤支架前移后，后伸缩梁伸出，支护采空区局部破碎的顶板。

上述方法克服传统充填液压支架对采空区和邻架间隙封闭性不足，及对采空区破碎顶板支护效果不佳等缺点，为满足大倾角煤层开采，工作面管道膏体自流充填采空区，提供了一种具有良好封闭性、支护性，满足膏体充填采空区的液压支架。

学生根据老师的设计支架思路，在很短的时间掌握了solidworks制图，进行支架三维立体图的设计;在及时补充各种支架知识基础上，能够反复修改支架，使设计的支架性能逐步达到预期目标。

由此，学生在熟悉支架性能及设计特点基础上，参与的支架设计，理念先进，功能趋于完备。

四、效果检验

爱因斯坦曾说:“兴趣是最好的老师”。学生一旦对创新实践产生兴趣，就会主动的去探索它，了解它。“你不会学，我教你;你不愿学，我吸引你”。通过学生参与科研项目，我们逐步地认识到创新性教学的使命就是要寓教于乐，提高了学生主观能动性。

学生们已经培养了很好的实践创新能力，需要一个舞台绽放他们的花的“美丽”。也就需要检验其成果创新性，给学生一个合理评价和认可。

因此，鼓励学生参加了2011年度国家和省级“节能减排”、“挑战杯”比赛并获奖，学生就相关工作写文章发表，参与申请三项专利［5，9］。他们付出的劳动，做出的作品得到了认可，从中找到了实践创新的乐趣!

在经过成果总结、大赛洗礼之后，学生丰富了相关的理论知识，尤其使学生会用掌握的知识，很大程度上帮助学生提高了实践创新能力，极大提高了自信心，为在以后的工作岗位上创新与发展打下了坚实的基础。

五、结 语

(1)通过学生参加实际的两项科研项目证明，以教学、教研为平台，搭建学生积累创新知识的平台;尤其注重以科研为跳板，培养学生实践创新兴趣，提高学生实践创新能力;完善学校、院、系、教师对学生创新扶持机制;以科技创新大赛为舞台，展现学生科技创新成果;通过发表论文、申请专利、实践应用等，检验学生创新成果并加以弘扬，是行之有效的培养学生创新能力的方法。

(2)实践创新教育是培养高素质创新人才的重要实践性环节，是提高教学质量的重要举措，在这个环节中教师起着举足轻重的作用，关键在于启蒙学生实践创新意识、培养学生实践创新兴趣。特别是采矿工程专业，更需要教师激发学生的创造性思维，才能培养出适应新形势下煤炭市场发展需要的综合能力强、整体素质高、具有创新实践能力的高素质采矿人才。

［1］ 囝晋文.提高实践教学质量，培养高素质人才，太原理工大学学报(社会科学版)［J］.2004，22(2):84-85.

［2］ 郭文兵，周英，王永建.采矿专业人才培养中产学研合作教育模式的探索［J］.辽宁工程技术大学学报(社会科学版)，2002，4(2):97-99.

［3］ 何廷峻，汪佑武.高校矿业类人才培养模式探讨［J］.淮南职业技术学院学报，2005，5(1):103-105.

［4］ 杨德传.采矿专业本科生工程实践性教学探讨［J］.科技信息，441-443.

［5］ 挑战杯官方网站:http://www.tiaozhanbei.org.

［6］ 成云海，陈加胜，林继凯等.用于架后充填的液压支架及其操作使用方法［P］.中国专利:201110232417.7，申请时间:2011.8.4.

［7］ 郭信山，成云海，梁继忠等.沿空留巷巷旁充填用动力矸石混凝土［P］.中国专利:201110154609.0，申请时间:2011.05.27.

［8］ 庞继禄，成云海，冯飞胜等.有井式地下煤层气化出气量稳定性自动控制装置［P］.中国专利:201110118.770.2，申请时间: 2011.04.28.

［9］ 梁继忠，成云海.矸石充填沿空留巷技术的应用［J］.山东煤炭科技，2011(5):33-34.

Key words:mining engineering;undergraduate specialty;scientific research;innovation ability;training

Abstract:The coal mine mining depth increases continually，and it has made mining more difficult.Adds the security highly effective green mining technological development demand，the coal mining industry needs the ability of engineers to solve engineering problems constantly improve.By guiding students to participate in“roadway support design”"and“Stope support design”two research projects，stimulates the student to practice the innovation interest，enriches relevant innovation knowledge，labor division and collaborative innovation to solve engineering problems.By applying for patents，publishing articles，Participating in science and technology innovation competition，tested the effect of innovation ability training.Based on the integration of teaching，research and scientific research，particular focus on scientific research as a springboard to develop students＇practical innovation ability，show that it is the solution to the student“Cannot utilize the knowledge”of effective practice.

Strengthen the Mining Engineering Students＇Innovative Ability of Two Cases

CHENG Yun-hai
(1.College of Mining and Safety Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001，China; 2.The MOE Key Laboratory of Coalmine Safety and High Efficiency Mining，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China)

G40-012

A

2095-2708(2012)04-0015-04

2012-05-03

2009年安徽理工大学能源与安全学院教研资助项目。