工程教育模式下矿山压力与岩层控制教学方法探讨

孔德中　曹云钦　吴桂义

摘要：矿山压力与岩层控制是一门主要讲授煤矿井下各种巷道与采场围岩稳定性及各种矿山灾害事故预测与控制的课程，对地质、数学、力学基础知识要求较高、内容比较抽象且实践性强。在工程教育背景下，矿山压力与岩层控制的课程教学应在板书、幻灯片等传统教学手段的基础上，加强数值模拟成果以及“双语”教学在教学中的应用，激发学生对本专业学习和科研的兴趣，从而提高教学效果，从传统的“教师教为主”向“学生学习为主”转变。

关键词：工程教育；矿山压力与岩层控制；数值模拟；“双语”教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）31-0186-02

一、引言

在工程教学背景下贵州大学采矿工程专业人才的培养目标是培养具有良好的人文素质和扎实的数学、力学基础知识，具有社会责任感和国际视野、创新意识和工程实践能力，具有团队合作和管理协调能力，掌握以煤炭开采为主的固体矿床开采基本理论知识，能在固体矿床开采特别是煤矿开采领域从事矿区开发规划、矿山设计、开采、通风、安全、监察、管理以及科学研究等方面的工程技术人才和管理人才。矿山压力与岩层控制是采矿工程专业的专业基础课，矿山压力与岩层控制是一门主要讲授煤矿井下各种巷道与采场围岩稳定性及各种矿山灾害事故预测与控制的课程，对地质、数学、力学基础知识要求较高，内容比较抽象且实践性强[1-3]。因此，对于这门课的学习，不仅要求学生学习好这门课程的理论知识，还要学习好理论联系实际，把学到的理论知识去和工程问题相对应，去尝试如何解决工程问题[4-7]。

二、存在的问题

当前，在“矿山压力与岩层控制”的这门课的教学中，教师大都采用的是“教师只讲授课本为主，学生被动接受”的传统的教学模式。传统教学模式要求教师具备扎实的基础知识、巧妙的教学方法、先进的教学手段，能够把学生的注意力吸引到课堂中。同时要求学生有一定的工程力学、岩石力学、弹性力学的基础，此外还要求学生对专业要有浓厚的学习兴趣以及较强的联想和空间想象能力。

矿山压力与岩层控制这门课程是在大三上学期开设的，虽然已经在弹性力学与岩石力学两门课程基础上开设的，但由于学生认识实习是在磷矿中进行的，或者仅仅对煤矿认识比较浅显。矿压书中涉及较为抽象的力学问题的教学往往非常吃力，学生学起来更是费劲，久而久之，学习兴趣就会被抽象的力学模型与大量的公式推导所磨灭。特别是在讲授“砌体梁”结构（图1）、老顶载荷q的确定（图2）、采场支架与围岩的相互作用关系及护巷煤柱宽度确定等章节时，大量的力学公式推导过程，让大部分学生理解困难。

三、数值模拟结果引入到矿山压力与岩层控制的教学

礦山压力与岩层控制这门课程主要是全面介绍各种采场和巷道围岩应力分布特征、顶板垮落特征与覆岩运移规律和支架与围岩相互作用关系及围岩稳定性控制。传统的教学手段难以直观地表达应力分布或者顶板运移的，即便是通过井下实习也看不到巷道及采场周围的应力分布的，井下实习也只是能看到巷道及采场内的变形与破坏，对于巷道及采场上方围岩垮落特征与运移规律也是无法看到的。数值模拟不仅能模拟煤岩体开采过程中较为复杂的矿山压力问题，也能直观、动态地显示工作面推进过程中直接顶冒落、基本顶破断下沉以及地表的岩层移动等过程。当然，矿山压力与岩层控制这门课程的教学不可能加入大量数值模拟软件及应用的教学。首先，学时数是不够的，现有的学时数只能满足课本大部分内容的教学，甚至不能满足全部内容的教学，另一方面，数值模拟并不是特别简单，一学就会的，需要有一定的计算机基础，也需要花费很多时间的。从图3—图4可以让学生直观地了解到工作面采出后采场周围应力分布、直接顶垮落特征、基本顶的破断特征与顶板结构、顶板断裂步距。

通过引入数值模拟的成果可以极大地改变矿山压力与岩层控制课程实践教学的不足，使学生对很多抽象问题的学习变得直观具体，使其对岩层控制理论有较为深入的认识，大大地提高课堂教学质量。同时也可以激发学生对科研的兴趣爱好，培养学生主动学习、主动思考的创新精神，提高其专业素养与科研能力，为以后的工作与继续学习打下了基础。

四、探索“双语”教学

此外，采矿专业通过工程教育认证之后，我们采矿专业的毕业证书是得到国际认可的。换而言之，我们采矿专业的毕业生可以去国外的矿山进行采矿工作。另一方面，近三十年来中国的采矿技术迅猛发展，很多央企、国企都在国外拥有矿井，采矿专业毕业生有很多机会去国外采矿，这就要求采矿专业毕业生必须具备一定的应用专业外语的能力。以往专业外语作为选修课开设，多个专业内容编在一起，给讲授和学习带来一定困难。因此，教师在讲授矿山压力与岩层过程中，可增加英语原版的相关内容及注解，作为学生学习专业外语的一个“窗口”。但并不是所有内容都有中英文的对照，本身学生的英语基础就差，如果全部内容都是中英文对照，效果反而会事倍功半。矿山压力与岩层控制的“双语”教学主要指的是针对采矿专业的一些专有名词进行相应的英语解释以及在课件制作中加入英语的注释（图5—图6）。

五、结论

总而言之，在工程教育背景下，矿山压力与岩层控制的课程教学应在板书、幻灯片等传统教学手段的基础上，加强数值模拟成果以及“双语”教学在教学中的应用，激发学生对本专业学习和科研的兴趣，从而提高教学效果，从传统的“教师教为主”向“学生学习为主”转变，更好地培养具有社会责任感和国际视野、创新意识和工程实践能力，具有团队合作和管理协调能力采矿工程专业技术人才。

参考文献：

[1]王超.矿山地压与岩层控制课程教学方法探析[J].课程教育研究，2013，（4）：247.

[2]李兴伟，孙广义，陈刚.新形势下矿山压力与岩层控制教学方法探讨[J].经济师，2013，（7）：225-226.

[3]高召宁.《矿山压力及其控制》课程教学方法探讨[J].中国高等教育，2009，（6）：11-13.

[4]吴仁伦，杨胜利.矿山压力与岩层控制，课程设计教学改革与实践[J].教育教学论坛，2016，（06）：139-140.

[5]孙伟博，王燕，邵小平.矿山压力与岩层控制课程教学法探讨——分组互动教学法[J].教育教学论坛，2016，（02）：167-168.

[6]孙光中，于红.数值模拟技术在矿山压力与岩层控制课程教学中的应用[J].职业，2010，（33）：146-147.

[7]马文顶，许家林，邹喜正.“矿山压力与岩层控制”课程实验教学的探索[J].实验室研究与探索，2004，（06）：58-60.