成云海

(1.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽淮南232001; 2.安徽理工大學(xué)省部共建教育部煤礦安全高效開采重點(diǎn)實驗室，安徽淮南232001)

強(qiáng)化采礦工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)兩例

成云海1，2

(1.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽淮南232001; 2.安徽理工大學(xué)省部共建教育部煤礦安全高效開采重點(diǎn)實驗室，安徽淮南232001)

采礦工程;本科專業(yè);科研;創(chuàng)新能力;培養(yǎng)

煤礦采深持續(xù)增加使開采難度加大，加之安全高效綠色開采技術(shù)發(fā)展需求，煤炭行業(yè)需要采礦工程師解決工程難題的能力不斷提高。通過引導(dǎo)學(xué)生參加“巷道支護(hù)設(shè)計”和“采場支護(hù)設(shè)計”兩項科研項目，激發(fā)學(xué)生實踐創(chuàng)新興趣，豐富相關(guān)創(chuàng)新知識，對研究內(nèi)容進(jìn)行分工協(xié)作，提出創(chuàng)新解決工程難題的總體思路。通過申請相關(guān)專利、發(fā)表文章、參加科技創(chuàng)新大賽，檢驗了創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果。說明基于教學(xué)、教研和科研融合，尤其注重以科研為跳板培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力，是解決學(xué)生“不會運(yùn)用知識”，實現(xiàn)“創(chuàng)新應(yīng)用知識解決問題”的可行嘗試。

教高［2011］號文件，即教育部、財政部關(guān)于“十二五”期間“實施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見，明確“大力提升人才培養(yǎng)水平、大力增強(qiáng)科學(xué)研究能力、大力服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、大力推進(jìn)文化傳承創(chuàng)新”，是我國高等教育在新的歷史起點(diǎn)上的科學(xué)發(fā)展方向。要求實施“本科教學(xué)工程”，針對大學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力不強(qiáng)等關(guān)鍵領(lǐng)域和薄弱環(huán)節(jié)上，通過一段時間的改革建設(shè)，力爭取得明顯成效，更好地滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才和拔尖創(chuàng)新人才的需要。

一、采礦工程專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必要性

煤礦采深持續(xù)增加使開采難度加大，加之安全高效綠色開采技術(shù)發(fā)展需求，煤炭行業(yè)需要采礦工程師解決工程難題的能力不斷提高。如何響應(yīng)國家培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力要求，適應(yīng)現(xiàn)場需求，使學(xué)生具備能夠解決復(fù)雜生產(chǎn)地質(zhì)條件的實踐能力和創(chuàng)新能力，是需要研究的課題［1，4］。

安徽理工大學(xué)能源學(xué)院采礦工程系經(jīng)過多年的教學(xué)探索，通過實行教學(xué)、教研融合，培養(yǎng)了學(xué)生扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。但如何將知識應(yīng)用于現(xiàn)場，解決現(xiàn)場的工程難題，一直困擾和糾結(jié)學(xué)生，以至于有品學(xué)兼優(yōu)的學(xué)生不敢申請保研，究其原因，該生認(rèn)為如果保研成功，研究生畢業(yè)了做不來科研怎么辦?

絕大部分學(xué)生畢業(yè)后面對的主要是巷道支護(hù)、采場支護(hù)、礦井開采的具體優(yōu)化設(shè)計。本文依托近年來能源學(xué)院逐步推行和完善的“本科生導(dǎo)師制”，以科研為載體，引導(dǎo)學(xué)生參與與將來工作密切相關(guān)的兩項科研項目研究，使學(xué)生由知識積累→產(chǎn)生創(chuàng)新意識→參加科研→提出解決方案→具有創(chuàng)新能力，探索教學(xué)、教研、科研融合的培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新能力模式，符合國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)需求。

二、參與“巷道支護(hù)設(shè)計”類科研項目，深化學(xué)習(xí)專業(yè)知識，協(xié)助創(chuàng)新研發(fā)支護(hù)材料

(一)存在問題

巷道支護(hù)設(shè)計掌握和承擔(dān)各類井巷施工與設(shè)計，是大部分畢業(yè)生參加工作后面臨的重要工作。能源學(xué)院通過實驗、理論、實習(xí)三大教學(xué)方式相結(jié)合，著力從實習(xí)、實驗環(huán)節(jié)入手，建設(shè)實習(xí)基地和產(chǎn)學(xué)研基地，改進(jìn)現(xiàn)場實習(xí)培養(yǎng)方法，完善教學(xué)方法和培養(yǎng)模式，使學(xué)生更好的了解了現(xiàn)場實際情況，但學(xué)生依然不知如何做好巷道支護(hù)設(shè)計，更談不上優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計，這是培養(yǎng)學(xué)生的一個難點(diǎn)，也是亟待解決的問題。

完善的巷道支護(hù)設(shè)計涉及礦山壓力與巖層控制、采礦學(xué)知識、支護(hù)材料成本和支護(hù)工藝等，解決壓力控制、滿足巷道服務(wù)功能、降低支護(hù)材料成本、優(yōu)化支護(hù)程序，所以如果不結(jié)合具體工程，學(xué)生對如何完成具體的巷道設(shè)計感到茫然。

(二)參與“沿空巷旁充填留巷研究”，培養(yǎng)“巷道支護(hù)設(shè)計”能力

以某“沿空巷旁充填留巷研究”項目為載體，使真實的項目與知識應(yīng)用學(xué)習(xí)相結(jié)合。學(xué)生迫切希望有解決問題的成就感，由此吸引有興趣學(xué)生參與。

研究背景是，隨著經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展，煤炭產(chǎn)量劇增，開采深度加深，巷道支護(hù)問題日益突出，同時國家煤炭工業(yè)“十一五”和“十二五”規(guī)劃，大力發(fā)展“煤炭科學(xué)產(chǎn)能”，推行綠色開采的要求。因此企業(yè)提出“以矸換煤，沿空留巷”理念，作為科研項目立項，不僅可以提高采煤回收率;還減少了矸石的排放，對發(fā)展綠色開采具有十分重要的意義，對資源保護(hù)起到積極的推進(jìn)作用。

一開始學(xué)生有畏難思想，不知從何處下手，為此將科研項目切割分離，將能由學(xué)生動手完成的部分盡可能由學(xué)生動手去完成，即使這樣會付出一定的經(jīng)濟(jì)成本。

筆者按圖1左側(cè)程序進(jìn)行指導(dǎo)。根據(jù)研究內(nèi)容，確定學(xué)生需要做的部分是進(jìn)行知識準(zhǔn)備、材料創(chuàng)新、施工三步。學(xué)生主動鉆研了相關(guān)理論知識，并主動要求承擔(dān)其中矸石混凝土添加劑配方的調(diào)配工作。按照優(yōu)勢互補(bǔ)及補(bǔ)缺補(bǔ)差的原則，分成幾個小組，學(xué)生們便去市場上購買所需材料;甚至親自到化學(xué)公司，一個世界500強(qiáng)企業(yè)設(shè)在上海的實驗室，請教材料配比原理，分別研究水灰比，研究速凝劑、減水劑、水化劑、內(nèi)養(yǎng)護(hù)技術(shù)等對矸石混凝土的影響。最后研究出各自的特性與最佳配比關(guān)系，調(diào)試出幾種沿空留巷所需的添加劑配方，經(jīng)過實驗室實驗及礦上實踐證明，其完全滿足實際生產(chǎn)要求，完成了圖1右側(cè)的系統(tǒng)優(yōu)化和材料配制。

圖1的流程是:井下矸石(1)，直接經(jīng)皮帶輸送機(jī)(2)，運(yùn)送到井下破碎硐室(3)破碎后，形成適宜粒徑小于1.5cm的矸石，可以作為制作動力矸石混凝土的骨料;破碎后的井下矸石(1)，經(jīng)皮帶輸送機(jī)(4)運(yùn)送到攪拌機(jī)(8)，按一定比例加入水(5)、水泥(6)、復(fù)合添加劑(7)預(yù)拌(復(fù)合添加劑包括水化劑、內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑、無堿液體改性速凝劑)，形成的動力矸石混凝土，經(jīng)混凝土輸送管路(9)，進(jìn)入混凝土泵(10)，再經(jīng)混凝土輸送管路(9)，沿采空區(qū)充填進(jìn)行巷旁支護(hù)，形成動力矸石混凝土充填體。

圖1 沿空巷旁充填留巷1-井下矸石;2-皮帶輸送機(jī);3-破碎硐室;4-皮帶輸送機(jī);5-水泥; 6-水;7-添加劑;8-攪拌機(jī);9-混凝土輸送管;10-混凝土泵; 11-巷旁支護(hù)(動力矸石混凝土充填體)。

圖2是學(xué)生制作的三維動畫。積極效果是:動力混凝土骨料使用的是廢料矸石，即克服矸石占地和污染環(huán)境的缺點(diǎn)，又達(dá)到變廢為寶的效果;充填系統(tǒng)不用建設(shè)地面配料站，節(jié)省了基建投資，同時節(jié)省了從井上到井下運(yùn)料的環(huán)節(jié)，減少運(yùn)輸成本;動力矸石混凝土具有高流動性、無需振搗、沒有氣泡、強(qiáng)度均勻、適合澆筑且可加快澆筑過程、耐久性強(qiáng)特點(diǎn)，完全能夠滿足沿空留巷巷旁支護(hù)要求，實現(xiàn)無煤柱開采。

圖2 沿空留巷材料配制及充填

三、參與“采場充填開采”項目，培養(yǎng)綜采支架設(shè)計能力

(一)存在問題

采場開采設(shè)計能力是采礦工程專業(yè)學(xué)生到煤礦工作的基本能力。完善的采場開采設(shè)計涉及礦山壓力與巖層控制、采礦學(xué)、采煤機(jī)械、開采沉陷等知識，體現(xiàn)壓力控制、滿足服務(wù)采煤高產(chǎn)高效功能、降低支護(hù)材料成本、優(yōu)化支護(hù)程序、控制地表沉陷和相關(guān)危險源，學(xué)生完成完善的采場開采設(shè)計難度極大。

由此希望學(xué)生參加具體一種采場開采模式設(shè)計——擬結(jié)合充填開采項目，實現(xiàn)知識的綜合運(yùn)用，研究創(chuàng)新解決問題的方法。

研究背景是，利用液壓支架進(jìn)行架后充填的采煤新工藝在我國目前處于試驗階段，充填的方式有矸石充填、水砂充填、風(fēng)力充填、膠結(jié)物充填等。目的是從環(huán)境保護(hù)和提高效益的長遠(yuǎn)考慮，既能減少地表下沉量，又有利于保護(hù)環(huán)境，為煤礦的安全生產(chǎn)提供設(shè)備技術(shù)保障。

目前存在的問題是，利用液壓支架進(jìn)行管道膠結(jié)物充填，相鄰架間空隙太大，如在急傾斜煤層充填開采時容易跑漿，無法充實采空區(qū)，導(dǎo)致頂板在空頂條件下冒落，因而無法控制地表下沉，達(dá)不到充填采煤的目的;對采空區(qū)破碎頂板的支護(hù)效果不佳，局部頂板易冒落，給架后充填帶來困難。因此需研發(fā)急傾斜煤層充填液壓支架。

(二)充填支架設(shè)計思路

新設(shè)計的充填支架主要是在傳統(tǒng)兩柱或四柱掩護(hù)式液壓支架掩護(hù)梁后方加裝了四塊后擋板，實現(xiàn)對采空區(qū)和相鄰架間的封閉;頂梁后方加裝了后伸縮板，對采空區(qū)可提供臨時支護(hù)。

改進(jìn)后的兩柱掩護(hù)式液壓支架具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，(改進(jìn)后的四柱掩護(hù)式液壓支架與此類似，不再重復(fù)敘述)，各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分別見后面附圖。

圖3方法為，在每架液壓支架后方加裝四塊后擋板(外兩側(cè)固定有橡膠類制品)，四塊后擋板分為上后擋板(兩塊)和下后擋板(兩塊)，在下后擋板上焊接滑道，滑道和掩護(hù)梁上的圓孔用銷輪連接，實現(xiàn)下后擋板能夠上下滑動，從而達(dá)到與底板的分離與接觸。利用掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的側(cè)推千斤頂和側(cè)推彈簧筒組件使加裝的四塊后擋板和掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板同步伸縮，保證相鄰架間的封閉。在頂梁后端加裝了后伸縮梁，通過滑槽與頂梁連接，并通過牽引千斤頂控制其伸縮，當(dāng)采煤機(jī)割完一刀煤支架前移后，后伸縮梁伸出，支護(hù)采空區(qū)局部破碎的頂板。

上述方法克服傳統(tǒng)充填液壓支架對采空區(qū)和鄰架間隙封閉性不足，及對采空區(qū)破碎頂板支護(hù)效果不佳等缺點(diǎn)，為滿足大傾角煤層開采，工作面管道膏體自流充填采空區(qū)，提供了一種具有良好封閉性、支護(hù)性，滿足膏體充填采空區(qū)的液壓支架。

學(xué)生根據(jù)老師的設(shè)計支架思路，在很短的時間掌握了solidworks制圖，進(jìn)行支架三維立體圖的設(shè)計;在及時補(bǔ)充各種支架知識基礎(chǔ)上，能夠反復(fù)修改支架，使設(shè)計的支架性能逐步達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

由此，學(xué)生在熟悉支架性能及設(shè)計特點(diǎn)基礎(chǔ)上，參與的支架設(shè)計，理念先進(jìn)，功能趨于完備。

四、效果檢驗

愛因斯坦曾說:“興趣是最好的老師”。學(xué)生一旦對創(chuàng)新實踐產(chǎn)生興趣，就會主動的去探索它，了解它。“你不會學(xué)，我教你;你不愿學(xué)，我吸引你”。通過學(xué)生參與科研項目，我們逐步地認(rèn)識到創(chuàng)新性教學(xué)的使命就是要寓教于樂，提高了學(xué)生主觀能動性。

學(xué)生們已經(jīng)培養(yǎng)了很好的實踐創(chuàng)新能力，需要一個舞臺綻放他們的花的“美麗”。也就需要檢驗其成果創(chuàng)新性，給學(xué)生一個合理評價和認(rèn)可。

因此，鼓勵學(xué)生參加了2011年度國家和省級“節(jié)能減排”、“挑戰(zhàn)杯”比賽并獲獎，學(xué)生就相關(guān)工作寫文章發(fā)表，參與申請三項專利［5，9］。他們付出的勞動，做出的作品得到了認(rèn)可，從中找到了實踐創(chuàng)新的樂趣!

在經(jīng)過成果總結(jié)、大賽洗禮之后，學(xué)生豐富了相關(guān)的理論知識，尤其使學(xué)生會用掌握的知識，很大程度上幫助學(xué)生提高了實踐創(chuàng)新能力，極大提高了自信心，為在以后的工作崗位上創(chuàng)新與發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

五、結(jié) 語

(1)通過學(xué)生參加實際的兩項科研項目證明，以教學(xué)、教研為平臺，搭建學(xué)生積累創(chuàng)新知識的平臺;尤其注重以科研為跳板，培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新興趣，提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力;完善學(xué)校、院、系、教師對學(xué)生創(chuàng)新扶持機(jī)制;以科技創(chuàng)新大賽為舞臺，展現(xiàn)學(xué)生科技創(chuàng)新成果;通過發(fā)表論文、申請專利、實踐應(yīng)用等，檢驗學(xué)生創(chuàng)新成果并加以弘揚(yáng)，是行之有效的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方法。

(2)實踐創(chuàng)新教育是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要實踐性環(huán)節(jié)，是提高教學(xué)質(zhì)量的重要舉措，在這個環(huán)節(jié)中教師起著舉足輕重的作用，關(guān)鍵在于啟蒙學(xué)生實踐創(chuàng)新意識、培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新興趣。特別是采礦工程專業(yè)，更需要教師激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，才能培養(yǎng)出適應(yīng)新形勢下煤炭市場發(fā)展需要的綜合能力強(qiáng)、整體素質(zhì)高、具有創(chuàng)新實踐能力的高素質(zhì)采礦人才。

［1］ 囝晉文.提高實踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，太原理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)［J］.2004，22(2):84-85.

［2］ 郭文兵，周英，王永建.采礦專業(yè)人才培養(yǎng)中產(chǎn)學(xué)研合作教育模式的探索［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2002，4(2):97-99.

［3］ 何廷峻，汪佑武.高校礦業(yè)類人才培養(yǎng)模式探討［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005，5(1):103-105.

［4］ 楊德傳.采礦專業(yè)本科生工程實踐性教學(xué)探討［J］.科技信息，441-443.

［5］ 挑戰(zhàn)杯官方網(wǎng)站:http://www.tiaozhanbei.org.

［6］ 成云海，陳加勝，林繼凱等.用于架后充填的液壓支架及其操作使用方法［P］.中國專利:201110232417.7，申請時間:2011.8.4.

［7］ 郭信山，成云海，梁繼忠等.沿空留巷巷旁充填用動力矸石混凝土［P］.中國專利:201110154609.0，申請時間:2011.05.27.

［8］ 龐繼祿，成云海，馮飛勝等.有井式地下煤層氣化出氣量穩(wěn)定性自動控制裝置［P］.中國專利:201110118.770.2，申請時間: 2011.04.28.

［9］ 梁繼忠，成云海.矸石充填沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用［J］.山東煤炭科技，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年安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院教研資助項目。