劉軍　賈宏福　楊通　單文娟

摘要：目前，我國煤礦開采正在向智能化開采、無人化開采方向發(fā)展，煤礦安全專業(yè)的人才培養(yǎng)模式遇到了教材與現(xiàn)場偏差較大、專業(yè)方向單一，綜合能力不足、學(xué)生實踐能力不足等不適應(yīng)的現(xiàn)象。針對這種情況，提出了注重課程設(shè)置的調(diào)整、增加開放實驗教學(xué)、虛擬仿真技術(shù)的使用、前沿科技的學(xué)習(xí)等四種手段。有效促進了學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)，對新形勢下的煤礦安全專業(yè)人才培養(yǎng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：智能化開采；無人化開采；人才培養(yǎng)；虛擬仿真

煤炭作為我國最主要的一次能源，其戰(zhàn)略地位無法取代。據(jù)預(yù)測，到2050年，煤炭在我國一次能源消費中占50%以上。我國能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030年）提出研發(fā)高效建井和快速掘進、智能化工作面、特殊煤層高回收率開采、煤炭地下氣化、煤系共伴生資源綜合開發(fā)利用等技術(shù)，重點煤礦區(qū)基本實現(xiàn)工作面無人化。胡省三等的總結(jié)認為，我國煤炭綜采技術(shù)經(jīng)歷了3個階段，目前正向智能化方向發(fā)展。謝和平院士提出煤炭革命發(fā)展的3.0、4.0、5.0階段，4.0階段要實現(xiàn)智能化無人開采。袁亮院士提出結(jié)合采礦、安全、機電、信息、計算機、互聯(lián)網(wǎng)等學(xué)科，實現(xiàn)未來采礦智能化無人安全開采。王金華、王虹、張科學(xué)、葛世榮等從不同的方面對智能化開采的關(guān)鍵技術(shù)、采煤裝備等進行了研究。戴廣龍、蘇三慶對新形勢下的煤礦主體專業(yè)、安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式進行了探討。

針對智能化開采、無人化開采等新的煤炭開采條件，創(chuàng)新煤礦安全專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)模式，完善和促進煤礦安全專業(yè)的健康發(fā)展，為煤炭企業(yè)輸送優(yōu)秀、稱職的高技術(shù)人才提供幫助。

一、智能化開采的特點與發(fā)展趨勢

（一）煤炭無害化開采

根據(jù)我國《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030年）》，煤礦開采需加強煤炭開發(fā)生態(tài)環(huán)境保護，井下采選充一體化、綠色高效充填開采、保水開采、無煤柱連續(xù)開采、礦區(qū)地表修復(fù)與重構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)，基本建成綠色礦山。提升煤炭開發(fā)效率和智能化水平，研發(fā)高效建井和快速掘進、智能化工作面等技術(shù)。

（二）有限無人化開采

智能化開采要求在工作面正常生產(chǎn)期間，工作面中無人或基本無人操作，僅在設(shè)備正常維護、檢修和特殊情況處理時，人員才進入工作面進行維護，實現(xiàn)有限條件下的無人化開采。

（三）煤炭精準化開采

精準開采是基于透明空間地球物理和多物理場耦合，以智能感知、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等作支撐，將不同地質(zhì)條件的煤炭開采擾動影響、致災(zāi)因素、開采引發(fā)生態(tài)環(huán)境破壞等統(tǒng)籌考慮，時空上準確高效的煤炭少人（無人）智能開采與災(zāi)害防控一體化的未來采礦新模式。

（四）無人化N00工法

何滿潮院士提出的煤炭顛覆性技術(shù)革新方向，110工法、N00工法到自動化、智能化、無人化110工法、N00工法是我國礦業(yè)技術(shù)變革的第三次探索。N00工法已實現(xiàn)采、掘、運切、支、護一體化，未來可朝著煤炭開采自動化、智能化、無人化的方向發(fā)展。

（五）流態(tài)化開采

中國工程院《煤炭清潔高效開發(fā)利用和煤基多元智能協(xié)調(diào)能源系統(tǒng)戰(zhàn)略研究》項目中提出了固態(tài)資源流態(tài)化開采的科學(xué)構(gòu)想，形成深部煤炭資源全覆蓋的無人開采技術(shù)與裝備支撐系統(tǒng)，包括建立基于“透明礦井”技術(shù)的無人化開采技術(shù)體系。

二、新形勢下煤礦安全專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

（一）教材與現(xiàn)場偏差較大

教材內(nèi)容比較陳舊，更新速度較慢。以煤礦瓦斯抽采技術(shù)為例，教材中的鉆機、抽采泵站、封孔方法等多是十幾年前的老方法，目前定向鉆孔、大功率泵站、帶壓封孔技術(shù)等已經(jīng)得到推廣應(yīng)用。學(xué)生所學(xué)知識與現(xiàn)場實踐偏差較大，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果較差。

（二）專業(yè)方向單一、綜合能力不足

安全專業(yè)是一個跨學(xué)科的綜合性專業(yè)，煤礦安全是以煤礦開采為背景，保障煤礦安全生產(chǎn)的傳統(tǒng)安全專業(yè)。在智能化開采條件下，煤礦機械化、自動化水平不斷提高，采煤、通風(fēng)設(shè)備、技術(shù)手段等顯著提高。新的背景條件下，必須增強學(xué)生適應(yīng)新環(huán)境的能力。

（三）學(xué)生實踐能力不足

煤炭為特殊行業(yè)，井下環(huán)境復(fù)雜，危險系數(shù)高。學(xué)生下井需要專業(yè)培訓(xùn)，且必須有熟練工人帶領(lǐng)，學(xué)生實習(xí)機會較少，對現(xiàn)場缺乏感性認識。如何找到一種既保障安全，又能提高學(xué)生實踐能力的新方法，是煤礦安全專業(yè)亟待解決的問題之一。

三、新形勢下煤礦安全專業(yè)人才培養(yǎng)模式

（一）課程設(shè)置的調(diào)整

目前，我國煤炭安全專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課以《礦井通風(fēng)與安全》、《礦井瓦斯防治》、《礦井火災(zāi)防治》等防治傳統(tǒng)自然災(zāi)害為主，如圖1所示，已無法適應(yīng)智能化開采條件下，煤炭企業(yè)對工程技術(shù)人員的需求。

同時，智能化開采過程中，大量自動化技術(shù)、信息化技術(shù)得到使用，本科教學(xué)過程中應(yīng)增加開設(shè)《機械自動化》、《自動控制系統(tǒng)》、《微機控制技術(shù)》、《信息技術(shù)》等課程，培養(yǎng)跨學(xué)科專業(yè)人才。

（二）開放實驗教學(xué)

開放實驗教學(xué)指由教師或?qū)W生提出實驗?zāi)繕嘶騽?chuàng)設(shè)問題情景，學(xué)生經(jīng)自主性學(xué)習(xí)研究、自行設(shè)計實驗方案并獨立完成實驗的一種教學(xué)方動手實驗。煤礦安全是專業(yè)性、實踐性很強的特殊專業(yè)，智能化開采技術(shù)實施后，煤礦企業(yè)對實踐能力強、掌握多學(xué)科專業(yè)技術(shù)人才的需求量大增。高校應(yīng)適時增加此類教學(xué)活動。

目前，學(xué)校安全學(xué)院開設(shè)有178個開放實驗，內(nèi)容涵蓋礦井通風(fēng)參數(shù)測試、煤的力學(xué)性質(zhì)測試、瓦斯抽采參數(shù)測試、煤堆自然升溫過程溫度變化測定等；電氣學(xué)院和計算機學(xué)院開設(shè)有113個開放實驗，內(nèi)容包括控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、信號與系統(tǒng)復(fù)頻域分析等自動控制內(nèi)容。鼓勵學(xué)生跨學(xué)科開展實驗教學(xué)，能夠有效提高學(xué)生的綜合實踐能力。

（三）虛擬仿真技術(shù)的使用

虛擬仿真技術(shù)能夠為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，針對煤礦安全專業(yè)，利用虛擬仿真技術(shù)建造的仿真實驗實訓(xùn)室擁有傳統(tǒng)實驗（訓(xùn)）室難以比擬的優(yōu)勢——安全高效。煤礦作為一個特殊行業(yè)，井下環(huán)境復(fù)雜、危險性高。充分利用虛擬仿真技術(shù)，可以在安全的條件下，虛擬一些危險的實驗。

目前，學(xué)校設(shè)置了煤礦開采虛擬仿真實驗教學(xué)中心、安全與消防工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心、礦山電氣工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心等3個虛擬仿真實驗室。開設(shè)有煤礦開采虛擬仿真實驗室、煤礦火災(zāi)數(shù)值模擬、煤礦動力災(zāi)害數(shù)值模擬實驗室、煤礦巖層移動數(shù)值模擬實驗室、煤礦通風(fēng)安全仿真實驗室等5個仿真實驗室。其中煤礦開采虛擬仿真實驗室建有3通道立體沉浸式環(huán)幕系統(tǒng)，能夠營造逼真的實驗環(huán)境和試驗對象，裝備有自研的虛擬仿真軟硬件系統(tǒng)；煤礦火災(zāi)數(shù)值模擬實驗室裝配有高性能計算機和FLUENT數(shù)值計算軟件，為火災(zāi)虛擬仿真實驗提供數(shù)據(jù)依據(jù)；煤礦動力災(zāi)害數(shù)值模擬實驗室裝備有RFPA含瓦斯煤巖破裂數(shù)值模擬軟件，為煤礦瓦斯突出災(zāi)害虛擬仿真提供理論數(shù)據(jù)支撐；煤礦巖層移動數(shù)值模擬實驗室安裝有UDEC和2D-BLOCK軟件，能夠為煤礦頂板事故災(zāi)害虛擬仿真提供數(shù)據(jù)支持；煤礦通風(fēng)安全仿真實驗室裝備有礦井通風(fēng)系統(tǒng)和礦井瓦斯爆炸物理仿真系統(tǒng)，能夠為礦井瓦斯爆炸及礦井通風(fēng)虛擬仿真提供數(shù)據(jù)支持。

（四）前沿科技的學(xué)習(xí)

目前的科技發(fā)展日新月異，一大批科研成果得到推廣應(yīng)用。在本科生教育中加強學(xué)術(shù)前沿講座的應(yīng)用，用報告人的人格魅力和學(xué)科前沿的學(xué)術(shù)思想影響學(xué)生，能夠有效提高學(xué)生的專業(yè)認同感和專業(yè)自豪感。同時，隨著本科生參加大學(xué)生創(chuàng)新性實驗與各類科技競賽的機會逐漸增多，對于本科生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得尤為重要。通過對本科生系統(tǒng)開展學(xué)術(shù)前沿講座，使得學(xué)生準確把握學(xué)科發(fā)展動態(tài)，初步了解科研方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，能夠為學(xué)生今后的繼續(xù)深造與走上工作崗位提供有力幫助。

四、結(jié)論

通過查收資料、分析現(xiàn)場實際情況，得出如下結(jié)論。

煤礦智能化開采的發(fā)展趨勢為：煤炭無害化開采、有限無人化開采、煤炭精準化開采、無人化N00工法、流態(tài)化開采。

新形勢下煤礦安全專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題：教材與現(xiàn)場偏差較大、專業(yè)方向單一，綜合能力不足、學(xué)生實踐能力不足。

新形勢下煤礦安全專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)向如下模式轉(zhuǎn)變：注重課程設(shè)置的調(diào)整、增加開放實驗教學(xué)、虛擬仿真技術(shù)的使用、前沿科技的學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]國家發(fā)展改革委，國家能源局.能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016～2030年）[Z].2016.

[2]胡省三，劉修源，成玉琪.采煤史上的技術(shù)革命：我國綜采發(fā)展40a[J].煤炭學(xué)報，2010（11）.

[3]謝和平，王金華，王國法，等.煤炭革命新理念與煤炭科技發(fā)展構(gòu)想[J].煤炭學(xué)報，2018（05）.

[4]袁亮.開展基于人工智能的煤炭精準開采研究，為深地開發(fā)提供科技支撐[J].科技導(dǎo)報，2017（14）.

[5]袁亮.煤炭精準開采科學(xué)構(gòu)想[J].煤炭學(xué)報，2017（01）.

[6]王金華，黃樂亭，李首濱，等.綜采工作面智能化技術(shù)與裝備的發(fā)展[J].煤炭學(xué)報，2014（08）.

[7]王金華，黃曾華.中國煤礦智能開采科技創(chuàng)新與發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014（09）.

[8]王虹.綜采工作面智能化關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014（01）.

[9]張科學(xué)，李首濱，何滿潮，等.智能化無人開采系列關(guān)鍵技術(shù)之一——綜采智能化工作面調(diào)斜控制技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2018（01）.

[10]葛世榮.智能化采煤裝備的關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014（09）.

[11]戴廣龍，張國樞，劉澤功，等.安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式及課程體系研究[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2009（02）.

[12]蘇三慶，楊更社，王貴榮.煤礦主體專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革探索[J].煤炭高等教育，2012（05）.

*基金項目：河南省優(yōu)勢學(xué)科經(jīng)費資助項目。

【作者單位：劉軍，河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院、安全工程國家級實驗教學(xué)示范中心（河南理工大學(xué)）；賈宏福、楊通，河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院；單文娟，河南理工大學(xué)社科處】