采矿专业学生之矿压能力互馈核心单元的研究

孙明 郑文翔

摘 要：采矿学生是煤炭高校的特色组成，矿压能力是煤矿开采的生存技能。从采矿学生的内涵和矿压能力的演化入手，将矿压课程分为五个核心单元，并从五个衡量层面进行分析。

关键词：采矿专业学生；矿压能力；核心单元；衡量层面；相关系数

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2018）04B-0038-02

一、采矿学生与矿压能力

（一）采矿学生的概念

采矿学生是煤炭高校的特色模块和重要组成，而采矿学生又不仅仅局限于采矿工程专业所培养的学生。原煤炭高校是以原矿院、煤校、钢院为发展基因或者由煤炭主产地政府、国有集团公司主导建设的高等学校。这里的采矿学生指的是采矿工程和涉煤专业所培养的学生，包括采矿工程、地质工程、测绘工程、矿物加工工程、安全工程、机械设计制造及其自动化和资源勘查工程。这些专业组成了一般意义上的涉煤学院，而这些学院又构成了普遍认同的煤炭高校。据百度查询结果，现有开设采矿工程的煤炭高校为53所，约占我国高校总数的3%。

（二）矿压能力的演化

矿压能力的演化和矿压课程的名称密不可分，矿压课程被认可的课程全名为“矿山压力与岩层控制”，通常使用由钱鸣高院士主编的国家规划教材。“矿山压力与岩层控制”是在20世纪50年代首次被提出，但当时更多学者倾向于“顶板控制”这一术语，因为顶板支护失效导致冒顶事故频发，并造成大量人员伤亡，成为威胁煤矿开采的最主要的因素。进入到90年代，这一术语逐渐被接受并固定下来，所以矿山压力与岩层控制不仅包括顶板控制，还涉及巷帮和底鼓控制、煤柱设计、冲击矿压、地表沉陷等诸多问题。矿压能力是一种能够为解决矿山压力与岩层控制问题提供研究思维和工程方法，提出全面合理的技术措施和控制手段，以解决复杂的岩层控制问题和危险的煤岩动力现象。

二、矿压课程的核心单元

（一）矿山岩体力学

矿山岩体力学是矿压课程的前提基础，由矿压绪论知识、岩石基本性质和原岩应力分布组成。其中，矿压绪论知识包括矿压概念、意义属性、发展历史和发展方向，岩石基本性质包括变形特性、强度理论、岩体特征及分级标准，原岩应力分布包括原岩应力、弹性变形、支承压力及底板传播。这部分由6～10个学时讲授比较合适，采矿专业学生采用10学时授课，涉煤专业学生采用6学时授课。

（二）采场矿压控制

采场矿压控制是矿压课程的重要组成，由顶板活动机理、来压显现规律、顶板支护方法和岩层移动控制组成。其中，顶板活动机理包括覆岩活动假说、直接顶的垮落、老顶结构分析及岩体断裂扰动，来压显现规律包括老顶初次来压、老顶周期来压、顶板压力估算和主要影响因素，顶板支护方法包括顶板分类标准、支架围岩原理、顶板控制原则和来压预测预报，岩层移动控制包括关键层的理论、覆岩活动规律、底板破坏突水和覆岩控制技术。这一部分由8～16个学时讲授比较合适，采矿专业学生采用16学时授课，涉煤专业学生采用8学时授课。

（三）巷道矿压支护

巷道矿压支护是矿压课程的关键部分，由巷道矿压显现和巷道支护技术组成。其中，巷道矿压显现包括围岩变形规律、采动巷道规律和围岩控制原理，巷道支护技术包括不留煤柱护巷、巷道围岩卸压、巷道金属支架、巷道锚杆支护和软巖支护技术组成。总体来说，这一部分由4～6个学时讲授比较合适，采矿专业学生采用6学时授课，涉煤专业学生采用4学时授课。

（四）特色矿压规律

特色矿压规律是矿压课程的先进代表，由放顶矿压控制和浅埋岩层控制组成。其中，放顶矿压控制由顶煤破碎机理和矿压显现规律组成，浅埋岩层控制由覆岩活动特点、顶板结构稳定和采场支护分析组成。总体来说，这一部分由4个学时讲授比较合适，采矿专业和涉煤专业学生均采用4学时授课。

（五）其他矿压研究

其他矿压研究是矿压课程的有益补充，由煤矿动压控制、非煤边坡分析和矿压研究方法组成。其中，煤矿动压控制由冲击矿压的特点、机理、预测、防治及顶板大面积来压组成，非煤边坡分析由金属矿采场矿压和边坡稳定分析及控制组成，矿压研究方法由采场矿压观测、数值分析方法和详细材料模拟组成。总体来说，这一部分由6～8个学时讲授比较合适，采矿专业学生采用8学时授课，涉煤专业学生采用6学时授课。

三、核心单元的相关系数

（一）核心单元的五个衡量层面

课程教学小组从知识总量多少、理论难度高低、现场应用范围、科技创新潜力、考核成绩优劣五个方面对核心单元进行衡量，以1、3、5代表少（低、窄、弱和劣）、中、多（高、广、强和好）。小组成员以现场恳谈、电话邮件和发放问卷三种方式，分别与五名毕业在矿学生、五名采矿行业教授和五名生产矿长进行打分建立判断矩阵，如下表所示。本次研究仅从核心单元外在层次进行研究，后续研究将陆续从核心单元的内在层次进行分析，以便探索适合不同核心单元的教学内容、授课方法、考核方式和科技创新，进而形成独具特色和效果显著的课程大纲。

（二）核心单元的相关系数矩阵

相关系数是一个绝对值不超过1的无量纲的数值，主要描述不同变量的线性相关程度。在MATLAB平台，corrcoef函数用来计算不同指标的相关系数，通常由ρ=Cov（X，Y）/（√D（X）√D（Y））计算相关系数，其中Cov（X，Y）代表X，Y的协方差，D（X）、D（Y）代表X，Y的方差。图1为矿压课程五个核心单元的相关系数矩阵图，在图1中，课程研究小组采用椭圆色块来直观表示不同变量之间的线性相关程度；椭圆越扁，相关系数的绝对值越接近于1，则变量间为强相关；椭圆越圆，相关系数的绝对值越接近0，则向量间为弱相关。若椭圆的长轴方向是从左下到右上，则变量间为正相关；若椭圆的长轴方向是从右下到左上，则变量间为负相关。

以相关系数的绝对值0.4为强弱阈值，矿山岩体力学与采场矿山压力呈现强正相关，与巷道矿压支护、其他矿压研究呈现强负相关，与特色矿压规律呈现弱负相关。采场矿压控制与矿山岩体力学呈现强正相关，与特色矿压规律呈现弱正相关，与巷道矿压支护、其他矿压研究呈现强负相关。巷道矿压支护与特色矿压规律、其他矿压研究呈现强正相关，与矿山岩体力学、采场矿压控制呈现强负相关。其他矿压研究与巷道矿压支护、特色矿压规律呈现弱正相关，与矿山岩体力学、采场矿压控制呈现强负相关。

将五个核心单元的相关系数累加求和发现，特色矿压规律>采场矿压控制>巷道矿压支护>矿山岩体力学>其他矿压研究。所以，特色矿压规律单元因为代表煤炭行业最新科技成果，所以，能够引起涉煤专业学生的研究兴趣，其他矿压研究单元因为提供矿压研究方法，所以可以激发采矿考研深造学生的学习热情，采场矿压控制、巷道矿压支护和矿山岩体力学因为属于矿压课程的不可或缺的部分，所以必须给采矿学生讲授，基本符合课程教学大纲、学生学习动机和矿压授课结构。

（三）衡量层面的相关系数矩阵

图2为矿压课程五个衡量层面的相关系数矩阵图。以相关系数的绝对值0.4为强弱阈值，知识总量多少与理论难度高低呈现强正相关，与现场应用范围呈现弱正相关，与科技创新潜力、考核成绩优劣呈现弱负相关。理论难度高低与知识总量多少呈现强正相关，与现场应用范围呈现弱负相关，与科技创新潜力、考核成绩优劣呈现强负相关。现场应用范围与知识总量多少、科技创新潜力、考核成绩优劣呈现弱正相关，与理论难度高低呈现弱负相关。科技创新潜力与现场应用范围、考核成绩优劣呈现弱正相关，与理论难度高低呈现强负相关，与知识总量多少呈现弱负相关。考核成绩优劣与现场应用范围、科技创新潜力呈现弱正相关，知识总量多少呈现弱负相关，与理论难度高低呈现強负相关。

将五个衡量层面的相关系数累加求和发现，现场应用范围>知识总量多少>考核成绩优劣>科技创新潜力>理论难度高低。所以，现场应用范围层面因为体现了矿压控制的特色和采矿行业的特征，所以用来衡量矿压课程的是最有说服力的，理论难度高低层面因为授课困难、理解晦涩，所以应该变革教学手段进而因材施教，知识总量多少、考核成绩优劣、科技创新潜力分别代表采矿学生的三种矿压能力水平：能够通过考试、感受矿压乐趣和科技创新活动。

四、结束语

采矿学生是煤炭高校的特色模块和重要组成，广义是指采矿工程和涉煤专业所培养的学生。矿压能力是一种解决包括顶板控制，还涉及巷帮和底鼓控制、煤柱设计、冲击矿压、地表沉陷等诸多问题的研究思维和工程方法。

将核心单元按相关系数求和排序，特色矿压规律>采场矿压控制>巷道矿压支护>矿山岩体力学>其他矿压研究。将衡量层面按相关系数求和排序，现场应用范围>知识总量多少>考核成绩优劣>科技创新潜力>理论难度高低。

基金项目：内蒙古科技大学教学研究项目“基于识绘能力培养的矿图课程教学改革与实践探索”（编号：JY2017021）。

参考文献：

孙明，郑文翔，段晓博，尚东.煤炭高校采煤概论之教学体系的改革建设[J].内蒙古教育，2016，（4）.