智能化开采条件下的煤矿安全专业人才培养模式

2019-05-27刘军贾宏福杨通单文娟

中国集体经济 2019年16期

刘军　贾宏福　杨通　单文娟

摘要：目前，我国煤矿开采正在向智能化开采、无人化开采方向发展，煤矿安全专业的人才培养模式遇到了教材与现场偏差较大、专业方向单一，综合能力不足、学生实践能力不足等不适应的现象。针对这种情况，提出了注重课程设置的调整、增加开放实验教学、虚拟仿真技术的使用、前沿科技的学习等四种手段。有效促进了学生专业能力的培养，对新形势下的煤矿安全专业人才培养具有重要意义。

关键词：智能化开采；无人化开采；人才培养；虚拟仿真

煤炭作为我国最主要的一次能源，其战略地位无法取代。据预测，到2050年，煤炭在我国一次能源消费中占50%以上。我国能源技术革命创新行动计划（2016～2030年）提出研发高效建井和快速掘进、智能化工作面、特殊煤层高回收率开采、煤炭地下气化、煤系共伴生资源综合开发利用等技术，重点煤矿区基本实现工作面无人化。胡省三等的总结认为，我国煤炭综采技术经历了3个阶段，目前正向智能化方向发展。谢和平院士提出煤炭革命发展的3.0、4.0、5.0阶段，4.0阶段要实现智能化无人开采。袁亮院士提出结合采矿、安全、机电、信息、计算机、互联网等学科，实现未来采矿智能化无人安全开采。王金华、王虹、张科学、葛世荣等从不同的方面对智能化开采的关键技术、采煤装备等进行了研究。戴广龙、苏三庆对新形势下的煤矿主体专业、安全工程专业人才培养模式进行了探讨。

针对智能化开采、无人化开采等新的煤炭開采条件，创新煤矿安全专业学生培养模式，完善和促进煤矿安全专业的健康发展，为煤炭企业输送优秀、称职的高技术人才提供帮助。

一、智能化开采的特点与发展趋势

（一）煤炭无害化开采

根据我国《能源技术革命创新行动计划（2016～2030年）》，煤矿开采需加强煤炭开发生态环境保护，井下采选充一体化、绿色高效充填开采、保水开采、无煤柱连续开采、矿区地表修复与重构等关键技术，基本建成绿色矿山。提升煤炭开发效率和智能化水平，研发高效建井和快速掘进、智能化工作面等技术。

（二）有限无人化开采

智能化开采要求在工作面正常生产期间，工作面中无人或基本无人操作，仅在设备正常维护、检修和特殊情况处理时，人员才进入工作面进行维护，实现有限条件下的无人化开采。

（三）煤炭精准化开采

精准开采是基于透明空间地球物理和多物理场耦合，以智能感知、智能控制、物联网、大数据、云计算等作支撑，将不同地质条件的煤炭开采扰动影响、致灾因素、开采引发生态环境破坏等统筹考虑，时空上准确高效的煤炭少人（无人）智能开采与灾害防控一体化的未来采矿新模式。

（四）无人化N00工法

何满潮院士提出的煤炭颠覆性技术革新方向，110工法、N00工法到自动化、智能化、无人化110工法、N00工法是我国矿业技术变革的第三次探索。N00工法已实现采、掘、运切、支、护一体化，未来可朝着煤炭开采自动化、智能化、无人化的方向发展。

（五）流态化开采

中国工程院《煤炭清洁高效开发利用和煤基多元智能协调能源系统战略研究》项目中提出了固态资源流态化开采的科学构想，形成深部煤炭资源全覆盖的无人开采技术与装备支撑系统，包括建立基于“透明矿井”技术的无人化开采技术体系。

二、新形势下煤矿安全专业人才培养存在的问题

（一）教材与现场偏差较大

教材内容比较陈旧，更新速度较慢。以煤矿瓦斯抽采技术为例，教材中的钻机、抽采泵站、封孔方法等多是十几年前的老方法，目前定向钻孔、大功率泵站、带压封孔技术等已经得到推广应用。学生所学知识与现场实践偏差较大，学生学习积极性不高，学习效果较差。

（二）专业方向单一、综合能力不足

安全专业是一个跨学科的综合性专业，煤矿安全是以煤矿开采为背景，保障煤矿安全生产的传统安全专业。在智能化开采条件下，煤矿机械化、自动化水平不断提高，采煤、通风设备、技术手段等显著提高。新的背景条件下，必须增强学生适应新环境的能力。

（三）学生实践能力不足

煤炭为特殊行业，井下环境复杂，危险系数高。学生下井需要专业培训，且必须有熟练工人带领，学生实习机会较少，对现场缺乏感性认识。如何找到一种既保障安全，又能提高学生实践能力的新方法，是煤矿安全专业亟待解决的问题之一。

三、新形势下煤矿安全专业人才培养模式

（一）课程设置的调整

目前，我国煤炭安全专业开设的专业课以《矿井通风与安全》、《矿井瓦斯防治》、《矿井火灾防治》等防治传统自然灾害为主，如图1所示，已无法适应智能化开采条件下，煤炭企业对工程技术人员的需求。

同时，智能化开采过程中，大量自动化技术、信息化技术得到使用，本科教学过程中应增加开设《机械自动化》、《自动控制系统》、《微机控制技术》、《信息技术》等课程，培养跨学科专业人才。

（二）开放实验教学

开放实验教学指由教师或学生提出实验目标或创设问题情景，学生经自主性学习研究、自行设计实验方案并独立完成实验的一种教学方动手实验。煤矿安全是专业性、实践性很强的特殊专业，智能化开采技术实施后，煤矿企业对实践能力强、掌握多学科专业技术人才的需求量大增。高校应适时增加此类教学活动。

目前，学校安全学院开设有178个开放实验，内容涵盖矿井通风参数测试、煤的力学性质测试、瓦斯抽采参数测试、煤堆自然升温过程温度变化测定等；电气学院和计算机学院开设有113个开放实验，内容包括控制系统的稳定性分析、信号与系统复频域分析等自动控制内容。鼓励学生跨学科开展实验教学，能够有效提高学生的综合实践能力。

（三）虚拟仿真技术的使用

虚拟仿真技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，针对煤矿安全专业，利用虚拟仿真技术建造的仿真实验实训室拥有传统实验（训）室难以比拟的优势——安全高效。煤矿作为一个特殊行业，井下环境复杂、危险性高。充分利用虚拟仿真技术，可以在安全的条件下，虚拟一些危险的实验。

目前，学校设置了煤矿开采虚拟仿真实验教学中心、安全与消防工程虚拟仿真实验教学中心、矿山电气工程虚拟仿真实验教学中心等3个虚拟仿真实验室。开设有煤矿开采虚拟仿真实验室、煤矿火灾数值模拟、煤矿动力灾害数值模拟实验室、煤矿岩层移动数值模拟实验室、煤矿通風安全仿真实验室等5个仿真实验室。其中煤矿开采虚拟仿真实验室建有3通道立体沉浸式环幕系统，能够营造逼真的实验环境和试验对象，装备有自研的虚拟仿真软硬件系统；煤矿火灾数值模拟实验室装配有高性能计算机和FLUENT数值计算软件，为火灾虚拟仿真实验提供数据依据；煤矿动力灾害数值模拟实验室装备有RFPA含瓦斯煤岩破裂数值模拟软件，为煤矿瓦斯突出灾害虚拟仿真提供理论数据支撑；煤矿岩层移动数值模拟实验室安装有UDEC和2D-BLOCK软件，能够为煤矿顶板事故灾害虚拟仿真提供数据支持；煤矿通风安全仿真实验室装备有矿井通风系统和矿井瓦斯爆炸物理仿真系统，能够为矿井瓦斯爆炸及矿井通风虚拟仿真提供数据支持。

（四）前沿科技的学习

目前的科技发展日新月异，一大批科研成果得到推广应用。在本科生教育中加强学术前沿讲座的应用，用报告人的人格魅力和学科前沿的学术思想影响学生，能够有效提高学生的专业认同感和专业自豪感。同时，随着本科生参加大学生创新性实验与各类科技竞赛的机会逐渐增多，对于本科生创新思维和创新能力的培养显得尤为重要。通过对本科生系统开展学术前沿讲座，使得学生准确把握学科发展动态，初步了解科研方法，培养创新能力，能够为学生今后的继续深造与走上工作岗位提供有力帮助。

四、结论

通过查收资料、分析现场实际情况，得出如下结论。

煤矿智能化开采的发展趋势为：煤炭无害化开采、有限无人化开采、煤炭精准化开采、无人化N00工法、流态化开采。

新形势下煤矿安全专业人才培养存在的问题：教材与现场偏差较大、专业方向单一，综合能力不足、学生实践能力不足。

新形势下煤矿安全专业人才培养应向如下模式转变：注重课程设置的调整、增加开放实验教学、虚拟仿真技术的使用、前沿科技的学习。

参考文献：

[1]国家发展改革委，国家能源局.能源技术革命创新行动计划（2016～2030年）[Z].2016.

[2]胡省三，刘修源，成玉琪.采煤史上的技术革命：我国综采发展40a[J].煤炭学报，2010（11）.

[3]谢和平，王金华，王国法，等.煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想[J].煤炭学报，2018（05）.

[4]袁亮.开展基于人工智能的煤炭精准开采研究，为深地开发提供科技支撑[J].科技导报，2017（14）.

[5]袁亮.煤炭精准开采科学构想[J].煤炭学报，2017（01）.

[6]王金华，黄乐亭，李首滨，等.综采工作面智能化技术与装备的发展[J].煤炭学报，2014（08）.