金属矿床地下开采课程建设思考与实践

刘青灵　李兵磊　楼晓明　黄明清

[摘 要]福州大学紫金矿业学院采用一校两地“双师型”办学模式—“紫金模式”对本科及以上层次的工程人才进行培养。以澳大利亚科廷大学西澳矿业学院采矿工程专业课Mining System、Underground Mining System为基础，结合国内采矿工程行业现场实践要求，从教学目标、教学体系、教学内容、教学方法、教学实践等方面对福州大学紫金矿业学院金属矿床地下开采课程进行了探索和实践。

[关键词]金属矿床;地下开采;课程建设;教学探索

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）10-0069-03

一、引言

紫金矿业学院是福州大学与紫金矿业集团股份有限公司2007年合作创办，以全日制本科生和研究生教育为主，由企业“支持办学建设、参与办学过程、检验办学成效”的新型学院。矿床地下开采属于工艺学范畴，金属矿床地下开采是一门实践性非常强的课程，对学生的综合能力要求较高，而学生在学习该课程之前，对矿床开采现场的实践仅处于理论认知阶段。在教学过程中，笔者发现学生对地下矿床开采的整个工艺流程、井巷道工程之间的空间位置關系以及开采工艺流程与井巷工程之间的协同关系理解得不是很透彻，这导致教学进度偏慢，学生积极性不高，学习针对性不强。

金属矿床地下开采课程是采矿工程专业的核心主干课程，其包含的开拓系统、采矿方法授课内容是课程设计、毕业设计的重点内容。为解决该课程体系、课程内容、地下工程设计理念与目前矿山生产实践要求存在严重差距的问题，本文借鉴西方欧美发达国家矿山开采技术体系，以澳大利亚科廷大学西澳矿业学院采矿工程专业课Mining System、Underground Mining System为基础，结合国内采矿工程行业现场实践要求，阐述采矿工程系金属矿床地下开采（以下简称“地采”）的课程综合改革建设。在课程建设的基础上，以期在新的办学模式下，探索紫金矿业学院采矿工程专业的核心专业课——金属矿床地下开采课程的建设思路，研究教学体系和教学方法，缩小高校培养的工程实践人才与社会需求之间的差距。

二、课程建设探索

（一）课程体系

公共基础课，采矿学科基础课，专业课程构成了福州大学采矿工程专业“卓越工程师教育”培养方案的课程体系。金属矿床地下开采课程是公共基础课程，是采矿学科基础课程所学知识的综合应用。在开设此课程之前，学生系统地学过工程制图、矿业工程导论、测量学、矿山地质学、爆破工程5门采矿学科基础课程。但是与金属矿床地下开采课程密切相关的课程还应当包括井巷工程设计与施工、岩石（体）力学、矿井通风与安全、矿井运输与提升、工程机械、数字矿山技术。从金属矿床地下开采课程开设实际情况以及当前采矿工程实际出发，笔者认为课程教学的重点在于开拓系统、回采工艺流程、采矿方法，这涉及后续矿井通风与安全、矿井运输与提升、工程机械等课程的细节内容，需把握好该课程其他专业课程之间教学大纲的衔接性、吻合度与深度，突出课程的特点和特色，这样才能使金属矿床地下开采课程“内容有序、深度得当、重点突出、无缝对接”。

（二）教学内容

金属矿床地下开采是福州大学紫金矿业学院采矿工程专业的核心专业课，是在认识实习，并完成工程制图、矿业工程导论、测量学、矿山地质学、爆破工程专业基础课程后开设的课程，是公共基础课程、采矿学科基础课程所学知识的综合应用，是对学生在后续实践中综合运用工程制图、地质学、工程爆破、岩石力学、井巷工程、测量、工程机械、数字矿山软件、运输与提升、通风安全等金属矿床开采的基本理论从事地下开采设计、地下矿床开采运营管理职业能力、专业素养的综合培养。

目前国内的地采教材部分内容过于陈旧，与实际不符合等问题突出。以采矿方法为例，一些教材仍然花大量篇幅介绍留矿法，漏斗出矿底部结构，而对新工艺，遥控、无轨自行等新设备高效出矿结构介绍较少。在课程内容准备方面，笔者认真搜集了国内外矿山最近10年的关于开拓方案、采矿方法的相关文献资料，紧紧围绕教学核心目标，侧重开拓系统和采矿方法的量化技术经济比较方法，以案例教学的方式形成系统的教学内容。

值得一提的是，“因矿生法”是采矿工程专业现场管理的精髓。由于工程岩体分布的复杂性，世界上没有完全相同的两座矿山，更没有完全相同的两套采矿工艺、采矿方法。同时，矿床的开采是一个持续动态的过程，现场的工程对象、空间位置、工程条件每时每刻都在变化。单纯生搬硬套、机械地记忆金属矿床开采基本理论知识而没有理解、领会采矿工艺、采矿方法的本质，无法做好地下矿床开采技术管理工作。因此，在金属矿床地下开采课程讲授中，必须抓住矿床地下开采工艺过程中不变的、本质的内容，并注意讲授内容之间的衔接，使讲授内容条理化、框架化。

以开拓系统为例，要建立两条主线（一是构成开拓系统井巷工程的基本单元，二是开拓系统井巷工程基本单元与矿体的位置关系）掌握开拓系统方法，而重点要放在开拓系统选择与技术经济比较方面。在矿床开拓系统课程的讲授过程中，从这两条主线出发，注重条理性和本质内容的讲解，可以使学生不至于被教材所涉及的16种开拓系统方法所限制。

以采矿方法为例，将以各种采矿方法的共性工艺过程（采准、切割、落矿、通风、出矿、地压管理）作为主采矿方法讲授的主线，而重点放在根据不同的开采技术条件选择合理的采矿方法，并进行技术经济比较。

三、教学目标与课程考核

地采课程是专业课，教学目标是方向，课程考核是方法。通过对比国内外的地采课程的教学目标和考核方式笔者发现，本科教学的教学目标必须明确，课程考核必须严格。结合国内外采矿工程实际，笔者凝练出两条主线：一是开拓方法，二是采矿方法。学生通过课程的学习，能够根据复杂的开采技术条件，通过技术经济比较训练，得出合理的开拓方案和采矿方法方案。同时，根据工程专业认证对课程的支撑要求，整个教学内容将围绕这一核心目标展开，认真组织教学内容，做到每堂课的教学内容重难点明确，每堂课的内容在课程考核中一一体现。

四、教学方法

（一） 引入矿山三维可视化软件进行课堂教学

金属矿床地下开采的开拓系统、工艺过程、采矿方法是在有限的地下空间里进行的，对于金属矿床地下开采课程的初学者来说，课程的学习会有一些难度，但是从课程培养目标的角度出发，必须培养学生具有良好的工程制图能力、识图能力、空间想象能力。教师应当认识到，培养学生具有良好的工程制图能力、识图能力、空间想象能力是一个过程。从以往的教学效果来看，初学者往往不具备这些能力。在课程的讲授过程中，引入矿山工程三维可视化软件是一个很好的解决方案，它可以即时从不同的视角对开拓系统、采矿方法、采矿工艺流程进行讲解，让学生可以在短时间内对开拓系统、采矿方法等重点内容有具体、直观的理解，然后再逐步过渡到采矿工程三视图的绘制与识别。

学院引进了Dimine和Surpac等国内外通用的大型矿山采矿设计软件，并重点建设了数字矿山实验室。以分段凿岩阶段矿房法为例，其矿山工程三维可视数字化模型如图1和图2所示。

（二） 注重培养学生的探究创新能力

金属矿床地下开采是采矿工程专业的主干课程，理论性和实践性都很强。教师应培养学生自主创新性学习的能力，使学生初步具备创造性地分析和解决问题的能力。在课堂上，教师应注重选择性地引导学生对没有定论、具有研究意义的课程内容进行思考，在课后通过小组讨论、查阅文献资料的方式对问题进行专题式的研究，使学生对问题有一个全面的认识，使其知其然，并知其所以然。笔者以“圍岩移动角”为例，说明注重培养学生探究创新能力的重要性。在《金属矿床地下开采》教材中，分别在“相邻矿体开采顺序”“保安矿柱圈定”“崩落采矿法”三个地方提到关于“围岩移动角”的内容，这足以可以看出“围岩移动角”内容的重要性，但教材并没有专门的章节对其进行阐述。在课堂的讲解过程中，在详细讲解概念的基础上，笔者引导学生查阅、搜集国内外矿山关于围岩移动角的文献资料，比较分析三种围岩移动角的关系，围岩移动角的影响因素，以及围岩移动角大小对井巷工程的影响。

（三） 工程案例教学

矿业作为国民经济的工业基础，新中国成立以来，我们国家建设了一大批矿山，一代代的采矿界工程技术人员为此付出了艰辛的努力，积累了大批宝贵的矿床开采、矿山建设经验。在金属矿床地下开采课程讲授过程中，笔者注重工程案例的引入，理论联系实际，使课堂教学内容具体、生动、有针对性，教学反馈效果良好。

（四） 模型实验教学

紫金矿业学院试验室新配备了矿床地下开采工艺综合模型、振动放矿仿真模型、典型采矿方法模型、底部结构模型等一整套金属矿山地下开采的工艺过程的实体模型。这一系列系统实验模型能反映当前采矿的新工艺、新技术，实现金属矿床地下开采实验课100%的开出率，提高了课程教学效果。

五、实践教学建设

（一） 双师型队伍建设

持续到企业选拔具有一定学历和职称且专业实践经验丰富的采矿工程技术人员作为双师型候选教师，通过建立分期遴选与考评反馈机制，推进紫金矿业学院奖励性绩效工资改革，这种做法充分提高了双师型教学团队的教学与科研水平和教学队伍的活力、稳定性。目前，双师型教学队伍在紫金办学模式下发挥着重要作用，成为实现卓越工程师计划培养目标的中坚力量。

（二） 双师型教学建设

认识实习（1周）、生产实习（第6学期）、毕业实习（第8学期） 构成了福州大学采矿工程专业“卓越工程师教育”培养方案的实践体系。金属矿床地下开采课程在认识实习之前，生产实习之后。我们要求学生在认识实习的过程中对矿山工艺流程有一个整体、宏观的认识，为金属矿床地下开采课程的学习奠定基础;在生产实习阶段，按照“注重细节而不失重点”的原则，实践教学专注于矿山开采工艺流程的细节。通过整合双师型教学队伍、师资力量、教学资源，围绕金属矿床地下开采的八个分项工程工序，按专题以讲座、报告、现场讲解的形式开展实践教学，这样可以使学生结合所学专业基础理论对矿山整个工艺流程的细节有很好地理解，提高学生专业实践的认知水平和能力。

（三） 践行三位一体工程实训

按照“卓越工程师教育”培养方案、紫金矿业学院双师型的培养模式，依托上杭教学基地、紫金矿业集团近30座大型矿山、国家级工程实践教育中心，金属矿床地下开采课程的实践环节形成作业、课程设计、毕业设计三位一体工程实训模式。在企业“双师”的指导下，实训题材来源于矿山工程实践，课程实践的深度和综合性呈阶梯递进，保证了课程实践环节内容不与工程实际相脱节，同时确保了三位一体工程实训模式的衔接度、连贯性。

六、结束语

福州大学紫金矿业学院采用一校两地“双师型”办学模式—“紫金模式”对本科及以上层次的工程人才进行培养，与教育部“卓越工程师教育计划”高度吻合。欧美国家的矿山开采技术体系，其矿山开采工艺流程优势体现在开采流程标准化，依托数字化软件平台，将工艺流程纳入软件平台进行统一管理。中国是一个具有五千年历史积淀的大国，有其特色的工匠文化智慧和对待工程学科的态度。在实施课程改革的同时，切忌生搬硬套。本文是对金属矿床地下开采课程从教学目标、教学内容、考核方式、教学方法等方面实施改革和建设一年多来的总结。地采课程是一门与工程实际结合非常紧密的以理论教学与实践教学手段相结合的专业主干课程，授课过程必须保证课程体系的实践性，突出主线，使课程考核与教学内容一一对应，不可松懈。

[ 参 考 文 献 ]

[1] Erik Eklund， Mining in Australia： An historical survey of industry–community relationships， The Extractive Industries and Society， Volume 2， Issue 1， 2015， Pages 177-188，

[2] 《Underground Mining System》Unit Materials， WASM， Curtin University， 2017.

[3] Australian Mining Education Capability Overview， 2016

[4] Mining Education Australia annual report， 2016.

[5] 翁春林. 《矿床地下开采》课程建设探索[J]. 高校教育研究，2008（14）：142.

[6] 徐学锋，刘少伟，韦四江，等.新形势下采矿工程专业实践教学模式探讨[J].实验技术与管理，2009（3）： 150-151.

[7] 曹树刚. 采矿工程专业工程实践性教学探讨[J].高等建筑教育，2008（2）： 123-126.

[责任编辑：陈 明]