智能采矿工程专业的创新方向及人才培养模式

吴祥业，郑文翔，卜庆为，王婧雅

（内蒙古科技大学矿业与煤炭学院 内蒙古 包头 014010）

1 智能采矿背景及发展潜力

我国煤炭资源储存量远超石油和天然气资源，煤矿在从前以及今后较长时间内都属于第一能源，在社会发展及各行业生产中扮演着不可替代的角色，且随着包西、太中银等多条铁路通道的投产，晋、陕、蒙地区的煤炭产能将进一步得以释放，充分的市场需求刺激煤炭企业大量投产，推动行业发展。但随着煤矿开采深度逐年增加，开采条件日益恶化，煤矿生产过程中煤与瓦斯突出、冲击地压、矿井水灾、顶板冒落等事故时有发生，存在突发性的生产危机及行业科学技术难题，进而导致年轻一代去矿山工作的意愿极低，采矿行业人力资源严重匮乏。为解决生产发展及行业发展的问题，也为适应时代发展，不断创新采矿模式，数字矿山、智慧矿山、智能矿山等理念应运而生，虽然名称及提法有所差别，但主要目标大体相似，都是将计算机知识或者是大数据算法融入矿山勘探、开采、运输等多个领域，以期培养智能采矿工程专业人才，运用数字手段应对新时代发展。

智能采矿作为新时代的高效生产技术，较好地解决了煤炭资源的开采效率和安全问题，通过对智能装备、计算机、5G 技术等现代化高科技技术的学习利用来提升智能采矿对煤炭资源的综合开发利用，因此智能采矿发展前景优越。现实发展随之映射到学科建设的进程，2018 年，中国矿业大学率先提出了智能采矿工程专业建设规划目标，提出矿业、地质、机械、电气、信息等多学科交叉融合的智能采矿新方向，在传统采矿工程专业的基础上对课程进行改革，丰富了智能装备、信息传输、计算机科学等新兴知识，并将传统专业课程进行升级改造，添加了智能采矿学、矿山压力与智能感知控制、智能采掘等专业核心课程。2021年3 月，中国矿业大学（北京）、安徽理工大学申报智能采矿工程专业获得教育部批准，这标志着智能采矿工程专业建设进入新阶段，同时也意味着采矿行业迫切的转型发展需求。

2 创新方向

我国是一个多煤、少油、少气的国家，能源现存特性决定了今后较长时间内煤炭仍是主要能源，煤炭的智能开采、绿色燃排对于行业发展来说至关重要。2016 年，国家发改委出台《能源技术革命创新行动计划（2016―2030 年）》，提出全面建成安全绿色高效的智能矿山技术体系，实现煤炭安全绿色、高效智能生产的战略方针。智能采矿应运而生，“智能”二字不等同于“数字”，不仅仅是靠机械代替人工，还包括勘探、开采等预防及把控的全过程智能化，这一创新过程要由企业与学科两手抓，以企业案例为实践经验指导学科建设。

2.1 企业方向

企业开采智能化是将信息化设备及智能化理念融合于生产过程，提高煤炭开产的工作效率，但从实际情况来看，大部分企业都没意识到智能设备的重要性，或者没有及时更新现代化的设备。将智能化设备投入实际生产之中，通过智能化手段解决企业面临的实际问题符合当今时代的创新思路。企业的生产过程就是实践的过程，实践是检验真理的唯一标准，当理论得到实践时，更容易找到不足之处，不足之处就是可以改进的创新方向。

反过来看，实践又被理论指导，因此，企业要与高校合作，邀请高校教授、专家学者定期为员工普及专业学科知识，传授智能化知识体系，培养专业型智能人才，为企业的智能化建设打造专业团队。企业也可以邀请高校学生定期实践，与企业工人组队合作，交流新思想与工作经验，为工作团队注入新鲜血液。

2.2 学科建设方向

2017 年2 月以来，教育部积极推进新工科建设，提出矿业、地质、机械、电气、信息等多学科交叉融合的智能采矿新方向，开展多学科交叉互融合作，如“采矿+安全”“采矿+地质”“采矿+测量”“采矿+机电”“采矿+管理”“采矿+智能”。各高校积极开创新兴学科，开设综合性课程，以培养综合型人才。

以传统采矿专业研究方向为基础，对采矿专业进行智能化的转型升级研究，专业智能人才应该掌握基本的智能采矿知识，培养相应的专业技能，以此为基础去解决以往存在的问题，提出新的解决方案；同时发现学术上遇见的新问题，以此为契机进行解决，培养学生的创新能力。此外，学校也应定期邀请设计院、研究院、矿山企业专家、管理人员到校或者进行线上讲座，帮助学生了解当前矿业工程领域的现状，为学生的创新提供思路和方向。

3 人才培养模式

智能采矿人才的培养，不仅是推动煤炭行业升级转型的必然要求，也是矿业工程专业改造升级的有效途径。将人才培养目标定位于掌握智能采矿基本理论及技术，并具有行业竞争能力的高素质人才，据此确定毕业生能力与素质及知识结构要求；通过分析智能采矿与传统采矿的差异，使智能采矿人才培养模式体系对人才能力素质培养及知识结构要求实现了全方位覆盖。智能采矿工程专业的兴起得益于采矿行业迫切的转型发展需求及复合型人才需要，就培养模式而言，要从学校的课程设置出发，以企业的实操案例为主题，开发建设性的学科。人才培养路径通过完善课程设置、注重实践教学、提供双导师的指导，可以培养出具有扎实理论基础和实践经验的智能采矿工程专业人才。同时，参与创新竞赛和团队合作也有利于对学生的创新、实践、合作等能力进行培养。

3.1 设置完整的课程体系

智能采矿工程专业人才的培养需要建立一套完整的课程体系，该体系应包括矿业工程学科的基础知识以及机械、电子、计算机等多个领域的知识，作为多学科知识融合的模式而存在，注重理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力。该体系应该包括基础课程、专业课程和实践课程，其中，基础课程包括数学、物理、化学等，专业课程包括采矿工程、机械设计、自动化控制等，实践课程包括实验、实习、毕业设计等。依托传统的采矿理论以及计算机、大数据、人工智能等新兴学科的交叉融合，学生可以掌握智能采矿工程的基本理论和技术知识，培养学生的综合能力，通过系统的课程学习和实践训练，掌握这些技术和工具的应用，才能成为合格的智能采矿工程师。

纸质教材编写困难，无法适应时代的快速发展，这时数字化教材的优势便显现出来，其不仅能为学生提供多样化的学习课程，使学生学习到不同领域的知识和技能，还具有与时俱进的快速更迭性，授课教师可以根据自己的课程体系，引导学生进行多领域的学习，以此来为学生的创新能力培养提供过硬的学识基础。因而，高校可以将创新目光转移至数字平台——绿色矿山，在国家“双一流”建设背景下，各培养单位和学科建设一直在强调将高水平研究成果转化为数字教学资源，将企业的实际问题尤其是重要成果以专著的形式出版，将重要案例录制成视频，综合系列成果来形成一套完善的授课体系。

3.2 注重专业实践过程

智能采矿工程专业人才的培养注重专业实践，学生应参与到实际的采矿项目中，了解采矿项目的整个流程，掌握项目管理和协调能力；智能采矿工程专业人才的培养注重实践教学，学生需要通过实验、实习、毕业设计等方式，将所学的理论知识应用到实际工作中，提高学生解决问题的能力和实际操作能力以及创新能力。但现实中，课程设置与实践衔接不够充分，学生缺乏理论学习后的实践经验。因此，学校可以加大实验室的开放力度，如岩体力学实验区、矿山地压模拟特色与创新实验区、采矿工艺实验区、爆破工程实验区等，培养学生的实践能力。此外，还应该注重创新实践，让学生通过创新实践了解新技术的应用和发展趋势。

随着煤矿智能化开采技术的大面积普及，相关企业对智能开采技术专业人才将出现大量需求，然而，目前煤矿类院校的智能化开采技术专业建设刚刚起步，煤矿类院校需要培养适合现代化煤矿开采的技术人才，但目前相关技术及教学资源匮乏，无法适应新技术的教学实训。为满足采矿工程行业对智能采矿工程专业人才的需求，矿业特色高校可作为智能采矿工程师培养的重要基地，开发煤矿智能开采的教学实训系统，直接利用教学实训系统，通过数据、视频、语音三网相容技术模拟对矿产开采基本情况的实时监管、动态监控，实现矿井三维可视化，让学生验证自己的想法，找出不足之处并发展创新，从而提升学生的创新能力。

3.3 构建双导师培养模式

创新驱动的本质是人才驱动，为了培养出符合时代背景的智能采矿人才，在培养模式方面可以采用双导师制：专业导师注重解决学术问题，校外导师注重解决实际问题，以学生为本体，以导师为辅助，二者相互配合，这种方式既面向全体学生，又十分重视个性化发展需求，符合新时代高等教育的发展要求。此模式既注重引导学生实现自身思维能力的提高，同时两位导师又能够在各个方面给予适当支持，帮助学生确立学习方向，促使学生得到全面发展，并且针对每个学生的个性特点和实际情况，制订适当的指导方案和培养计划，同时导师要不时分配一些任务，鼓励学生在规定的时间内取得一定的创新成果，这种压力有利于学生创新能力的发展。

专业导师：智能采矿工程专业人才培养需要有专业导师的指导。导师应是具有丰富实践经验和科研成果的专家，能够为学生提供指导和帮助。通过与导师的交流和合作，学生可以更好地掌握智能采矿工程的理论和技术知识。新型教学模式下的专业导师也会将科研项目引入课堂教学和课外实践中，让学生在学习后可以进行二次开发和创新，培养学生的创新能力。

校外导师：智能采矿工程专业人才培养需要注重实践教学，这意味着需要校外兼职导师的指导。校外兼职导师具有丰富的工作经验，掌握着现代化采矿设备的使用方法和维护技术，了解采矿现场的实际情况，能指导学生参与实际采矿工作。此外，校外导师还注重实验教学，让学生通过实验了解各种采矿设备的工作原理和性能特点，在此基础上锻炼学生的实践操作能力。

3.4 培养个体创新能力

智能采矿工程专业人才需要注重创新思维的培养，而创新思维的培养需要学校或导师发挥引领作用。在授课过程或者课程设计中注重思维训练，以此来培养学生的创新思维和创新意识。此外，也可以鼓励学生参加创新竞赛，创新竞赛可以是学校组织的，也可以是企业或政府组织的，如“挑战杯”大赛、学科大赛、创新基金项目的申报以及各类学术论坛等，通过鼓励学生参加竞赛提升学生自主学习的兴趣、探究问题的能力，以此来激发学生的科研兴趣和创新活力，锻炼团队合作能力和创新思维能力。创新竞赛作为培养学生创新能力的有效途径，目前被各大高校所青睐，因此创新竞赛的普及程度越来越高，各高校依托学科竞赛改革传统的人才培养模式，优化学生培养体系，实现以赛促学的规划目标。根据学科竞赛特点成立的各种社团也越来越多，如编程、智慧矿山、Java 项目开发等社团，社团自行组织的交流学习可帮助学生了解、补充竞赛所需的基本知识和技能，增强专业学科技能，使学生具备更深厚的知识和更全面的能力。

智能采矿工程专业人才培养需要注重实践创新，通过实践来激发其创新思维和创新能力。实践经验是多样化的，可以是在企业实习、工作，也可以是在学校参加实验、毕业设计等。此外，还应该注重创新成果的转化，将创新成果应用到实际的项目中，用激励手段刺激学生创作，激励本质上是为了督促学生的进步，通过物质上或精神上给予一定的奖励，如设置校级省级奖学金的奖项以及直博的资格以保持或激励其创新精神。创新活动要想进行下去，离不开经济上的资助，为支持学生创新，学校可设置特殊科研费用，让学生申请以开展活动。总之，智能采矿工程专业人才的培养和创新能力的提高是矿业行业发展的重要方向，参与创新竞赛可以提高学生的创新能力，培养出具有较高素质的智能采矿工程专业人才，为矿业发展做出更大的贡献。

3.5 培养团队合作能力

合作能力是指个人在团队中与他人协作完成任务的能力，团队的成功与否与个体的合作能力紧密相关，合作也是激发学生创新思维和创新能力的重要方式之一。常见的培养学生合作能力的方式有团队项目、合作学习、团队建设、导师指导等。团队项目是指让学生在团队中学习如何与他人协作，如何分工合作，如何沟通和解决问题；合作学习是学生在课堂上采用小组讨论、合作学习等方式，在小组中互相学习、互相帮助，培养他们的合作能力；团队建设是通过团建活动，如户外拓展、团队游戏等，让学生在游戏中体验团队合作的重要性，培养他们的合作能力；导师指导是发挥导师的关键作用，通过指导学生参与科研项目、竞赛等方式，让学生与他人协作，培养他们的合作能力。这些方式可以有效培养学生的合作能力，提高他们在团队中的协作能力和领导能力，为后续的实践研发以及开发创新奠定坚实的基础。

当然，智能采矿工程专业人才更需要参与科研项目，通过科研项目的实践，提高自己的合作能力及研发创新能力。科研项目可以是企业委托的项目，也可以是学校或政府组织的项目，通过参与科研项目，学生可以了解最新的技术和发展趋势，锻炼合作能力并提高自己的创新能力。学生在科研或者解决问题的过程中，可以把自己的问题及时与团队里的其他成员进行沟通，通过团队的合作来共同解决这些难题。团队的不同成员之间会存在不同的立场、不同的声音、不同意见的交流与交融，只有经历这一历程才能碰撞出新的创新想法。思想文化的多元性发展主要源于思维的活跃，突破思维定式是创造或者创新的重要路径，即突破习惯性思维，激发否定性与批判性思维，从而产生新的思维，通过讨论的形式进行团队的合作会产生新思想和新方法。当然，合作的宽度可以延伸至其他学科，或者拓展到新兴学科，如地质、机械、电气、信息等专业，只有合作的宽度广，才能高效地解决问题，提升学生的能力。合作能力是智能采矿工程专业人才能力培养中的重要一环，培养好学生的合作能力不仅有利于学生的发展，还有利于国家创新能力的发展。