采礦工程專業卓越人才培養模式建設與實踐

顧曉薇，邱景平，王青，孫曉剛

摘要：21世紀的礦業類人才必須具有可持續發展所需的資源觀、經濟觀、生態觀和全球觀。針對這一全新的要求，東北大學采礦工程專業作為每年向國家輸送大批高層次礦業專業技術人員的工程教育重點建設專業，對教學體系結構在原有基礎上優化與調整。新的人才培養模式的建立圍繞國家資源戰略對礦產開發利用技術的重大需求，針對現代礦業的新特點與內涵，以新的視野和思維，能夠解決深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問題、經濟-生態一體化規劃設計及數字礦山、礦山動力災害發生機理與預測、礦山生態修復與礦山廢棄物資源化利用等問題。

關鍵詞：采礦工程專業；高等工程教育；可持續發展；卓越人才培養模式

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0205-02

為適應我國從礦業大國向礦業強國發展的需求，高等教育和高等學校采礦工程專業必須順應國家大政方針政策的指引，根據社會經濟可持續發展對礦產資源開發要求，以及國民經濟的可持續發展要求在全球范圍獲取礦產資源的形勢，結合采礦工程的工程教育特點，根據卓越工程師培養計劃要求，著力改進和完善人才培養教學體系、加強素質教育，培養掌握現代高新技術和決策能力的綜合性、國際化礦業類卓越技術人才。為此，東北大學采礦工程專業作為每年向國家輸送大批高層次礦業專業技術人員的工程教育重點建設專業在以往教學改革成果基礎上，總結我國工程教育歷史成就和借鑒國外成功經驗，進一步解放思想，更新觀念，對本專業工程教育人才培養模式進行了改革。

一、成果簡介及主要解決的教學問題

根據我國工程教育改革發展的戰略重點：一是要更加重視工程教育服務國家發展戰略；二是要更加重視與工業界的密切合作；三是要更加重視學生綜合素質和社會責任感的培養；四是要更加重視工程人才培養國際化。東北大學采礦工程專業以培養卓越工程人才為目標，對原有人才培養模式進行改革，取得了一系列高水平的效果。其中：《采礦學》課程2008年被評為國家精品課，《巖石力學》課程2008年被評為遼寧省精品課；《采礦學課程建設與教學改革實踐》教改項目2008年獲東北大學教學成果特等獎，2009年獲遼寧省教學成果一等獎；《礦業類研究型人才培養教學體系的研究與實踐》教改項目獲2010年東北大學教學成果特等獎，2012年獲遼寧省教學成果一等獎；《采礦學教材建設》教改項目2012年獲寧省教學成果一等獎。采礦工程專業于2010年被教育部評為國家特色專業；2012年本專業被列入“國家卓越工程師教育培養計劃專業”，以卓越采礦工程師培養為背景，東北大學2012年申報的“采礦專業綜合改革試點”被教育部列入《高等學校本科教學質量與教學改革工程》項目進行重點建設。多年來圍繞教學改革的教材建設工作，目前已經完成包括《采礦學》等教材建設20余部，其中《采礦學》等4部教材為國家級規劃教材。

新的人才培養模式的建立圍繞國家資源戰略對礦產開發利用技術的重大需求，針對現代礦業的新特點與內涵，以新的視野和思維，能夠解決深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問題、經濟-生態一體化規劃設計及數字礦山、礦山動力災害發生機理與預測、礦山生態修復與礦山廢棄物資源化利用等問題。

二、成果解決教學問題的方法

21世紀的礦業類人才必須具有可持續發展所需的資源觀、經濟觀、生態觀和全球觀。針對這一全新的要求，本學科對教學體系結構在原有基礎上優化與調整。在以往教改成果基礎上，以構建創新型國家和社會需求為導向，按照我國工程教育改革發展的戰略重點，教育部培養卓越工程人才的總體要求，充分借鑒世界先進國家礦業工程類專業高等工程教育的成功經驗，進一步探索礦業工程類專業卓越工程師教育培養模式，引入先進的教育教學理念，發揮產學研合作教育傳統與優勢，實施礦業類專業高等工程教育人才培養模式綜合改革建設。新的教學體系建設重點落實在主干專業課群教學內容的改革上，在采礦方法與工藝教學中增加了新方法、新工藝、優化技術和信息技術的應用。改革目標最終實現優勢集成、資源整合、特色鮮明，為國家礦產資源開采領域培養大批具有扎實基礎理論、寬厚專業知識和堅實實踐能力的卓越采礦工程人才，成為資源環境領域面向全國、緊跟國際科技前沿的理論研究、技術創新及高級專門人才培養基地，為我國走新型工業化道路和建設創新型國家提供堅實的人才支撐和智力保障。

本次主干專業課群教學內容的改革以礦產資源的安全、高效、生態型開發和利用為主線，實現教學與科研的互動和相互促進，凝練成四個主要研究方向作為實施改革目標，進行重點建設：（1）深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問題。以復雜難采礦床的“兩高”（高效率、高效益）、“三低”（低損失、低貧化、低事故隱患）開采為目標，以“三律”研究（散體流動規律、巖體冒落規律、地壓活動規律）為基礎，開展綠色、高效、低貧損、低廢、安全開采的工藝、方法和技術研究。基于研究提出的隨機介質放礦理論、控制巖體冒落的冒落線與冒落散體的相互作用原理、控制地壓活動的崩落卸載原理等，研發金屬礦床地下高強度、低貧損開采工藝技術、巷道與采場支護理論、厚礦體高效開采模式、中厚礦體低貧損開采模式、卸壓開采技術、巖體綜合穩固技術、水體下采礦、巖體冒落預測和控制技術等，形成了“三律”適應性開采理論與技術體系。（2）經濟-生態一體化設計與數字礦山。適應經濟-生態一體化設計與數字礦山要求研究開發礦山開采方式、方案的生態化、數字化設計方法與平臺，在礦產開發中踐行“環境友好型設計”的新理念，在露天金屬礦和煤礦的整體優化、地下和露天礦生態壓力量化和生態成本計算方面，取得重要進展，基本形成了礦山開采重要決策的優化理論與方法體系，具有自主知識產權的礦山優化設計軟件系統，實現了整個礦床的經濟效益最大化和環境沖擊最小化；進一步完善巖石應力與災變遙感觀測實驗系統，建立三維建模與仿真實驗系統和高精度變形監測系統，基本形成數字礦山的數據集成、共享、建模平臺，初步建立了采礦虛擬現實系統。（3）礦山動力災害發生機理與預測。以巖石工程中的破裂失穩與智能控制為核心，運用實驗、理論分析和數值試驗方法，系統地研究巖石破裂與失穩的基本理論和控制技術。基于提出的失穩加載條件下研究巖石破裂全過程的學術思想，研究非均勻巖石介質的脆性損傷失穩理論，揭示破裂過程中的伴隨特征（聲發射、紅外輻射等）；針對深部開采的“三高”（高地壓、高地溫、高井深）對礦產開采提出的新要求，深入地研究“三高”環境下巖體的力學性能進行，以圍巖破損區、關鍵點位移、最大拉應力、工程成本等的綜合判別作為優化目標，研究結構可以自動識別的神經網絡模型、優化目標與各影響因素之間的非線性關系；基于遺傳算法構建多參數、全局空間上的搜索算法，建立考慮地質和環境力學效應的分區優化理論。研究適應深井困難條件的新方法、新工藝，如利用高地壓進行誘導冒落和破碎的節能開采方法、廢石不出坑的綠色采礦工藝等，并應用現代監測技術，研究高壓、滲流和動、靜載荷下巖體的破壞機理，實現巖體失穩的有效預測。以降低礦產資源開發利用對生態環境沖擊和提高礦物性能與附加值為目標，（4）礦山生態修復與礦山廢棄物資源化利用。進一步推進礦山生態復墾，以廢棄物的生態化利用，建立礦業清潔生產與礦業循環經濟產業模式，以減少土地占用為目的，研究煤矸石、金屬礦山剝離廢棄物及選礦尾礦等礦業廢渣的綜合利用和高性能、高附加值礦物材料制備成套技術。將礦業廢渣無廢化、減量化處置與充填采礦、環境保護緊密結合，構建無廢礦山新的礦業發展模式，實現礦山無廢、綠色開采。endprint

通過科研與教學的互動，把最新的科研成果融入到教學活動中，促進學生深刻理解采礦工藝過程和礦業發展趨勢。

三、成果的創新點

1.新教學體系改革更加重視工程教育服務國家發展戰略；圍繞國家資源戰略對礦產開發利用技術的重大需求，針對現代礦業的新特點與內涵，以新的視野和思維，能夠解決順應深部困難條件的安全高效采礦方法和工藝問題、經濟-生態一體化規劃設計問題、礦山動力災害發生機理與預測、礦山生態修復與礦山廢棄物資源化利用問題。

2.以培養“綜合素質高，社會責任感強”的創新性、實踐型人才為目標，將人才培養定位與社會背景、產業背景、職業崗位背景及其發展趨勢緊密結合，與學生綜合素質和社會責任感相結合，為礦業培養既掌握現代采礦技術，又掌握科學決策手段，能夠從技術、經濟、資源、生態等角度甚至戰略的高度綜合考慮礦產開發問題的卓越專業人才，是本專業的教學與人才培養特色。

3.根據工程教育的特點，構建采礦虛擬現實系統實踐教學平臺，建立三維模型，模擬鑿巖、爆破回采等采礦工藝過程，促進學生對采礦工藝的理解和掌握，并實現采礦三維設計，提高學生的采礦設計能力和實踐能力。

4.以國家“211工程”和“985工程”重點學科建設項目為契機，以完善“理論教學、實驗教學、工程實訓、科研訓練”四個環節有機結合的高層次創新人才培養模式為目標，與山東招金集團聯合建設國家工程教育實踐中心，構建實踐教學系統平臺，以礦產的安全、高效、生態型、信息化開發為核心，建設一個以現代高新技術和現代信息與決策技術為主導、能夠解決未來礦山開采關鍵技術難題的礦業新技術研究基地和實踐教學基地；通過產學研結合，著重培養學生的工程實踐能力。夯實“實驗教學、工程實訓、科研訓練”三位一體的遞進式、全學程的實踐教學培養體系。

四、成果的推廣應用效果

本項目實施教學體系改革取得的研究成果不僅作為新知識更新到課堂上讓采礦專業教學緊跟世界采礦科技的發展步伐，讓學生的專業知識結構和理念得到更新，同時，也為各大礦山解決現場實際問題提供科學依據和技術手段。如：深部開采硬巖破壞、冒落規律研究成果先后為大石橋圣水菱鎂礦、弓長嶺鐵礦等礦山誘導冒落開采方案提供了科學依據；露天轉地下提出的崩落法多分段同時回采技術，成功解決了過渡期增產銜接難題，順利解決了廠壩鉛鋅礦、海南鐵礦、黑山鐵礦、小汪溝鐵礦等礦山的露天轉地下生產難題。對復雜多空區礦體開采提出的利用基于“三律”（散體移動規律、地壓活動規律、巖體冒落規律）的誘導冒落開采技術，達到了低損失、低貧化、低事故率、低成本、高效率的“四低一高”先進開采工藝技術體系。新建成的散體力學實驗室為研究散體壓力場和速度場提供了實驗條件，為崩落法開采中的放礦規律等研究提供了裝備和技術保障，如贊比亞Chimbishi銅礦、北銘河鐵礦、弓長嶺和眼前山鐵礦等的采場結構參數優化提供了分析研究手段，結構尺寸進一步增大，礦石損失貧化大幅降低，大大降低了生產成本。

通過學生實踐能力和創新精神的培養、實驗教學及實踐教學基地的建設，使學生實踐、創新、科研能力有了較大提升。近幾年本專業有百余名學生參加了相關教師的科研課題、80余人參加了校級創新實驗以及國家大學生科技創新實踐活動，其中9項活動為校級優秀，5項省級獎勵，2項國家級獎勵。

新知識體系的構建，使學生知識面得到了有效拓展；同時綜合素質和強社會責任感的國際化人才培養使我們的畢業生就業從國內擴展到國外，就業面從以前單一的有色和冶金礦山行業，擴展到石油、海洋、資源環境評價、地理信息系統和資源規劃與管理等諸多行業。畢業生就業率連續5年100%，供需比達到1∶5～1∶6。

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基金項目：遼寧省自然科學基金（201102065）；遼寧省自然科學基金（201202075）；教育部新世紀人才支持計劃（NCET-11-0073）。

作者簡介：顧曉薇（1971-），女，遼寧鳳城人，教授，博士生導師，采礦研究所副所長，研究方向：礦業資源與生態經濟及露天礦床開采優化領域的研究與開發工作。endprint