“礦井動力災害”研究生課程案例教學體系構建探索

龔 爽，神文龍，南 華

（河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454003）

一、教改背景和意義

在國家“雙一流”建設中，研究生教育教學活動是以培養國家高素質科研和技術人才為目標，以提高社會生產力的科學文化水平為根本任務的高端教育。教育部發布的《關于改進和加強研究生課程建設的意見》中指出，應優化課程內容，注重前沿引領和方法傳授。根據學科發展、人才需求變化和課程實際教學效果，及時調整和凝練課程內容，加大課程的教學訓練強度。重視通過對經典理論構建、關鍵問題突破和前沿研究進展的案例式教學等方式，強化研究生對創新過程的理解。加強方法論學習和訓練，著力培養研究生的知識獲取能力、學術鑒別能力、獨立研究能力和解決實際問題能力［1］。

隨著我國大多數礦井進入深部開采階段，沖擊地壓和煤與瓦斯突出等動力災害愈發嚴重，而且常誘發其他煤礦重大事故，如自然發火、突水、瓦斯爆炸等災害，造成次生災害。由于深部巖體具有高應力、高瓦斯、高地溫、高巖溶水壓力的特點，推測未來井下由沖擊地壓和煤與瓦斯突出誘發的復合動力災害將會愈發常見，且誘發災變的閾值有可能更低［2-5］。這一發展趨勢迫切需要一批既具備采礦學基礎知識，又掌握煤礦深部動力災害監測、預警及防治技術的復合型人才。河南理工大學能源科學與工程學院礦壓教研室負責的礦井動力災害課程，其授課對象為礦業工程方向學術/專業型碩士研究生，該課程以煤礦動力災害形成機理及預警防治技術為核心，以沖擊地壓擾動響應失穩理論和煤礦瓦斯動力災害防治理論及控制技術為主要內容，涉及煤礦沖擊地壓形成理論、預測、防治、復合災害以及含瓦斯煤巖破裂及滲透性特征、瓦斯抽放與治理技術等知識點，使學生熟悉并掌握當前沖擊地壓和煤礦瓦斯動力災害的最新監測和預警防治方法。

實時精準地掌握礦井采掘工作面圍巖礦壓顯現數據是防治各類災害事故的基礎，煤礦安全生產技術人員既要掌握各種現代化的監測技術手段，獲取大量實時可靠礦壓數據，又要理解大量礦壓數據蘊含的災害信息，實現礦壓數據的高效合理利用［6-8］?！暗V井動力災害”課程將礦井災害基礎理論與相應現代化監測預警技術以及數據分析方法相結合，將煤礦深部動力災害發生原理、監測方法、預警技術融合為一個個實際的案例，有利于增強學生理論與實踐相結合的能力，提高學習礦井動力災害的興趣，激發學生的思維創新能力。

二、課程案例教學體系構建探索與實踐

以河南理工大學礦井動力災害研究生課程案例教學體系構建為例。河南理工大學能源科學與工程學院采礦工程為國家級一流本科專業、國家級特色專業、國家級專業綜合改革試點、教育部卓越工程師教育培養計劃試點專業，三次通過全國工程教育專業認證，在全國51個開設采礦工程專業的高校中排名第4，進入全國A類專業行列。學院設有礦業工程博士后流動站，礦業工程一級學科博士點、礦業工程一級學科碩士點、資源與環境和交通運輸工程2個專業學位碩士點；礦業工程博士點為學校首個一級學科博士點，礦業工程學科屬河南省一級重點學科。在以往的礦業工程專業碩士研究生培養過程中，研究生選課存在過于隨意和松散，與以往所學的本科基礎課程重疊等情況。例如，資源與環境方向的研究生缺少采礦學、礦井通風與安全和礦山壓力及其控制等方面課程，可能會影響他們的課程掌握情況以及未來就業的拓展需求。同時，部分研究生課程存在不同程度的重疊和交叉，造成教學資源浪費，教學和科研間聯系不夠密切，煤礦現場礦井動力災害案例分析內容缺乏等問題。

（一）國內外礦井動力災害研究生課程案例教學體系構建概況

總結國內外礦井動力災害研究生課程案例教學體系構建概況，發現目前與礦井動力災害教學相關的資料多注重理論知識的講解，另外一些面向現場技術工人的培訓手冊過于煩瑣且缺少對相關動力災害監測預警和防治方法的系統化介紹。

（二）礦井動力災害研究生課程案例教學體系特色

煤礦開采智能化、無人化是我國煤炭工業的發展方向，實時、高精度、高可靠、非接觸式礦壓顯現監測方法不僅是煤礦動力災害監測預警的重要手段，同時也是未來煤礦從業人員必須掌握的關鍵技術?！暗V井動力災害”課程以礦井動力災害實時監測預警為目標，使學生在掌握煤礦動力災害誘發機理的基礎上，學習現代化實時、遠距離礦壓顯現數據監測方法，結合5G信號傳輸、大數據融合分析，實時分析確實礦井煤巖體危險性，課程以實際案例為主體，系統分析各種現代化監測手段的應用過程，讓學生能更加清晰、更為深刻地理解煤礦深部動力災害監測、預警及防治技術，激發學生的創造能力和主動性，提高教學效果，同時為將來的工作打下堅實基礎?！暗V井動力災害”研究生課程組成員均參與了多項煤礦深部動力災害監測預警項目，在教學過程中緊密結合現場實際，已嘗試開展了大量的產學研項目，積累了豐富的實踐經驗。教學中發現以實際案例講授各類礦井監測技術效果較好，學生積極性高，課堂氛圍活躍，為完成本案例教學體系的構建提供了堅實基礎。

（三）課程案例教學體系構建框架

近年來，一方面積極探索構建課程案例教學體系，同時注重各案例教學的模塊化使用，因此在教學過程中打破原有學科的知識體系，將各案例和知識點按照各種不同需求進行組合排列，形成教學案例模塊化單元，實現了教學內容的有機組合。礦業工程研究生通過本科階段學習了相關基礎課程，如“煤礦開采學I”“井巷工程”“GIS空間數據庫”“煤層氣開發概論”“巖體力學與工程”“礦山壓力及其控制”等，對基礎的煤礦開采相關理論和煤與瓦斯突出相關知識點的介紹進行了初步的掌握。研究生階段除了學校的公共課程外，以“現代測試技術”（32學時）、“高等工程力學”（32學時）、“數值分析方法及應用”（32學時）、“礦山壓力及其控制”（46學時）、“煤礦開采學”（46學時）、“試驗設計與數據處理”（16學時）、“巷道圍巖控制原理”（32學時）為專業學位課，同時開設了“煤地質學”（32學時）、“煤層氣開采工程”（32學時）、“采礦技術前沿進展”（16學時）、“巷道支護技術原理”（32學時）、“微震數據濾波分析”（16學時）、“煤礦巖層控制原理”（16學時）、“非線性突變與混沌理論”（32學時）等各類選修課程，輔助以“科技論文寫作”（16學時）等，注重課程學科的基礎理論，并兼顧學科的前沿發展動態。

另一方面，在課程案例教學體系構建內容和相關知識點中，始終以煤礦動力災害形成機理及預警防治技術為核心，以沖擊地壓擾動響應失穩理論和煤礦瓦斯動力災害防治理論及控制技術為主要內容，涉及煤礦沖擊地壓形成理論、預測、防治、復合災害以及含瓦斯煤巖破裂及滲透性特征、瓦斯抽放與治理技術等知識點，使研究生熟悉并掌握當前沖擊地壓和煤礦瓦斯動力災害的最新監測和預警防治方法。案例建設以礦井動力災害監測、預警和防治方法為中心，包含“2類知識點，22個實用案例”，通過介紹深部礦井動力災害誘發機制，分析各類動力災害前兆信息，進而將不同儀器監測原理、使用方法、注意事項融入到一個個實際案例中，學習掌握沖擊地壓擾動響應失穩理論和煤礦瓦斯動力災害防控技術。本案例庫主要內容及相關知識點如下：（1）沖擊地壓機理知識點；（2）煤與瓦斯突出知識點；（3）沖擊地壓、巖爆、礦震對比分析案例；（4）煤柱沖擊地壓典型案例；（5）采煤工作面沖擊地壓典型案例；（6）巷道沖擊地壓典型案例；（7）堅硬及巨厚礫巖頂板斷裂型沖擊地壓典型案例；（8）斷層錯動型沖擊地壓典型案例；（9）沖擊地壓發生突跳、延遲的典型案例；（10）沖擊地壓過程煤巖破壞局部化及破裂分區化案例；（11）沖擊地壓危險性區域預測案例；（12）沖擊地壓微震監測案例；（13）沖擊地壓危險性電荷監測案例；（14）沖擊地壓局部性防治措施效果考察案例；（15）防沖吸能支護方法及效果考察典型案例；（16）開采保護層卸壓范圍考察案例；（17）預抽煤層瓦斯防突效果考察案例；（18）松動爆破防突效果考察案例；（19）鉆孔排放瓦斯控制范圍考察案例；（20）水力沖孔卸壓范圍考察案例；（21）采前預抽煤層瓦斯典型案例；（22）抽采開采煤層瓦斯典型案例；（23）采空區瓦斯抽采范圍考察案例；（24）采煤工作面上隅角瓦斯積聚誘發瓦斯爆炸典型案例。

各案例融合典型礦井的現場圖片或相關視頻為導入，結合講授的知識點介紹各案例的考察范圍及其原理，并將案例類型劃分為解釋型案例，如案例庫（1）沖擊地壓機理知識點和（2）煤與瓦斯突出知識點，解釋這兩種典型動力災害的發生過程及其特征，并對比分析其區別和聯系。此外，還有銜接型案例，如案例庫（11）沖擊地壓危險性區域預測案例、（12）沖擊地壓微震監測案例、（13）沖擊地壓危險性電荷監測案例、（14）沖擊地壓局部性防治措施效果考察案例等，屬于順次銜接，層層遞進，首先進行案例（11）的分析，進行沖擊地壓危險區域的預警和預測分析，然后重點分析監測手段中最為常用的現場微震監測方法及其監測的結果分析，輔以同類監測方法如電荷監測的相關介紹，最后針對性地提出沖擊地壓危險區域的預警和預測分析，以及防治方法。最后，還有分析型案例，如案例庫（3）～（7）等，其實現了知識點的由點到線、由線到面的延伸拓展，不斷深入逐漸闡述相關案例的發生條件和相關原理及防治方法。

由于“礦井動力災害”課程的內容要求，導致其具有與煤礦現場緊密結合實踐性較強的特點。而“礦井動力災害”課程組教師長期致力于煤礦深部動力災害監測、預警及防治工作，長期深入徐州礦務集團、兗礦集團、開灤集團、中國平煤神馬集團、皖北礦業集團、淮南礦業集團、大同礦業集團等煤礦企業下屬礦井開展沖擊地壓、煤與瓦斯突出防治工作，具備豐富的理論及實踐知識；并且參與多項與煤礦深部動力災害防治相關的縱、橫向課題，對煤巖沖擊傾向性鑒定、微震監測、電磁輻射監測、聲發射監測、電法監測、鉆屑量監測、瓦斯壓力測定、瓦斯含量測定、在線應力計監測等方法有較深入理解，因此可以在課程案例講授過程中，將各種相關的測試及儀器使用方法給研究生做更為詳盡的介紹。

結語

結合“礦井動力災害”研究生課程的定位以及實踐性和應用性較強的特點，結合當前采礦工程專業的發展方向及趨勢，針對性地提出了案例教學體系構建及其教學優化模式，為礦業工程研究生深入理解掌握礦井動力災害的基礎理論提供了更為多樣化的學習路徑。教學實踐表明，該教學模式不受傳統教學中時間和空間的限制，通過將豐富生動的現場案例分析、前沿的現代化監測技術以及穿插在課堂中的思政元素及安全工程相關方法等教學內容的有機結合，激發了學生的學習興趣，有助于學生對課程內容的深入理解和掌握，教學效果良好。