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我刊入选第二批学术期刊名单
期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN15-1362/G4
邮发代号:16-129
出版日期:每月25日

我刊投稿论文
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作者:张守宝 何富连 谢生荣 吴仁伦
  【摘要】采矿工程专业主要以煤和煤系地层为工作和研究对象,采用合适的方法将煤开采出地表供人类利用。工科通识教育体系中设计的理论力学与材料力学知识显得捉襟见肘,亟需增设岩土力学课程来增强培养目标。本文简述了当前采矿工程培养方案中的力学体系的特点,并详细说明了我校采矿专业设置矿山岩土力学课程的必要性、课程主要内容和课程具体实施方法。
  【关键词】采矿工程 岩土力学 专业教育 培养体系
  【基金项目】本文系中国矿业大学(北京)教育教学改革与研究项目(项目编号:J160113和J160118)和中央高校基本科研业务费项目(项目编号:2009QZ10)的研究成果。
  【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)34-0237-02
  采矿工程专业主要以煤系地层的土体、煤体和岩石为工作和研究对象,采用合适的方法将人类所需的煤开采出地表供人类利用。对于采矿工程地采方向的同学来说,在井筒建设、大巷开拓、回采巷道掘进和工作面回采过程中,面对的都是在岩石和土中的工程活动,无论是对其进行开挖还是利用,都需要有土力学和岩石力学的专业知识作支撑,因此,工科通识教育体系中设计的理论力学与材料力学知识显得捉襟见肘,并且仅仅设计岩石力学或者土力学中一门课程的课程体系也不甚完善,为了实现本科生知识的全面性和广泛性,亟需增设岩土力学课程来增强培养目标。
  一、传统采矿工程培养方案中的力学体系
  采矿工程专业作为工科培养体系中一个古老的专业,在其发展过程中,高等院校培养的专业人才对于支撑国家经济体系的建设发挥了重要作用。综合国内外矿业类高校采矿工程专业的培养方案来看,传统的采矿工程专业课程设置在力学体系方面有如下特点:
  (1)以理论力学和材料力学为基础
  采矿工程专业作为工程类本科专业,在培养方案的通识教育必修课或大类基础课中都设置有理论力学和材料力学或者综合成工程力学进行设置,目的是面向所有工程类的本科生进行力学基础教育教学,使其具备必须的工程力学思维方式和解决实际问题的力学基本技能。
  (2)以矿山压力与岩层控制为核心
  采矿工程专业有三门核心专业课程:采矿学、矿山压力与岩层控制和矿井通风。其中采矿学是系统采矿方法的科学,矿井通风是通风安全保障的科学,矿山压力与岩层控制则是采矿工程实施过程中与力学学科结合最紧密的课程,是以岩石力学、岩体力学和土力学为基础,以采矿过程中的岩石大变形为边界条件,以控制岩层开挖和开采后形成的地下空间而建立的专业课程,此课程的完整讲述和理解必须有相关力学课程的专业学习为前提。
  (3)以岩石力学、岩体力学或土力学为专业力学
  传统采矿工程专业培养方案的课程设计为了保障学生对矿山压力与岩层控制的理解,在其中增加开设岩石力学、岩体力学或土力学的一门课程,增加学生的力学背景,但是在实际采矿专业学生就业后面临的是土、岩石和岩体等多种复杂的地质对象,而不同的地质对象的力学性质和力学判据大相径庭,不能用一种方法一概而論。因此,学生需要同时具备以上几门力学课程的知识体系。
  (4)以弹性力学、弹塑性力学和流体力学为加强
  在力学体系设置比较全面的学校,培养方案中还会针对师资力量和专业课程的提高要求来设置弹性力学、弹塑性力学或者流体力学来加强学生的力学系统性。即针对采矿工程面向岩石为对象的特点设置弹性和弹塑性力学,根据核心课程矿井通风的要求设置流体力学,以此来提高和加强学生的力学功底,从而使其能够更进一步地根据实际条件采用不同的力学功能和计算方法来解决生产和学习中遇到的问题。
  二、岩土力学课程开设的目的和必要性
  我国采矿工程的发展经历了多个起伏的阶段,从建国时期的百废待兴,矿业先行,到文革时期矿业的边缘化,一直到上世纪末期的煤炭没落又到黄金十年,煤炭市场的变化对于采矿人才的需求和培养质量起到了重要的影响,煤炭市场不好时,采矿工程专业的招生录取分数线在校内偏低,而在煤炭黄金十年,采矿工程专业的招生分数线远高于校内其它专业。
  随着国家能源需求和规划的调整,矿业能源虽然作为主体能源的地位不会改变,但是在国家优化产能结构和现有采矿技术的保障下,国家对煤炭的需求也不会出现大起大落的情况,并且在矿业生产和技术层面的技术创新方向也逐渐明朗,其中重要的一环就是如何保障在矿业开采的岩层区域大变形情况下的矿山压力与岩层的有效控制,此方面的范围既包括传统的矿山开采时工作面的矿山压力及其显现的程度与范围,也包括上覆下覆岩层的运移和有效控制,还包括巷道矿山压力的产生和显现,综合来说这都是采矿工程活动中的力学问题,需要具备综合力学知识,不仅仅是一门力学课程就能解决的。其中作为解决此类问题最基本的专业力学——岩石力学和土力学就成为本科生必须学会和掌握的方法和工具。
  三、岩土力学课程内容设置与实施方法
  根据以上要求和力学课程的独立性和相关性,我校采矿专业决定将岩石力学和土力学合并为一门课程开设,命名为矿山岩土力学,而采矿工程专业本科培养方案中课程设置学分数和课程数有严格要求,不能一味增加课程和课时数,因此合理的设计课程和课程内容以满足专业的需求成为课程设置的关键。根据矿山岩土力学在整个采矿工程专业课程中的作用将其归类设计为专业核心课,由于其在专业力学方面的基础作用,作为后续矿山压力与岩层控制、地下工程等课程的先修课程,实施时间定于大学本科第五学期的学期初开设,设计学分为2.5学分40学时,是最早开设的专业核心课。
  岩石力学和土力学均可作为一门独立的课程进行设置,其内容也非常丰富,40学时内不能完全讲述,因此根据采矿工程专业的需求,矿山岩土力学主要讲述在采矿工程活动和研究过程中遇到的岩石力学和土力学的基本理论、方法和典型工程技术。具体来说就是在岩石力学方面首先讲述岩石与岩体力学的基本性质、试验方法和岩石岩体的工程分类,然后讲述岩石的应力、变形以及强度理论,最后结合采矿工程问题讲述硐室稳定性、边坡稳定性等的力学分析方法;在土力学方面,首先讲授土体的性质、类型和工程划分;其次讲授土的应力、强度特征与土的固结沉降理论;最后讲述土体压力计算及挡土结构的稳定性计算方法和地基土的承载力;其中结合采矿工程专业要专门讲授矿山岩土工程的常用支护技术与方法,矿山岩体稳定性的常用分析方法等。
  我国矿山数量众多,采矿工程作为一门面向自然界的工程科学,其专业人才必须具备运用自然科学的基本原理发现和解决工程问题的能力,岩土力学恰恰就是一把打开采矿工程科学问题的钥匙,在本科生阶段开设此课程,对于学生从采矿的实际工程背景下看到其深层次的力学问题,学会利用力学的思维考虑工程问题,运用力学方法计算工程问题, 并在此基础上融合采矿工程的实际大变形条件,提出能够具有针对性的解决现场工程难题的理论与方法,具有重要作用。
  参考文献:
  [1]杨宝贵,张勇,侯运炳.采矿工程专业人才培养模式改革[J].中国煤炭,2015(03):33-35.
  [2]徐营,曹启正,谢耀社.采矿工程专业力学知识结构优化研究[J].煤炭高等教育,2016(03):116-120.
  [3]裴巧玲,闫秀联,冯志焱.构建岩土力学课程群教学体系,培养高素质应用型人才[J].河北工程技术高等专科学校学报,2017(03):76-79.
  [4]张孟喜,秦爱芳,孙德安等.岩土力学课程群的创新教学实践[J].高等建筑教育,2011(05):132-135.
  作者简介:
  张守宝,男,博士、副教授,主要从事矿业工程方面的教学与科研工作。

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