采矿工程专业卓越人才培养模式建设与实践

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摘 要:21世纪的矿业类人才必须具有可持续发展所需的资源观、经济观、生态观和全球观.针对这一全新的要求,东北大学采矿工程专业作为每年向国家输送大批高层次矿业专业技术人员的工程教育重点建设专业,对教学体系结构在原有基础上优化与调整.新的人才培养模式的建立围绕国家资源战略对矿产开发利用技术的重大需求,针对现代矿业的新特点与内涵,以新的视野和思维,能够解决深部困难条件的安全高效采矿方法和工艺问题、经济-生态一体化规划设计及数字矿山、矿山动力灾害发生机理与预测、矿山生态修复与矿山废弃物资源化利用等问题.

关 键 词:采矿工程专业;高等工程教育;可持续发展;卓越人才培养模式

中图分类号:G640文献标志码:A文章编号:1674-9324(2014)15-0205-02

为适应我国从矿业大国向矿业强国发展的需求,高等教育和高等学校采矿工程专业必须顺应国家大政方针政策的指引,根据社会经济可持续发展对矿产资源开发要求,以及国民经济的可持续发展要求在全球范围获取矿产资源的形势,结合采矿工程的工程教育特点,根据卓越工程师培养计划要求,着力改进和完善人才培养教学体系、加强素质教育,培养掌握现代高新技术和决策能力的综合性、国际化矿业类卓越技术人才.为此,东北大学采矿工程专业作为每年向国家输送大批高层次矿业专业技术人员的工程教育重点建设专业在以往教学改革成果基础上,总结我国工程教育历史成就和借鉴国外成功经验,进一步解放思想,更新观念,对本专业工程教育人才培养模式进行了改革.

一、成果简介及主要解决的教学问题

根据我国工程教育改革发展的战略重点:一是要更加重视工程教育服务国家发展战略;二是要更加重视与工业界的密切合作;三是要更加重视学生综合素质和社会责任感的培养;四是要更加重视工程人才培养国际化.东北大学采矿工程专业以培养卓越工程人才为目标,对原有人才培养模式进行改革,取得了一系列高水平的效果.其中:《采矿学》课程2008年被评为国家精品课,《岩石力学》课程2008年被评为辽宁省精品课;《采矿学课程建设与教学改革实践》教改项目2008年获东北大学教学成果特等奖,2009年获辽宁省教学成果一等奖;《矿业类研究型人才培养教学体系的研究与实践》教改项目获2010年东北大学教学成果特等奖,2012年获辽宁省教学成果一等奖;《采矿学教材建设》教改项目2012年获宁省教学成果一等奖.采矿工程专业于2010年被教育部评为国家特色专业;2012年本专业被列入“国家卓越工程师教育培养计划专业”,以卓越采矿工程师培养为背景,东北大学2012年申报的“采矿专业综合改革试点”被教育部列入《高等学校本科教学质量与教学改革工程》项目进行重点建设.多年来围绕教学改革的教材建设工作,目前已经完成包括《采矿学》等教材建设20余部,其中《采矿学》等4部教材为国家级规划教材.

新的人才培养模式的建立围绕国家资源战略对矿产开发利用技术的重大需求,针对现代矿业的新特点与内涵,以新的视野和思维,能够解决深部困难条件的安全高效采矿方法和工艺问题、经济-生态一体化规划设计及数字矿山、矿山动力灾害发生机理与预测、矿山生态修复与矿山废弃物资源化利用等问题.

二、成果解决教学问题的方法

21世纪的矿业类人才必须具有可持续发展所需的资源观、经济观、生态观和全球观.针对这一全新的要求,本学科对教学体系结构在原有基础上优化与调整.在以往教改成果基础上,以构建创新型国家和社会需求为导向,按照我国工程教育改革发展的战略重点,教育部培养卓越工程人才的总体要求,充分借鉴世界先进国家矿业工程类专业高等工程教育的成功经验,进一步探索矿业工程类专业卓越工程师教育培养模式,引入先进的教育教学理念,发挥产学研合作教育传统与优势,实施矿业类专业高等工程教育人才培养模式综合改革建设.新的教学体系建设重点落实在主干专业课群教学内容的改革上,在采矿方法与工艺教学中增加了新方法、新工艺、优化技术和信息技术的应用.改革目标最终实现优势集成、资源整合、特色鲜明,为国家矿产资源开采领域培养大批具有扎实基础理论、宽厚专业知识和坚实实践能力的卓越采矿工程人才,成为资源环境领域面向全国、紧跟国际科技前沿的理论研究、技术创新及高级专门人才培养基地,为我国走新型工业化道路和建设创新型国家提供坚实的人才支撑和智力保障.

本次主干专业课群教学内容的改革以矿产资源的安全、高效、生态型开发和利用为主线,实现教学与科研的互动和相互促进,凝练成四个主要研究方向作为实施改革目标,进行重点建设:(1)深部困难条件的安全高效采矿方法和工艺问题.以复杂难采矿床的“两高”(高效率、高效益)、“三低”(低损失、低贫化、低事故隐患)开采为目标,以“三律”研究(散体流动规律、岩体冒落规律、地压活动规律)为基础,开展绿色、高效、低贫损、低废、安全开采的工艺、方法和技术研究.基于研究提出的随机介质放矿理论、控制岩体冒落的冒落线与冒落散体的相互作用原理、控制地压活动的崩落卸载原理等,研发金属矿床地下高强度、低贫损开采工艺技术、巷道与采场支护理论、厚矿体高效开采模式、中厚矿体低贫损开采模式、卸压开采技术、岩体综合稳固技术、水体下采矿、岩体冒落预测和控制技术等,形成了“三律”适应性开采理论与技术体系.(2)经济-生态一体化设计与数字矿山.适应经济-生态一体化设计与数字矿山要求研究开发矿山开采方式、方案的生态化、数字化设计方法与平台,在矿产开发中践行“环境友好型设计”的新理念,在露天金属矿和煤矿的整体优化、地下和露天矿生态压力量化和生态成本计算方面,取得重要进展,基本形成了矿山开采重要决策的优化理论与方法体系,具有自主知识产权的矿山优化设计软件系统,实现了整个矿床的经济效益最大化和环境冲击最小化;进一步完善岩石应力与灾变遥感观测实验系统,建立三维建模与仿真实验系统和高精度变形监测系统,基本形成数字矿山的数据集成、共享、建模平台,初步建立了采矿虚拟现实系统.(3)矿山动力灾害发生机理与预测.以岩石工程中的破裂失稳与智能控制为核心,运用实验、理论分析和数值试验方法,系统地研究岩石破裂与失稳的基本理论和控制技术.基于提出的失稳加载条件下研究岩石破裂全过程的学术思想,研究非均匀岩石介质的脆性损伤失稳理论,揭示破裂过程中的伴随特征(声发射、红外辐射等);针对深部开采的“三高”(高地压、高地温、高井深)对矿产开采提出的新要求,深入地研究“三高”环境下岩体的力学性能进行,以围岩破损区、关键点位移、最大拉应力、工程成本等的综合判别作为优化目标,研究结构可以自动识别的神经网络模型、优化目标与各影响因素之间的非线性关系;基于遗传算法构建多参数、全局空间上的搜索算法,建立考虑地质和环境力学效应的分区优化理论.研究适应深井困难条件的新方法、新工艺,如利用高地压进行诱导冒落和破碎的节能开采方法、废石不出坑的绿色采矿工艺等,并应用现代监测技术,研究高压、渗流和动、静载荷下岩体的破坏机理,实现岩体失稳的有效预测.以降低矿产资源开发利用对生态环境冲击和提高矿物性能与附加值为目标,(4)矿山生态修复与矿山废弃物资源化利用.进一步推进矿山生态复垦,以废弃物的生态化利用,建立矿业清洁生产与矿业循环经济产业模式,以减少土地占用为目的,研究煤矸石、金属矿山剥离废弃物及选矿尾矿等矿业废渣的综合利用和高性能、高附加值矿物材料制备成套技术.将矿业废渣无废化、减量化处置与充填采矿、环境保护紧密结合,构建无废矿山新的矿业发展模式,实现矿山无废、绿色开采.通过科研与教学的互动,把最新的科研成果融入到教学活动中,促进学生深刻理解采矿工艺过程和矿业发展趋势.

三、成果的创新点

1.新教学体系改革更加重视工程教育服务国家发展战略;围绕国家资源战略对矿产开发利用技术的重大需求,针对现代矿业的新特点与内涵,以新的视野和思维,能够解决顺应深部困难条件的安全高效采矿方法和工艺问题、经济-生态一体化规划设计问题、矿山动力灾害发生机理与预测、矿山生态修复与矿山废弃物资源化利用问题.

2.以培养“综合素质高,社会责任感强”的创新性、实践型人才为目标,将人才培养定位与社会背景、产业背景、职业岗位背景及其发展趋势紧密结合,与学生综合素质和社会责任感相结合,为矿业培养既掌握现代采矿技术,又掌握科学决策手段,能够从技术、经济、资源、生态等角度甚至战略的高度综合考虑矿产开发问题的卓越专业人才,是本专业的教学与人才培养特色.

3.根据工程教育的特点,构建采矿虚拟现实系统实践教学平台,建立三维模型,模拟凿岩、爆破回采等采矿工艺过程,促进学生对采矿工艺的理解和掌握,并实现采矿三维设计,提高学生的采矿设计能力和实践能力.

4.以国家“211工程”和“985工程”重点学科建设项目为契机,以完善“理论教学、实验教学、工程实训、科研训练”四个环节有机结合的高层次创新人才培养模式为目标,与山东招金集团联合建设国家工程教育实践中心,构建实践教学系统平台,以矿产的安全、高效、生态型、信息化开发为核心,建设一个以现代高新技术和现代信息与决策技术为主导、能够解决未来矿山开采关键技术难题的矿业新技术研究基地和实践教学基地;通过产学研结合,着重培养学生的工程实践能力.夯实“实验教学、工程实训、科研训练”三位一体的递进式、全学程的实践教学培养体系.

四、成果的推广应用效果

本项目实施教学体系改革取得的研究成果不仅作为新知识更新到课堂上让采矿专业教学紧跟世界采矿科技的发展步伐,让学生的专业知识结构和理念得到更新,同时,也为各大矿山解决现场实际问题提供科学依据和技术手段.如:深部开采硬岩破坏、冒落规律研究成果先后为大石桥圣水菱镁矿、弓长岭铁矿等矿山诱导冒落开采方案提供了科学依据;露天转地下提出的崩落法多分段同时回采技术,成功解决了过渡期增产衔接难题,顺利解决了厂坝铅锌矿、海南铁矿、黑山铁矿、小汪沟铁矿等矿山的露天转地下生产难题.对复杂多空区矿体开采提出的利用基于“三律”(散体移动规律、地压活动规律、岩体冒落规律)的诱导冒落开采技术,达到了低损失、低贫化、低事故率、低成本、高效率的“四低一高”先进开采工艺技术体系.新建成的散体力学实验室为研究散体压力场和速度场提供了实验条件,为崩落法开采中的放矿规律等研究提供了装备和技术保障,如赞比亚Chimbishi铜矿、北铭河铁矿、弓长岭和眼前山铁矿等的采场结构参数优化提供了分析研究手段,结构尺寸进一步增大,矿石损失贫化大幅降低,大大降低了生产成本.

通过学生实践能力和创新精神的培养、实验教学及实践教学基地的建设,使学生实践、创新、科研能力有了较大提升.近几年本专业有百余名学生参加了相关教师的科研课题、80余人参加了校级创新实验以及国家大学生科技创新实践活动,其中9项活动为校级优秀,5项省级奖励,2项国家级奖励.

新知识体系的构建,使学生知识面得到了有效拓展;同时综合素质和强社会责任感的国际化人才培养使我们的毕业生就业从国内扩展到国外,就业面从以前单一的有色和冶金矿山行业,扩展到石油、海洋、资源环境评价、地理信息系统和资源规划与管理等诸多行业.毕业生就业率连续5年100%,供需比达到1∶5~1∶6.

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家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)[M].北京:人民出版社,2010.

[3]新华社.国家中长期人才发展规划纲要(2010―2020年)[M].北京:新华社,2010.

[4]魏德洲,王青,任凤玉,等.矿业类研究型人才培养教学体系研究与实践[J].教育教学论坛,2011,(33).

[5]魏德洲.关于地矿类创新型人才培养的思考[J].教育教学论坛,2011,(29).

[6]魏德州,王青,顾晓薇,等.采矿工程专业创新型人才培养教学体系建设与实践[J].教育教学论坛,2011,(30).

[7]王青,顾晓薇,凤玉等.采矿学课程建设与教学改革研究[J].重庆大学学报(社会科学版),2010,(16).

[8]丁烈云.建设学生的大学、学者的大学、学术的大学[N].光明日报,2013-03-03.

基金项目:辽宁省自然科学基金(201102065);辽宁省自然科学基金(201202075);教育部新世纪人才支持计划(NCET-11-0073).

作者简介:顾晓薇(1971-),女,辽宁凤城人,教授,博士生导师,采矿研究所副所长,研究方向:矿业资源与生态经济及露天矿床开采优化领域的研究与开发工作.


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