绿色智能矿山背景下煤矿开采技术专业人才培养研究

周继国 焦健 孙晓慧 陈继勋

摘要：煤炭行业正在朝着绿色智能方向迅速发展，高质量的专业技术型人才供给不可或缺。为研究如何更好地培养绿色智能矿山背景下煤矿开采技术专业人才，结合智能矿山结构与技术，分析毕业生所需专业素质，探讨人才培养的难点以及关键点，结果表明：毕业生专业素质应包含采煤基础、矿井通信、矿山物联网、计算机技术、矿山智能机电五个方面。由于智能矿山职业型人才培养仍然存在学生基础薄弱、实训实习困难、缺少职业认同、缺乏系统的智能矿山教材、教师不熟悉智能采矿等困难，为此，需要采取应对措施进行改善。智能矿山职业型人才培养的关键在于把握企业人才能力要求，深化课程改革，增设智能课程或融入智能元素，添置智能实训设备并优化实训教学，与智能矿山企业开展校企合作。

关键词：智能矿山;煤矿开采技术;人才培养;专业素质

中图分类号：G712    文献标识码：A    文章编号：1672-5727（2022）04-0047-06

进入“十四五”时期以来，我国煤炭行業迎来了重要转型阶段，智能矿山建设逐渐被重视。《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》指出，我国要在21世纪中叶全面建成安全绿色、高效智能的矿山技术体系，绿色智能采矿已经成为未来煤炭行业的发展方向。关于智能矿山的发展，相关学者已进行了大量的研究。韩建国对于智能矿山的内涵与结构体系进行了研究。并分析了神华智能矿山的关键技术;钱建生等对于智能矿山的发展方向与规划进行了讨论;任文清等对已初步建成智能矿山系统的大柳塔煤矿进行了论述，探讨了智能矿山系统的优势、关键点以及难点;还有的文献就国内外智能矿山建设现状、发展前景、发展规划进行了全面阐述，对智能矿山所需通信、人工智能、大数据、计算机、物联网等技术的应用进行了研究。

技术的革新需要与之相匹配的新型人才的有效供给，智能矿山的建设与应用离不开高素质的专业技能型人才。目前，传统煤炭行业需要进行科技转型，原有的人才培养方式已经难以满足未来智能矿山企业的需求。掌握智能矿山与智能开采技术的技能型人才是智能矿山有效运转的保障，是煤炭行业可持续发展的不竭动力。而对于智能矿山的研究多集中于智能矿山的技术、结构、未来发展与规划等方面，对于智能矿山职业型、技能型人才培养方面的研究还较为缺乏，因此，笔者从智能矿山技术出发，开展煤矿开采技术专业职业教育的人才培养研究，分析智能矿山背景下煤矿开采技术专业人才所需素质，总结人才培养的难点与关键点，以期为煤矿开采技术专业的技能型人才培养提供参考，促进煤炭行业人才培养的转型。

一、“智能矿山”概述

“智能矿山”是构建在“数字矿山”基础之上，通过物联网技术实现，可自动完成矿山设计、采掘、机电控制、通风、生产调度、安全管理等各个环节的矿山技术，被认为是“数字矿山”的延伸。“智能矿山”在原有矿山系统基础上将通信技术、物联网技术、智能传感、云计算、大数据、人工智能、工业机器人等科技融入矿山各个生产环节，通过科技使矿山实现减员和增效，同时提升矿山安全水平并改善工作环境，将矿井建设的更加绿色、智能、高效、安全，用科技为地下矿山赋予新的生机，使其摆脱传统艰苦的行业形象。

“智能矿山”主要基于数字化与物联网技术，利用感知技术与智能传感设备监测矿井物理世界，将矿井数据通过数字界面进行展示，同时将各类矿山设备智能化，可通过数字技术进行控制，从而实现人对地下矿山物理变化的动态观测与矿山设备的实时控制，最终达到人与物、物与物的互联，实现对矿井的三维虚拟化、生产环节的高效控制、矿山生产与安全的数字化管理。

智能矿山主要构架如图1所示，其成功建设与应用是建立在数字化与物联网技术以及其他智能技术的成功运用的基础上。在智能矿山中，智能感知系统获取地下矿井各项物理参数，智能传感器犹如人体的神经末梢对矿井温度、压力、空气等进行感知，感知物理信号被转化为电信号并通过传输介质传输至各井下监测分站，最后传输至中心站。中心站将数据进行分析处理后在展示端进行展示，矿山管理决策者根据矿井参数变化情况做出生产或安全管理决策，并根据决策对控制系统进行相关操作，控制系统发出指令使矿山生产的各子系统进行运转。在整个过程中，数据采集需要物联网技术的运用，数据的有效和高速传输需要5G通信技术的支持;诸多数据的处理与分析可采用云计算与大数据技术进行;在设备控制时，可采用人工智能技术、可编程控制技术进行，或利用工业机器人完成。智能矿山实现了煤矿开采执行与管理高效、控制与监测精准、安全管理的全面及时、井下环境绿色的矿山系统。

二、职业型人才素质

目前，煤矿开采技术专业学生的培养依然按照传统人才培养模式进行，所学课程并未涉及智能矿山的相关知识，而未来煤炭行业必然朝着智能开采方向发展。按照传统模式培养出来的学生难以满足市场需求，也导致产学脱离，因此煤矿开采技术专业需要融入智能矿山的专业知识。

从智能矿山结构与技术中可以发现，物联网技术、智能传感、通信技术、大数据、计算机语言、人工智能等技术都是智能矿山迫切需要的技术。对于未来煤矿开采技术专业的学生而言，在掌握基础的煤矿开采知识时，不仅需要学习与自身专业领域相关的知识与技能，还需要对与智能采煤环节相关的通信、物联网、计算机、智能机电等知识进行学习，成为掌握采煤技术、物联网技术、通信技术、计算机技术等知识技能的综合型人才。与智能矿山发展相匹配的毕业生需具备的专业素质如图2所示。

（一）基础采煤知识

智能矿山建设背景下煤矿开采技术人员的核心素质依然是煤矿开采的基础知识与技能。

在理论与方法学习过程中，在专业相关的基础知识上，学生需要掌握工程制图的基础理论知识和技术方法，熟悉机械传动、液压传动、电工电子、电气控制、采掘生产设备使用与维护等机械、机电基础理论知识，同时熟悉常见矿物及岩石、煤层賦存特征、地质构造、巷道施工测量等地质、测量的基础理论知识;在专业课程方面，学生需要掌握矿压显现与控制、采区设计、采煤方法选择、采煤工艺和巷道布置、矿井通风的基础理论和技术方法，熟知煤矿井下瓦斯、矿尘、火灾、水及顶板、地温、地压等灾害的发生机理与防治技术，熟悉煤矿企业基层区队及班组建设与管理的相关知识，熟悉与本专业相关的法律法规、标准、规范以及环境保护、安全消防、文明生产等知识。

在专业能力方面，要求学生能够正确识读和绘制一般的采掘工程图，操作和维护采掘设备，分析判断地质构造，具有处理特殊地质条件下采掘工作面生产问题的能力，能正确编制采掘工作面作业规程和各种安全技术措施，能够进行采掘生产组织、生产管理、工程质量管理、技术管理和安全管理，同时具有一定的处理各种灾害事故的应急能力。

（二）矿山物联网

智能矿山建设在地下矿山布置大量传感装置用于对矿井参数的收集，例如温度、风速、瓦斯、矿压等传感器，同时布置传感装置对于生产运输机械等进行监测监控，例如煤炭运量、胶带位置、采煤机位置监测装置等，其中大量物理信号被转换为数字信号进行传输，因此，采煤专业技术人员需要掌握部分物联网技术，以胜任各类传感装置的检测、维修等工作。

（三）矿井通信

智能矿山数据传输量大，传输分站多，总传输线缆多，总距离长，对于传输技术要求标准高，且高速度的传输可实现监测数据与控制命令的及时到达。因此，矿山除了加强基础通信建设之外，采矿技术人员也需要掌握一定的通信技术，可对通信电缆以及各通信分站进行故障判断、日常检修等。

（四）矿山智能机电

未来的采掘工作的发展趋势是智能化、无人少人化，综采工作面仅保留机组司机、巡视人员等，机组通过计算机软件进行控制，同时掘进工作面也会逐步实现智能化。这就要求毕业生能够对工作面智能化采掘机电与设备进行基本操作，可对设备故障进行判断，根据生产对设备进行调整，同时掌握智能化工作面的现场管理方法，对智能采矿技术进行现场应用。

（五）计算机技术

智能矿山是在数字矿山的基础之上进行开发与建设，数字矿山通过计算机科学合理地组织矿山生产与管理信息，将海量异质的矿山信息资源进行全面、高效和有序的管理与整合，同时矿山开拓与开采设计也主要通过计算机矿山软件完成;在智能矿山中，智能采掘的通风、排水、供电、安全等设备都会通过计算机进行控制，同时会开发大量计算机应用软件对矿井监测数据进行处理。所以，要求毕业生必须掌握计算机知识与技术，并根据生产情况利用计算机编程控制采掘设备，对矿井监测数据进行处理，利用数字矿山完成各项设计任务。

三、智能矿山人才培养的难点

（一）学生基础较弱

由于生源层次原因，高职学生通常理论基础相对较弱，没有系统的物理与数学基础，因此，对于计算机语言、数据通信、物联网技术等课程的学习有一定的难度。在课程设计与教学中，需要突出重点部分的教学，优化教学方法，增强教学的实用性。例如，物联网技术传感器课程可展示多种传感器装置，着重进行设备的使用与维护教学，降低设备原理部分教学的难度。

（二）实训实习困难

目前，智能矿山建设处于起步阶段，还未大范围普及，大多数职业院校没有建设关于智能矿山的仿真工作面或模拟矿井。由于实训设备配套不足，学生校内实训质量难以保证，同时国内只有部分煤矿企业有智能开采工作面，全面建成智能矿山系统的更少，并且智能采矿设备价值较高，学生直接进行操作风险也较高，开展智能矿山的认识实习与生产实习缺少场地支持。煤矿开采属于高危行业且连续化作业，考虑到生产进度、停工成本以及安全责任等原因，多数矿山企业不愿意接纳学生前来实习，除非取得毕业证签订正式劳动合同之后，才能进入一线工作，这导致部分学生在学校三年采煤专业学习期间从没下过矿井，不了解现场生产，对于地下矿山生产系统缺少实际感知，难以将理论知识与实际经验相联系。

为解决学生实习困难，学校需要与智能矿山企业建立稳定长期的校企合作关系，为学生实习实训提供保障，也为今后实际工作打下坚实基础。

（三）缺少职业认同

多数学生对于煤炭类专业认识程度不够，对于毕业后所从事的工作缺乏了解，认为煤矿工作是艰苦行业，对从事煤炭职业的人有认识上的偏见和歧视，专业认可度不高。近年来，多数学生不愿报考工作环境艰苦的专业，同时政府对煤矿专业人才培养政策的导向不足，煤炭企业本身又存在着一系列工作与生活条件差的弊端，造成了职业学校煤炭专业生源少、生源质量下降的现象，部分学习采煤专业的学生在毕业后又分流到了其他行业，从事煤炭行业的部分学生也在工作几年之后转向了其他行业。即使是如今部分学校已经在煤炭类专业中增加“智能元素”，并且在专业名称中予以体现，但煤炭类专业的“艰苦”形象已经在学生与家长的观念中根深蒂固，“智能”也被认为是“换汤不换药”，难以改变大众对煤炭专业的固有印象。

可见，“智能”二字不能仅停留在表面。学校在人才培养过程中应该树立健康的专业导向，可采用讲座或职业发展规划课程的形式培养学生的“矿业精神”，使学生产生职业认可，同时企业与学校要将“智能元素”落到实处，真正朝着矿山智能化发展而努力，学校教学需要充分渗透智能矿山的技术与思想，提升专业竞争力与含金量，通过高质量的行业发展与高水平的专业建设吸引学生，从而为煤炭专业的发展和煤炭行业的未来留住人才。

（四）部分教师不熟悉一线生产

高等职业院校部分教师是在毕业后直接进入高校任教，缺少企业实践经验，虽然具有充足的理论知识，但对于企业实际生产了解甚少，即使在企业工作后进入高校做教师，在离开生产现场多年后，其所积累的实践经验也已经远不能满足当今企业的需要。

智能矿山是新时期的产物，其所运用的技术更是高精尖，部分涉及采煤方向教师的知识盲区，所以教师需要革新自身所学专业知识，利用假期时间深入煤炭行业一线锻炼学习，特别是拥有智能采煤工作面或已建成智能矿山的企业，以增强个人对智能矿山专业知识的掌握程度。

（五）缺乏系统教材

当前，智能矿山已经成为未来煤炭行业的发展趋势，高职院校已经逐步开设“煤矿智能开采技术”专业，矿业类本科高校也已开始“智能采矿工程”专业的办学，但是由于智能采矿类专业刚刚起步，缺少系统的智能矿山类专业教材，矿山智能机械、智能采矿等课程有代表性的核心教材都还未进行教学应用，所以学生与教师目前对于智能礦山的理解与认识大都停留在宏观层面，对于具体细节以及结构、技术等掌握有限。为了教学工作的有效开展以及专业的长期发展，编写有代表性的智能矿山教材迫在眉睫。

四、人才培养关键点

（一）企业需求导向

专业发展应找准方向，以社会需求为落脚点。智能背景下，矿山工艺与采矿技术发展迅速，传统煤矿开采技术专业教育知识陈旧，与行业产业发展存在一定脱节现象，如果仍按照原有知识体系开展人才培养，灵活性不强，人才供给侧也存在明显短板。智能礦山背景下，需要培养具备创新应用技能、适应产业升级发展需求的新型采矿类人才。所以，煤矿开采技术专业高校在人才培养中，应该以企业需求为导向开展办学工作，培养具有扎实的采矿知识以及矿山规划、开采设计、矿山生产与安全技术及管理等方面的基本能力，同时具备一定计算机、物联网、矿山机械、电子通信知识并进行实际应用的，适应智能采矿的复合型技能人才。煤矿开采技术专业是煤矿开采企业的核心专业，涉及矿山生产的各个方面，煤矿智能化更是涉及多学科交叉，多专业融合，毕业生若从事煤矿技术或者管理工作，除了掌握必备的专业知识外，还需要具备一定的人际交往沟通与创新能力，并且对于煤矿工作高度认可，有一定的吃苦耐劳精神，对此，学校需要在学生创新、综合能力培养、专业文化教育上下足功夫。

校企合作是双向的，在办学过程中，学校需要把握市场与企业需求，企业也需要让学校了解行业需求。企业可通过论坛、网站等及时向社会与职业学校公布智能采矿进展与人才需求等内容，在人员招聘与校企合作过程中，企业应与学校开展交流，分享人才需求，探讨人才能力，以便学校调整和优化人才培养方案，与矿业前沿需求相适应。

（二）课程体系改革

煤矿生产向智能化、绿色化方向发展是未来趋势，但部分学校煤炭类专业办学过程中缺乏与企业之间的合作与沟通，没有掌握学科发展的前沿动态，课程设置与教学内容无大改进，部分课程过于老旧，存在办学与市场相脱离的问题，导致人才培养质量降低，难以满足企业需求。

智能时代背景下，煤矿开采技术专业需要深化课程改革，基于采煤基础知识，融入智能元素，建立新的符合专业需求与发展的课程体系，为人才培养提供教学规范。根据智能矿山背景下煤矿开采技术专业人才素质，除采煤专业课程之外，还需要增加关于物联网技术、通信技术、计算机技术、智能机电方面的知识。物联网技术方面可单独开设课程，主要学习物联网技术的基础知识以及与智能矿山相关的智能传感、传感器方面的知识;通信技术可根据专业特色开设矿山安全监测监控、矿井通信等课程;计算机技术在矿山应用广泛，且为辅助技术，单独开设课程脱离主体技术，可将所学计算机技术的知识融入其他主干课程，例如在智能采矿、岩层智能控制等课程中增加相关内容;智能矿山机电技术可在原有矿山机械电气类课程中进一步增加人工智能、自动控制等内容，优化完善课程内容。

数字矿山与深部开采也是智能矿山发展过程中需要考虑的重点内容。在课程改革中需要强调数字矿山的重要性，开设相关课程，使学生掌握DImine、3Dmine等数字矿山软件，增强学生的采矿设计与矿山综合管控方面的能力;随着开采时间的推移，浅部矿层被开采完之后，未来多数矿山将进入到深部开采阶段，在生产过程中面临“三高”的问题，因此，职业学校建立课程体系时，需要在采矿、岩层控制、通风等课程中增加深部开采的相关内容，以满足矿山生产需要。

（三）实训教学

职业教育必须将理论与实践相结合，单纯的理论学习脱离了生产，不能对矿山工作环境产生真实体验，难以将所学知识在工作中加以运用。智能矿山不能仅仅停留在理论教学，专业实践也不容忽视，职业学校应该将校内实训室建设与校外智能矿山实践基地的建立落到实处，加强学生实践操作教学与实训实习，同时充分发挥技能大赛的作用，以赛促学，推进实践教学的进步，提升学生操作能力与心理素质。

在校内实训室建设上，可以在已有资源的基础之上，重点添置智能矿山相关的技术技能训练实训室，例如数字矿山软件、模拟矿井、模拟智能采矿工作面、模拟矿山智能机械等，通过环境模拟实训培养学生对于矿井空间结构、采矿工作面的掌握，使学生感受并理解智能矿山，掌握智能技术;在实训课程教学上，采煤专业没有太多实操性的课程，对于矿图绘制、CAD、通风设计、采矿设计等实践要求较高的课程，需要严格把关，结合实际案例与课程规范进行教学指导，训练学生采矿必备的制图能力、设计能力等;培养学生实践能力，还需要建设校外实训基地，为紧跟行业前沿与未来发展，煤矿开采技术专业校外实训基地的建设可以选择拥有智能采矿工作面的矿企或已经建成智能矿山的企业，为学生实习提供场地保障，通过现场实习使学生掌握“智能元素”。

（四）校企合作

除了改进专业本身，校企合作也是专业建设与发展的有效措施。采煤属于大规模、工程性与应用性较强的专业，高校难以独自进行智能矿山研究与工艺应用研发等工作，若脱离企业支持，学校难以保障学生实习与就业，同时专业教师难以掌握一线生产工艺，专业招生也会遇到困境，良好的校企合作有利于学生实习就业，同时吸引生源。此外，企业如果离开学校独自发展，不能发挥人才培养的导向作用，也难以获得高素质人才，无法实现可持续发展。学校与优质智能矿山企业建立校企合作关系，采用“校企合作、订单培养”培养模式可加强学生实践锻炼，使学生直接接触采掘工作面生产、组织制定采掘一线技术措施和工程质量管理等工作，并使学生直接参与智能采矿工作、进行智能矿山技术应用，有效地保障学生顶岗实习质量，培养出满足市场需求的高技能采煤技术人员，同时提升毕业生就业质量。而高质量的人才培养与就业又可吸引优质生源，实现专业发展的良性循环。

校企合作存在诸多优势，但在校企合作过程中，为保障校企双方的合作可持续性并实现互利共赢，学生的引导与培养至关重要。在获得企业实训场地支持的同时，学校除了优化人才培养之外，也需要加强对学生的管理与约束。煤矿企业生产危险程度高，智能采掘等设备价值高，不当操作可能导致设备故障或停产事故，影响矿山正常生产，学生在实习前需经过严格的安全培训与教育，学生参与采矿生产需要实训导师的把关，学生应该严格服从导师管理。同时，定向培养或订单班等培养方式需要遵循自愿选择的方式，学校应该合理引导，加强专业文化教育，以免学生认为就业无忧而不认真学习专业知识，以及在毕业时不服从就业安排重新择业等情况发生。

五、结论

第一，智能矿山背景下煤矿开采技术专业人才培养应以市场需求和行业发展为导向，与智能矿山结构与技术相结合，专业素质培养应以采煤知识为基础，兼顾矿井通信、物联网技术、智能机电、计算机技术等智能元素。

第二，智能矿山人才培养的难点在于高职学生基础较差、学生实习实训困难、专业认可度低、教师不熟悉一线生产、缺少智能矿山系统教材等，可对应采取创新教学方式、推进校企合作、培养学生“采矿精神”、加强教师企业锻炼、完善教材等方式予以改善。

第三，智能矿山人才培养的关键是：把握企业人才能力要求，深化课程体系改革，新增智能课程或融入智能元素;添置智能实训设备并完善实训教学;推进与优质智能矿山企业的校企合作，保障实习质量与就业质量。

参考文献：

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[7]丁自伟，柴敬，解盘石，等.新工科背景下采矿工程专业智能开采人才培养探索[J].煤炭高等教育，2020（6）：79-84.

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（责任编辑：刘东菊）

Research on the Cultivation of Professional Talents in Coal Mining Technology under the Background of Green Intelligent Mine

ZHOU Ji-guo， JIAO Jian， SUN Xiao-hui， CHEN Ji-xun

（Lanzhou Petrochemical University of Vocational Technology， Lanzhou Gansu 730207， China）

Abstract： The coal industry is rapidly developing in the direction of green and intelligent， and the supply of high-quality professional and technical talents is indispensable. In order to study how to improve the training of professional and technical talents in the field of intelligent mine under this background， combining with the green intelligent mine structure and technology. This paperis going to analyze the required professional quality of coal graduates， and to explore the difficulties and key points of training coal talents. According to related studies and the study results of this paper， the coal graduates professional quality should include five aspects： coal base， mine communication， mine Internet of things， computer technology， and the mine intelligent electromechanical. At present， in the development of the intelligent mine teaching， there are still the following difficulties in the cultivation of professional coal talents ， such as the weak foundation of students， difficulties in practical training and practice， lack of professional identity， lack of systematic intelligent mine teaching materials， teachers are not familiar with intelligent mining， etc.. Therefore， corresponding measures should be taken to improve it in the future. The key to the cultivation of intelligent mining professional talents lies in deepening the curriculum reform， adding intelligent courses or integrating intelligent elements， adding intelligent practical training equipment to optimize practical teaching， and carrying out school-enterprise cooperation with intelligent mining enterprises on the basis of grasping the needs of corporate talents.

Key words： intelligent mine;coal mining technology; talents training; professional quality

作者簡介：周继国（1994—），男，硕士，兰州石化职业技术大学资源环境工程系助教，研究方向为采矿工程教学;焦健（1968—），男，硕士，兰州石化职业技术大学资源环境工程系教授，研究方向为采矿工程教学;孙晓慧（1994—），女，硕士，兰州石化职业技术大学基础教学部助教，研究方向为教育学;陈继勋（1979—），男，兰州石化职业技术大学资源环境工程系副教授，研究方向为矿山机电。

基金项目：甘肃省高等学校创新基金项目“‘绿色矿山建设’背景下煤矿开采技术专业人才供给改革研究”（项目编号：2021B-588）;甘肃省高等学校创新基金项目“煤矿智能化开采条件下高职学生岗位适应能力的研究与实践”（项目编号：2021A-301）