在微机上开发的矿井设计CAD 系统.pdf

在微机上开发的矿井设计CAD系统 太 原理工大 学 陈鸿章 史怀栋 太原市武宿机场 陈 旭 摘 要 文章探讨了在汉化Auto CAD系统基础上,利用微机进行矿井设计的 有效途径,阐明了所建矿井设计系统的总体结构、开发工作的难点及解决办法。 关键词 矿井设计 计算机辅助设计 采矿CAD 煤矿的生产和设计工作,用采矿系统工 程的观点分析,实质上是人们在给定条件 下,优化矿井内部子系统、协调矿井与外部 环境的关系,使系统处于最佳运行状态,获 得良好的经济效益和社会效益。这也是人们 运用决策对系统进行控制的过程。 决策的依据是人、机、环境方面的信 息。信息和决策的表现形式是多方面的,而 图形是其重要表达方式。采矿工程图是采矿 技术人员交流决策思想和保存矿井技术资料 的重要手段,因此,用计算机图形技术绘制 矿图,越来越受到人们的重视。 我国煤矿设计部门在1996年完成了研 制开发矿井设计软件包的工作,该系统是在 SGI工作站上使用的。原山西矿院采矿系在 个人微机上开发了矿井设计CAD系统。该 系统要求的设备简单,具有一般计算机知识 的采矿人员,经过短期培训即可使用,适合 于大多数矿井和院校的需要。在现场和教学 实践应用中,已取得良好的效果。 该系统运行的硬件环境是 386、486、 586微机及其兼容机,要求内存容量4M以 上、硬盘容量210M以上。外部设备有鼠 标、数据化仪和绘图仪等。 1 在汉化的Auto CAD系统上开发应用软件 编制计算机绘图程序,可以直接用高级 语言如 BASIC , C语言等编制绘图系 统,也可以在汉化的Auto CAD系统基础 上,进行二次开发,建立结合专业的应用软 件系统。该系统是按照后一种情况开发的。 汉化的Auto CAD系统支持Auto Lisp 语言。软件开发人员使用Auto Lisp语言可 以直接调用Auto CAD绘图命令,实现一系 支护阻力不变,活柱下缩量增大。这种类型 比5型稍微好些,但也属于不正常类型, 发生的原因与2型相同,也是支架可能 被压死的一个因素。 由以上分析统计可知,本面支架正常工 作状态类型的架次占88111 ,因此可以说 支架工作状况是好的。 4 结论 1工作面的来压步距与推进速度有较 大的相关性,呈较好的对数曲线关系y - 1107 2112logx。因此,控制工作面的 推进速度将有效地控制顶板来压的时间和步 距,以达到为安全生产服务的目的。 2该面支架的工作状态基本上是正常 的,工作状况良好,能够正常发挥其对顶板 的支护作用。但也有少数支架的工作状态不 好,需采取措施予以克服。 收稿日期 1998 - 06 - 02 ;责任编辑齐庆新 53 1999年第1期总第34期煤 矿 开 采1999年3月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 列复杂操作,简化程序设计工作,也有助于 用户尽快掌握开采设计CAD系统。Auto Lisp语言是一种智能型语言,用它编写的程 序使智能决策与图形技术连接更为紧密。 汉化Auto CAD系统可以调用DCL语 言,程序设计者可以简单地做出具有专业水 平的菜单、数据框和对话框,使采矿CAD 系统具有友好的用户界面,利于系统与用户 进行交互式的信息交流。 应用汉化Auto CAD系统的简化程序设 计工作,使软件研制者把注意力主要放在煤 矿系统开采的特点上,研制针对本专业功能 齐全、质量更高的绘图系统,与其他系统相 比,优势明显。 2 系统的总体结构 图1简要说明了系统的总体结构。 图1 矿井设计微机CAD系统总体结构 3 提高采矿CAD程序化水平的难点及措施 绘制采矿工程图的工作中,有一部分内 容是无法用程序实现的,它们必须由采矿设 计人员结合地质条件、装备、技术等因素, 依据采矿知识、经验、规程、规范或优化设 计的结论加以确定。这些工作如井筒、大巷 的位置,采区和工作面的边界,某些非标准 的单项工程施工图设计等。除此之外,应尽 量由计算机系统完成,以便提高设计出图的 质量和速度,利于用户的使用。 微机绘制单项工程图及编制工作面作业 规程的CAD技术,已日趋完善。绘制开拓 及采区巷道平剖面图,由于牵涉的因素多, 大多是用计算机绘图指令手工完成。如何提 高巷道布置设计的程序化和智能化水平,是 目前采矿CAD技术急需解决的难点和重点 问题。用建立图素的方法,在解决这一问题 上取得了突破性进展。 在计算机辅助矿井设计系统中,需要处 理两个方面的关系,一是图纸之间的总系统 图与子系统图的关系;一是处理图纸与技术 决策之间的关系。处理这两个关系可以用协 调功能实现。 4 采矿图素 采矿图素是图元的集合。 采矿图元是井田开拓及采区巷道平、剖 面图分解出的、可以程序化的基本工作。 巷道布置平面图,按照程序的复杂程 度,可以划分基本图元、复杂图元及施工图 图元3个层次。 它们的基本图元有图框、图签,各种 边界线如井田边界线、采盘区边界线,条 带分界线、煤柱边界线等 , 井硐符号如 立井、斜井、平硐等 , 巷道边界线如前 63 1999年第1期总第34期煤 矿 开 采1999年3月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 期及后期的煤巷、岩巷、半煤岩巷道等及 各种符号标志如井筒参数表、通风符号、 线路坡度符号、断层符号、剖面线符号等。 煤层底板等高线是由数据化仪找点,经曲线 拟合加工形成,也属于基本图元。 巷道平面图的复杂图元有坐标网格、 指北针、钻孔等。这些图元虽然图形本身并 不复杂,但是它们的成图过程均与坐标系统 有关,程序复杂,因此属于复杂图元。 巷道平面图的井底车场、火药库、绞车 房等,是施工图图元,它们是在施工图基础 上经过简化生成的。 巷道布置剖面图的图元有标尺网、煤 层面、地表剖面线、井田边界线、断层剖面 线、陷落柱剖面线等。 煤层的赋存状况和巷道的相互关系,虽 然是三维空间问题,但是,矿井设计、生产 所用图纸都是使用二维的标高投影,而且应 满足生产和基本建设的需要。因此,在该系 统中,使用的是与标高投影一致的二维 CAD技术。出图时,只需在巷道布置平面 图给定剖面线位置,收集必要的数据,即可 形成剖面图,其效果完全满足现场的要求。 5 处理平面图之间关系的协调功能 由于采矿工程平面图的所有图纸属于同 一个坐标系和同一个生产系统,因此它们之 间有着一定的层次关系,即总系统图总 图和子系统图子图的关系。对任一张 平面图而言,它既是上一层次图纸的子图, 又是下一层次的总图。如矿区位置图是总 图,井田开拓平面图则是子图;井田开拓图 是总图,采盘区巷道布置平面图和井底 车场、火药库、绞车房等施工图则是子图。 图2 “裁剪总图”和“子图插入”功能示意图 绘制出总图后,子图的轮廓应该是由总 图“裁剪”而成;某些时候,又需要先绘制 子图,经简化“插入”总图。借助于Auto CAD的定点、旋转、裁剪等基本指令及图 框、网格等图元,我们用Auto Lisp语言编 写出“裁剪总图”和“子图插入”功能。这 些功能的意义在于,使系统绘制的图纸成为 互相补充的完整体系,避免分散绘图时图纸 之间互相矛盾的错误。 图2中a为某矿的井田开拓平面图 总图 , b为五采区平面图 , c 为井底 下转40页 73 1999年第1期总第34期煤 矿 开 采1999年3月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 作用。选用直径6mm ,网格为50mm 50mm冷拨钢筋网;采用厚8mm的钢板加 工成反拱型托盘。 217 施工要求 1顶板角部2根锚杆外斜至两帮上 方,与顶板夹角为65～75 。 2金属网间压茬100mm ,钢丝扎紧。 3锚固力检测,顶板锚杆不小于 46kN ;两帮锚杆不小于30kN。 表1 锚杆支护效果分析 支护形式项 目 掘进阶段 顶底板两帮 锚 杆 相对位移/ mm85150 相对位移速度/ mmd2181515 相对移近率/ 31543195 架棚 相对位移/ mm205370 相对位移速度/ mmd211216624166 相对移近率/ 81548104 3 锚杆支护效果 根据测试在同一条巷道,锚杆支护较架 棚支护的巷道顶底板及两帮位移明显减小, 如表1。 现场应用表明锚杆支护取得了良好的经济 效益,同时发现锚杆支护在三软煤层中,迅 速及时紧跟迎头是关键,只有在顶板保持完 整前打好锚杆才能取得支护的成功。 作者简介 庞立新, 1995年毕业于焦作工学院采矿 系采矿工程专业,现在矿总工程师室任设计员,曾参与三 软煤层锚杆支护现场实验。 通讯地址河南省平顶山煤业集团公司四矿 邮 编 467093 收稿日期 1998 - 01 - 01 ;责任编辑邹正立 上接37页 车场图,均为子图。b图是由总图“裁 剪”而成,并按子图比例生成了相应的坐标 网格 ; c 图简化后,插入了总图。 6 图形与决策之间的联系 矿井设计的决策有两种。第一种决策本 身就是在采矿工程图中体现的,如井田开 拓、采区巷道布置、采煤方法、巷道之间的 空间关系、巷道断面及硐室等;另一种决 策,需要专门的智能化程序进行推理、判断 或计算才能提出的,如矿井采掘关系、通风 网络解算及扇风机选型,提升、运输、排 水、供电的选型计算、经济概算等内容。 后一种决策与采矿工程图是密不可分 的。这些决策是以图纸设计的数据为基础, 其结果又需要以图形来体现,因此,必须建 立图纸与决策间的协调功能。该项协调功能 的关键是二者之间数据的传输问题。限于篇 幅,本文不讨论这类决策的成图问题。 7 实际应用情况 早在1986年,原山西矿院就研制成功 了有关施工图设计的CAD系统。后来在汉 化ACAD平台基础上,增加了编制工作面 作业规程等内容,于1994年在晋城矿务局 古书院矿和凤凰山矿进行了工业性应用,取 得了良好的结果。 从1994年起,该院在采煤专业开设了 采矿CAD选修课。1996年、1997年,在两 届采煤专业学员的毕业设计中,试用了 KJSJV110系统,取得了良好的效果。 作者简介 陈鸿章, 1941年2月生,满族,教授。 1965年毕业于北京矿业学院采矿系,现在太原理工大学采 矿与土木工程系,从事采矿系统工程的教学和科研工作。 发表论文数篇。获国家版权局的计算机软件著作权2项。 通讯地址山西省太原市 邮 编 030024 收稿日期 1998 - 01 - 21 ;责任编辑陈社杰 04 1999年第1期总第34期煤 矿 开 采1999年3月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 煤 矿 开 采 ENGL ISH ABSTRACTS Longwall with staggered sections in deeply in2 clined coal seam with medium thickness this paper presents a new in mining deeply inclined coal seam with medium thick2 ness1A retreating longwall is divided into sev2 eral sections which stagger each other in se2 quence1Each section is 25～30m long and ori2 entated 6 ～8to dip1Wooden plates are in2 stalled in the longwall face to prevent the rolling rock from damaging the props and to top coal lumps roll down hill into the gob1Side packing is used to maintain the gate2entries1In view of stress concentration around the upper gate2entry , precautions including secondary support stress relier , and adjusting the length of the staggered sections increase the length of the upper sections have been taken to as2 sure safety in personnel travelling and material delivery1 Analysis on room using synchronous blasting Feasibility of using synchronous blasting in room is analyzed1Then technical issues are discussed , including de2 termination of blasting parameters , optimiza2 tion of room dimensions , roof control and ventilation management1 Technical approach to increase coal recovery ratio and to reduce dust generation in the longwall with top coal caving Beginning with analysis on the structure of sub2level cav2 ing shield support and its effect on recovery ratio and dust generation , this paper presents a discussion on technical approach to increase coal recovery and to reduce dust generation by improving the structure of powered supports for the longwall with top coal caving1 Remining coal seam left in caving zone Based on analysis of the properties of coal seam left in caving zone , extent of its being disturbed , mining condition and value to mine the seam , this paper points out that under certain conditions , coal seams in caving zone of underneath coal seam previously mined out can be extracted completely1 Study on the behavior and controlling for hard roof strata of seam N014 in Wang ping Colliery Comprehensive instrumenta2 tion works in fully mechanizedlongwall face 1809 in Wangping Colliery have resulted in a good understanding of the behavior for hard roof strata of seam N0141This paper provides a description of the work done together with classification result of the roof strata1Then roof control strategy for seam N014 is high2 lighted1 Mechanism of and precaution against rock2 burst in floor strata of coal seam Based on the mining experiences gained within Xin2 wen Coal Bureau , this paper presents analysis on the mechanism and occurring condition of rockburst in floor strata1Thenprecaution a2 gainst it is discussed1 CAD system for coal mine design developed on PC Technical approach for coal mine design on PC with Auto CAD Chinese ver2 sion is discussed1The overall structure of a newly developed CAD system for coal mine design is introduced , with problems encoun2 tered in developing the system and corre2 sponding solutions being highlighted1 Comprehensive assessment of risk level of coal/ gas outburst based on Grey theory Based on Grey theory , this paper discusses the risk level of coal/ gasoutburst , with 8 coal seams in a coal field being used as sam2 ples1There are 6 factors chosen as the accumu2 lative classification inds , namely gas pres2 sure , mining depth , initial spreading velocity of gas destruction level of coal , coefficient of hardness andtheminingpracticeadopt2 ed1Coalseams can be classified into three cata2 logs , namely no outburst2tend , liable to out2 burst and highly liable to outburst1The assess2 ment work , which is carried out by comput2 ers, provides useful in ation for precau2 tions against coal/ gas outburst1 26 1999年第1期总第34期煤 矿 开 采1999年3月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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