基于VRMine的煤礦巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究

縱 帥

(中國煤炭科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

巷道斷面設(shè)計(jì)是礦井開采設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，設(shè)計(jì)出的巷道斷面直接作為井下巷道施工的依據(jù)[1-4]，也是進(jìn)行井巷工程概算、預(yù)算的依據(jù)。因此，巷道斷面的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到礦井投資和生產(chǎn)期間安全生產(chǎn)。傳統(tǒng)的礦山施工圖設(shè)計(jì)是在AutoCAD軟件上進(jìn)行線條制圖，重復(fù)性大，效率低下，如果能在某個(gè)軟件平臺(tái)上對施工圖進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，將會(huì)大大提高設(shè)計(jì)效率[5-8]?！凹`數(shù)字礦山軟件，簡稱(VRMine)”是由西安集靈信息技術(shù)有限公司自主研發(fā)的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三維數(shù)字礦山系統(tǒng)。一個(gè)專為礦山管理、生產(chǎn)和技術(shù)部門設(shè)計(jì)的集數(shù)據(jù)管理、圖形制作、模型建立、生產(chǎn)設(shè)計(jì)、通風(fēng)安全、生產(chǎn)監(jiān)控等多功能為一體的大型三維地理信息系統(tǒng)。本文主要介紹在VRMine軟件的基礎(chǔ)上，對巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)行二次開發(fā)[9，10]。

1 巷道斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 斷面形狀與尺寸

巷道斷面形狀選擇應(yīng)綜合考慮多重因素影響，主要包括：巷道所處位置及圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、礦壓大小；巷道的服務(wù)年限及用途；巷道的支護(hù)方式及支護(hù)材料；鄰近同類型礦井的巷道斷面形狀等。一般主要巷道宜采用拱形斷面，采區(qū)煤道可采用矩形和梯形巷道，底板壓力較大的礦井宜采用圓形或馬蹄形斷面[11，12]。

巷道斷面凈尺寸，應(yīng)根據(jù)巷道運(yùn)輸車輛或其他運(yùn)輸設(shè)備的最大輪廓尺寸以及架設(shè)管線、行人、設(shè)備的運(yùn)送、安裝、檢修和施工要求等因素確定，按通風(fēng)要求進(jìn)行驗(yàn)算。巷道斷面凈尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)要求，參考煤礦設(shè)計(jì)手冊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 水溝與管線

根據(jù)巷道傾角、涌水量大小、巷道用途與性質(zhì)確定水溝布置方案，根據(jù)水溝服務(wù)年限確定水溝為永久性水溝還是臨時(shí)性水溝。常用水溝斷面有對稱倒梯形、半倒梯形和矩形三種。水溝斷面尺寸應(yīng)根據(jù)水溝流量、坡度、砌筑材料和斷面形狀等因素確定。巷道內(nèi)管線布置的原則，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，主要是保證安全和便于安裝、檢修。

1.3 軌道鋪設(shè)

巷道軌道鋪設(shè)主要包括軌道、軌枕和道床三個(gè)部分。軌道鋼軌的型號應(yīng)與行駛車輛的類型相適應(yīng)，道岔的型號不得低于線路的鋼軌型號。礦井軌枕多使用鋼筋混凝土軌枕，個(gè)別地點(diǎn)也有用鋼軌枕的。混凝土軌枕主要用于井底車場、運(yùn)輸大巷、上(下)山和中巷，鋼軌枕主要用于固定道床，其次道岔等處多用木軌枕。煤礦常見的道床主要包括道碴道床和固定道床兩種。道碴道床施工簡單，易于更換，具有一定的彈性和良好的排水性，一般用于井底車場、主要運(yùn)輸大巷和有電機(jī)車通行的巷道。道碴選擇、道床厚度和寬度、軌枕鋪設(shè)間距、軌距選擇應(yīng)按照《煤礦安全規(guī)程》和《采礦設(shè)計(jì)手冊》相關(guān)要求。固定道床一般是用混凝土整體澆筑，將軌道和道床固定在一起，這種道床車輛運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)行速度高，服務(wù)年限長，但因其造價(jià)較高，因此多用于大型礦井的斜井井筒、井底車場和個(gè)別運(yùn)輸大巷的軌道鋪設(shè)中。

2 編程實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

在VRMine軟件基礎(chǔ)上添加參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊時(shí)，為了方便代碼管理，首先為原解決方案添加新的項(xiàng)目，命名為Design工程。Design工程鏈接VRMine軟件基礎(chǔ)的靜態(tài)庫文件，關(guān)于巷道斷面設(shè)計(jì)的一切操作均在Design工程中進(jìn)行。在VRMine軟件界面菜單欄上添加新的菜單命名為“參數(shù)化設(shè)計(jì)”，并在此菜單下添加子菜單“巷道斷面設(shè)計(jì)”，為菜單添加處理函數(shù)命名為OnHddmsj。

為巷道斷面系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)類：一個(gè)用于繪制巷道斷面，命名為CHDDMSJComObj；一個(gè)用于繪制巷道斷面特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表，命名為CUpDataTable。巷道斷面的繪制關(guān)鍵技術(shù)是依據(jù)用戶輸入的巷道參數(shù)，根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊》中的計(jì)算方法確定斷面的尺寸，主要包括：巷道斷面凈寬度、巷道斷面凈高度、圓弧拱及三心拱形幾何參數(shù)。根據(jù)斷面尺寸結(jié)合原點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算各點(diǎn)坐標(biāo)，然后利用微軟基礎(chǔ)的繪圖函數(shù)把巷道斷面形狀顯示出來。根據(jù)選定的巷道支護(hù)方式，利用相同的方法，在巷道斷面的基礎(chǔ)上，添加繪制巷道支護(hù)方式。利用CUpDataTable類繪制巷道斷面特征表和材料消耗表的方法，同繪制巷道斷面的方法原理相同，關(guān)鍵任務(wù)是確定表格要顯示的內(nèi)容和控制好表格的顯示比例。

2.2 對話框設(shè)計(jì)

巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心是巷道參數(shù)數(shù)據(jù)的錄入，本次設(shè)計(jì)主要通過對話框的模式獲取外部數(shù)據(jù)輸入。設(shè)計(jì)采用屬性頁對話框的模式，把巷道斷面參數(shù)屬性分為6個(gè)子對話框進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別為：斷面形狀對話框、支護(hù)參數(shù)設(shè)置對話框、運(yùn)輸參數(shù)設(shè)置對話框、水溝參數(shù)設(shè)置對話框、其他參數(shù)設(shè)置對話框以及報(bào)表輸出對話框。

斷面形狀對話框主要設(shè)計(jì)2個(gè)group box，用來設(shè)置斷面形狀和支護(hù)方式；1個(gè)picture control，用來顯示預(yù)覽斷面形狀；1個(gè)edit control，用來顯示巷道斷面設(shè)計(jì)原則的文本信息。支護(hù)參數(shù)設(shè)置對話框設(shè)置4個(gè)group box，用來設(shè)置斷面的支護(hù)參數(shù)；1個(gè)edit control，用來顯示巷道斷面設(shè)計(jì)原則的文本信息。運(yùn)輸參數(shù)設(shè)置對話框包括5個(gè)group box，分別用來設(shè)置運(yùn)輸方式、礦車參數(shù)、安全間隙、運(yùn)輸機(jī)參數(shù)和軌枕設(shè)計(jì)，1個(gè)edit control，用來顯示運(yùn)輸設(shè)備之間間距要求。水溝參數(shù)設(shè)置對話框設(shè)計(jì)4個(gè)group box，其中“電纜設(shè)置”和“管路設(shè)置”用來設(shè)置巷道內(nèi)的電纜管路，“水溝形式”和“水溝尺寸”用來設(shè)置巷道內(nèi)水溝的參數(shù)；1個(gè)edit control，用來顯示水溝布置原則。其他參數(shù)設(shè)置對話框，主要用來設(shè)置巷道斷面設(shè)計(jì)的其他參數(shù)，包括工程量及材料消耗、報(bào)表設(shè)計(jì)、巷道風(fēng)流速度表。報(bào)表輸出對話框，用于巷道斷面設(shè)計(jì)中的輸入、計(jì)算、輸出參數(shù)匯總，設(shè)計(jì)保存按鈕，將設(shè)計(jì)參數(shù)報(bào)表保存于磁盤文件中。

3 功能測試

對已設(shè)計(jì)完成的斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行功能測試，點(diǎn)擊菜單欄中參數(shù)化設(shè)計(jì)菜單下拉菜單巷道斷面設(shè)計(jì)菜單。在彈出的巷道斷面參數(shù)屬性對話框中，設(shè)置巷道形狀、尺寸、運(yùn)輸設(shè)備尺寸，設(shè)置巷道圍巖類型、支護(hù)方式等參數(shù)。例如可以在彈出的對話框中，巷道斷面形狀選擇半圓拱形，支護(hù)方式選擇錨噴支護(hù)，支護(hù)厚度設(shè)為110mm，超挖厚度設(shè)為50mm，基礎(chǔ)深度設(shè)為240mm，軌距選擇600mm，底板至軌面距離設(shè)為360mm，底板至道碴面設(shè)為200mm，礦車寬800mm、高1150mm，電纜高度設(shè)為1800mm。參數(shù)設(shè)置完畢后點(diǎn)擊確定按鈕，自動(dòng)生成巷道斷面圖、巷道斷面特征表及工程材料消耗表。巷道斷面圖如圖1所示，斷面特征表見表1，每米巷道工程量及材料消耗量表見表2。

圖1 巷道斷面圖(mm)

圍巖類別斷面積/m2凈面積掘進(jìn)設(shè)計(jì)尺寸/mm寬高支護(hù)方式支護(hù)厚度/mm凈周長/m4～69.1011.0814703565料石110.0011.00

表2 每米巷道工程量及材料消耗表

4 結(jié) 語

在VRMine軟件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了煤礦巷道斷面的參數(shù)化設(shè)計(jì)，減少了礦山設(shè)計(jì)人員的繪圖工作量，提高了工作效率。實(shí)踐證明煤礦斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)具有十分重要的意義，但是本文只做了巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)方面的嘗試，下一步應(yīng)把該方法擴(kuò)展到整個(gè)礦井施工圖設(shè)計(jì)中，形成一套完整的礦山施工圖參數(shù)化設(shè)計(jì)體系。另外，在工程三維展示迅猛發(fā)展的今天，應(yīng)該著力礦井施工圖二、三維一體化的研究，努力做到通過參數(shù)輸入實(shí)現(xiàn)三維立體圖展示和二維施工圖自動(dòng)生成。