基于AutoCAD的矿区开采沉陷预计图形的软件实现

基于AutoCAD的矿区开采沉陷预计图形的软件实现赵勇1，吴敏1，徐群2（1.有色金属华东地质勘查局，江苏 南京210007；2.淮南矿业集团顾桥煤矿，安徽 淮南232150）摘要：根据矿区已有资料和地质采矿条件结合VB与AutoCAD二次开发技术进行开采沉陷预计，分析了开采沉陷预计的理论和方法；以VB为基础，进行地表移动变形预计值的快速预计解算，实现了矿区开采沉陷地表移动变形预计曲线图、地表移动变形等值线图在AutoCAD上的绘制输出，即实现了矿区地表移动变形预测结果的可视化分析，从而达到了矿区开采沉陷预计分析的目的。关键词：开采沉陷预计；移动变形曲线；等值线；地表移动与变形；可视化引言为了充分开采地下矿产资源，最大限度的减少由于开采沉陷造成的损失，在开采前就开采过程中将出现的沉陷状况作一个正确的预测用以指导安全生产即要进行矿山开采沉陷预计，开采沉陷预计的结果可以用于定量地研究受开采影响的岩层与地表移动在时间和空间上的分布规律，对于指导建筑物下、铁路下、水体下的开采实践具有重要的作用。地表移动和变形预计是研究开采损害与治理对策的主要内容，变形预计等值线图是用来描述地表沉陷与变形分布的主要手段。传统的预计方法通常预计开采沉陷的下沉数据和主断面等数据，缺乏直观性。矿区开采沉陷预计图形绘制软件是在有效地管理和处理开采沉陷的大量原始资料和数据的基础上，通过VB与AutoCAD的二次开发进行地表移动变形预计，应用开采沉陷预计数据来实现地表移动变形曲线图以及开采沉陷等值线图的自动绘制，达到了对沉陷影响范围和程度进行快速准确预测和可视化的目的。系统设计与实现2.1系统总体设计矿区开采沉陷预计等值线图绘制软件主要包括开采沉陷预计和成果输出两大模块。系统应具备的基本功能包括：（1）沉陷观测数据的处理，包括对沉陷观测数据的计算、 预计和绘图等。（2）开采沉陷数据的管理。包括属性数据和图形数据的输入，输出和编辑。将与沉陷信息相关的图形如地质地形图，井上下对照图，采掘工作面图等输入系统，可进行空间叠加分析功能。系统中采用传统的具有较强的可靠性和准确性的概率积分法作为开采沉陷预测理论模型，成果输出模块应用VB和AutoCAD二次开发的自编程序，根据已有的地质采矿条件，准确的判断煤层的采动情况，计算走向，倾向主断面的移动变形预计值，从而绘制出移动变形曲线图和各种变形等值线图。系统开发技术路线图如下（图 1）。图1系统开发技术路线图2.2系统实现2.2.1开采沉陷预计方法和内容开采沉陷的预计方法有多种，在我国，主要预计方法有典型曲线法、负指数法、概率积分法和数值分析法。概率积分法预计模型在我国开采沉陷的应用中是最普遍的， 其预计的精度较高，使用方便[1,5,8]。利用概率积分法对煤层开采引起的地表移动和变形的预计，是一种针对地表移动盆地稳定后的预计， 包括单工作面和多工作面开采预计。 预计需要的地质采矿条件有：煤层的法向开采厚度（采高） ，煤层倾角，采空区下山边界、上山边界、走向主断面的开采深度以及平均开采深度， 采空区走向长、倾向斜长，顶板管理方法，上覆岩层的性质，工作面形状和工作面推进进度等。对不同的开采预计参数的值是不同的。地表移动变形预计根据预计的要求、 保护对象的空间位置和开采矿层的情况， 一次预计可以包括下列内容的一项或者多项 [1，2,3,4]:1）移动变形最大值预计 2）走向和倾向主断面上移动和变形预计3）地表任意点移动和变形值预计 4）岩体内任一点移动及变形值预计 5）多工作面和（或）多煤层开采时岩层移动和地表移动预计。222开采沉陷预计成果输出1） 开采沉陷移动变形预计值开采沉陷移动变形预计内容主要分为移动盆地稳定后的预计和开采过程中的动态预计，移动变形预计值以数据报表的形式输出， 对于单工作面开采沉陷稳定后的预计， 数据报表输出主要有：走向和倾向主断面的预计最大值， 全采区范围预计和任意多点的预计值； 单工作面的动态预计成果包括单个时间点的预计值和开采全过程预计值。 对于多工作面沉陷稳定后的预计成果主要有：多工作面任意点预计成果，各工作面全采区范围预计和走向、 倾向主断面预计成果。2） 开采沉陷移动变形预计曲线图开采沉陷预计曲线图为主断面上的移动变形曲线图， 绘制曲线图时首先将预计的移动变形值存入数组QWVertexlis（以下沉为例），应用AddPolyline方法在CAD中绘制预计曲线，包括下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形五种预计曲线，不同的曲线位于不同的图层并设置不同的颜色和比例尺。单工作面倾向移动变形预计主要代码如下：Forx=-Pri_QZBJXTo（Pri_QZBJX+Pri_QL）Step20QWVertexlist（3*m-2）=x:QWVertexlist（3*m-1）=-Pri_QW（m）/Pri_YWblc:QWVertexlist（3*m）=0'下沉QiVertexlist(3*m-2)=x:QiVertexlist(3*m-1)=Pri_Qi(m)*Pri_YIblc:QiVertexlist(3*

m)=0

m)=0

Nextx曲率SetplObj=acadDoc.ModelSpace.AddPolyline(ZWVertexlist)‘绘制下沉曲线开采沉陷移动变形预计等值线图矿区开采沉陷地表移动和变形预计等值线图的绘制，能够方便地分析和评价地下开采引起的地表沉陷对地表建(构)筑物、农田、水利设施等各种环境因素的影响程度和影响范围，并进一步优化开采设计方案[6，7]。等值线的绘制精度取决于内插模型的选取，在不同地貌和不同的采样点分布情况下，各种内插方法有不同的误差。本软件等值线图的绘制是在开采沉陷预计数据的基础上，构建Delaunay三角网后进行等值线的内插来实现。主要实现代码如下：Hs=value-pxc(I1)：t=value-pxc(I2)：w=value-pxc(I3)If(Hs*Ht<0)ThenM1=M1+1Xb(i,M1)=Vertex(I1).x+Hs*(Vertex(I2).x-Vertex(I1).x)/(pxc(I2)-pxc(I1))Yb(i,M1)=Vertex(I1).y+Hs*(Vertex(I2).y-Vertex(I1).y)/(pxc(I2)-pxc(I1))EndIf‘判断并计算等值点位置搜索等值线的起点，判断等值线为开曲线还是闭曲线，分别将等值点的坐标存放入数组，应用AddPolyline方法绘制等值线，并进行相应线型和线粗的设置，部分代码如下：ForaI=1ToLDVetrexlist(aI*3-2)=DwX(aI)：etrexlist(aI*3-1)=DwY(aI)：etrexlist(aI*3)=0NextaISetplineobj=AcadDoc.ModelSpace.AddPolyline(Vetrexlist)应用样条曲线拟合等值线：AcadDoc.SendCommand"_PEdit"&vbCr&axEnt2lspEnt(plineobj)&vbCr&"s"&vbCr&vbCr等值线的标注能方便的判断地表移动变形的情况。用AddText函数进行标注代码如下：textstring=value:zhujid(1)=ZJX:zhujid(2)=ZJymax:zhujid(3)=0Settextobj=AcadDoc.ModelSpace.AddText(textstring,zhujid,40)等值线标注的过程中为便于看图的方便应进行计算来标注相应等值线，根据预计的数据来计算移动变形值的范围，通过设定输入的等高距计算等值线的条数并按照一定的间隔进行不同颜色的注记。注记的断开通过多段线的explode和delete方法实现。如要绘制特定数值的等值线，则可进行等值线的添加，并可以进行相应等值线面积和周长的计算。应用实例本软件以安徽某矿上的1111(3)工作面和1232(3)工作面进行多工作面预计为例，1111(3)工作面的走向长为2440m，倾向长为240m,煤层厚度为4.2m，煤层倾角为3度,下沉系数为1.75;1232(3)工作面的走向长为1670m，倾向长为240m，煤层厚度为3m,煤层倾角为3度,下沉系数为1.75。在完成移动变形预计的所有操作后, 得到了两个工作面沉陷稳定后的预计值,即全采区范围的五种移动变形预计值和相应预计点的纵、横坐标以及两个工作面的沿倾向和走向主断面的变形预计值。预计绘制的曲线图包括走向和倾向移动变形曲线图，以1232（3）工作面为例，图2为其倾向下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形五种移动变形曲线图。2F50LSSKl50.04£LDr2F50LSSKl50.04£LDr门沁覘iao.ty血心510e{f)MLG~Q下匸宙建〔L:Ml#料吏屯童寅怕:]：1 由至芟帀:恵弱i1000:I）——盍罕蓉动地（1:&口未料橄劇10:0图2 1232（3）工作面倾向移动变形曲线图其中比例尺设置为下沉曲线（1：10）；倾斜变形曲线（10：1）；曲率变形曲线（1000:1）；水平移动曲线（1：5）；水平变形曲线（10：1）。预计移动变形等值线图同样包括位于不同图层的下沉等值线， 倾斜等值线，曲率等值线，水平移动等值线和水平变形等值线五种。如下所示绘制下沉等值线及曲率等值线图（图 3）：图3下沉及曲率等值线图移动变形等值线图层与其他图层如村庄边界、开采范围层等叠加能发现和评价地表移动变形对地表建筑物和地表形态的影响， 对沉陷造成的破坏进行定量分析评价， 从而指导采煤方案的设计、留设煤柱保护和村庄搬迁等，为开采沉陷后的土地复垦等工作提供技术依据。结束语开采沉陷预计对开采沉陷的理论研究和生产实践都有着重要的意义， 对地下煤层计划进行的开采，在开采进行以前，根据矿区地质采矿条件应用本软件可以预先计算出受此开采影响的岩层和（或）地表的移动和变形值， 并将预计结果以图形的形式直观的表现出来， 预计图形包括沿走向和倾向主断面上的下沉、 倾斜、曲率、水平移动和水平变形五种移动变形曲线图以及全采区范围的五种移动变形等值线图。 VB结合CAD编程，克服了传统人为绘图方法,实现了移动变形预计曲线图和等值线图的自动绘制输出，达到了地表移动变形的预计的目的，为煤矿开采损害预计及采后塌陷区域的规划治理、 土地复垦、水土流失和生态环境保护等工作提供了科学依据。参考文献何国清杨伦,凌赓娣，等•矿山开采沉陷学[M].北京：中国矿业大学出版社，1991,04.吕伟才，秦永洋，孙兴平.基于GIS的矿山开采沉陷综合数据处理软件包的设计 J].矿山测量,2008,(04).李小龙，郭靖湖安焱，陈剑宵•淮南矿区塌陷情况分析及治理对策 [J].资源与产业，2006,(02).赵德深.煤矿区采动覆岩离层分布规律与地表沉陷控制研究 [D].辽宁工程技术大学,2001.郭广礼，汪云甲.概率积分法参数的稳健估计模型及其应用研究 [J].测绘学报，2000，(02).余学义，张恩强.开采损害学[M].北京:煤炭工业出版社，2004.麻凤海，杨帆.地层沉陷的数值模拟应用研究 [J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版).2001，20(3):257-261.邹友峰，胡友健，郭增长.采动损害与防护[M].北京:中国矿业大学出版社，1996，09.第一作者简介：赵勇(1984-)，男(汉族)，硕士，助理工程师，研究方向：大地测量与工程测量、GPS^术应用等。E-mail:zhaoyong2003-007@163.com地址：江苏省南京市白下区石门坎102号华鑫大厦402室邮编：210007电话heSoftwareRealizationofMiningAreaSubsidenceGraphicsDrawingbasedon

AutoCAD112

ZHAOYongWuminXuqun(1.EasternChinaMineralExplorationandDevelopmentBureauforNon-ferrousMetals，JiangsuNanjing210007;2.GuQiaoCoalMineofHuainanMiningGroup，AnhuiHuainan232150)Abstract:Thispaperwhichisbasedontheexistingminingdataandgeologicalconditionsofminingarea，useVBandthesecondarydevelopmenttechnologyofAutoCADforminingsubsidenceprediction，analyz