矿井设计CAD中的采矿图素库.pdf

第 2 9 卷第 2期 1 9 9 8年 3月 太原理工大学学报 J OURNAL OF TAI YUAN UNI VE RS I TY OF TECHNOLOGY Vo 1 2 9 No 2 M a r 1 9 9 8 j 彳 一 6 矿井设计 C AD中的采矿图素库 本 忠瞄章 采矿 与土 木工程 系1 丁p 7 c 摘要在 汉 化 的 Au t oCAD 未统 基 础 上 用 计 算 机 绘 制 采 矿 工 程 圈 是 一 条 方 便 而 有 效 的 造 径 探 讨 井 田 开 拓 和 采 区 巷 道 布 置 固 的程 序化 和 智 能 化 问 题 是 矿 井 设 计 CAD 中 的 难 点 和 重 点 硐 建 立 采 矿 固 素 库 的 方 法 可 以 较 好 地 解 决 这 个 问 题 目前 研 制 的 矿 井 设 计 CAD 丰 统 已在 现 场 应 硐 并 在 教 学 实 践 中推 进 了 采矿 工 程 学 科 的 教 学 方 法 和 课 程 设 置 改 革 关 键词 苎 丝 芷 计算 机辅 助 设计 互 垒 墨 芏 璺 孟 中 图 分 类 号TP3 9 1 7 2 k 计算机辅助设计 C AD 技术用于矿井设计 包 括采矿制图和智能决策两大部分 本文重点讨论用 计辨 机制图的问题 采矿工 程图是矿井技术决策的重要表达形式 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 C AD技术绘制矿图 越来越 受到 人们的重视 微机绘制采矿工程图包括绘制开拓和采区巷道 平剖面图 单项工程施工 图及编制工作面作业规程 等内容 经过我国采矿界 1 0多年来的努力 绘制单 项工程 施工 图 及编制工 作面 作业规程的 C AD技 术 已日趋完孝 绘制开拓及采区巷道平剖面图 的工作 由于涉及的因素多 目前 大多是用计算 机绘图指令手工完成 如何提高巷道布 设计的程 序化和智能化水平 是 目前采矿 C AD按术急需解 决的难点和重点问题 我 们研制的开采 设计 C AD 系统 K C S 1 0 中 用建立图索库的方法 在解 决这 一 问题 一 k 取 得 了突 陡 性进 展 该系统不投已在现场经过了工业性应用 而且 l 9 9 6年和 l 9 9 7年 已在采煤专业学生的毕业 设计中 应 用 1 应用汉化 Au t o C AD 糸统 计算机绘图的方式可分为两种情况 一种是直 接用高级语言 如 B A S I C C语言等 编制绘图系 统 另一种是在汉化的 Au t o C AD系统 的基础上进 行二次开发 建立适合本专业的应用软件系统 我们采用汉化的 C AD系统 为平台 可以直接 使用 Au t o L i s p语言 而 A u t o 1 i s p语言又可以直接 调 用 AC AD绘图命令 并直接介入C AD图形库 利 用两者之间的良好支持 我们只需要编写 Au t o L i s p 程序 就可以完成一系列 C AD绘图命令 实现一 系 列复杂的操作 简化程序设计工作量 也有助于尽 快掌握开采设计 C AD系统 Au t o l i s p语言是一种智能型语言 用它编写的 程序使智能决策和图形技术连接更为紧密 汉化 Au t o C AD系统可以调用 1 2 I 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 库和 对话框 使采矿设计 C AD 系统具有友好的 用 户界面 利于系统和用户进行交互式的信息 交流 因此 应用汉化 A u o C AD系统简化程 序设 汁 量 可以迅速地建立起采矿CAD系统 利于智能决 策和计荫讥绘图之间建立信息交流 使软件研制者 把注意力主要放在煤矿系统开采的特点上 研制适 合本专业功能齐全 质量更高的绘图系统 相 比之 下 优势是明显的 实践也证明 这是一 条行之有 效的途径 I 1 9 7 3 F 生 在凄蛭士研宄 原理 工 学 呆 与土木 I 程最 0 3 0 2 I 文稿收到 创 1 9 9 7 1 0 1 0 维普资讯 太 原 理 工 大 学 学 报 第 2 9 卷 我们的系统运行的硬件环境是 4 8 6 5 8 6微机 及其兼容机 内存 4 M 以上 硬盘容量 2 1 0 M 以上 A0幅面数字化仪 A 0幅面喷墨绘 图仪 绘制采矿工程图的工作 目前有一部分内容是 无法用计算机来实现 的 它们必须是采矿设计人员 结合地质条件 装备 技术等因素 依据采矿的知 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麓工图设计等 除此而外 的内容应该 是尽 量 由计算机 系统 完 成 以便提高出图的质量和速度 利于用户使用 建 立采矿图素库和协调功能是懈决这一问题的有效途 径 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 图和子系统之间 的关系 一是处理 图纸和技术决策之间的关系 处 理这两个关 系的计算机程序就是协调功能 2 呆矿 图素库 采矿图素库 由采矿图元组成 采矿 图元是井 田 开拓及采区巷道平剖面图分解 出的基本单元 它们 是可以程序化的内容 采矿图元按照其程序的复杂 程度 可以划分为基本图元 复杂图元和施工 图元 三个层次 采矿图素库组成如图 1所示 围 l 采矿图素库的组成 3 巷道布置平面图的采矿 图元 井田开拓及采区巷道平面图的基本图元有 t图 框 图签 各种边界线 如 井田边界线 采 盘 区边 界线 条带边界线 煤拄边界线 井简符号 如 立井 斜井 平制等 巷道边界线 如 前 期 及后期的煤巷 岩巷 半煤岩巷等 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 煤层底扳等高线是由数字 化仪找点 经曲线拟 合而成 也属于基本 图元 巷遭平面图的复杂图元 有 坐标网络 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 巷遭平面图的井底车场 火药库 绞车房等是 施工 图图元 它们是在麓工图基础上经过简化生成 的 4 巷道布置剖面图的采矿图元及成图 原 理 井 田开拓 及采 区巷道剖面图的基本 图元仅有基 本 图元 它们是 标尺网 煤层巷道剖面 地表剖 面线 井 田边界线 断层剖面线 陷落柱剖面线等 剖面图牵涉到煤层的赋存状况和巷道的相互关 系 因此是三维空间问题 在 C AD技术中是可以用 三维空间点加以描述的 但是 目前三维空间采矿 C AD尚处于研制阶段 成熟的软件系统 尚未出现 矿图在生产中具有重要的作用 它的准确性不仅关 系到经济效益 而且关系到矿井的安全生产 不成 熟的软件在现场和设计单位是不敢应用的 这种局 面在短期 内难于改变 目前 矿井设计 生产所用的图纸全是使用二 维的标高投影 用它反映三维空间状态 可 以满足 生产和基本建设 的需要 在我们的系统 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 即可以形成剖面 图 其效果完全可以满足现场的要求 实际应用表 明 这项工作是必要的和可行的 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坐标 系和同一生产系统 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 又是下一县次的总图 如 矿区位 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 平面图和井底车场 火药 库 绞车房等施工图则是子图 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 又需要绘 制 子图 经简 化 抽 八 总图 借助于 Au t o C AD的定 旋转 裁 剪等基 本指令和 图框 同格等 图元 我们 用 Au t o I i s p语言编写出 裁剪总图 和 子图插入 功能 旦 维普资讯 第 2 期 霍宗信等 矿井设 计 C AD中的采矿图索库 这些功能的意义在于 系统绘制的图纸是互相补充 的完整体系 它可以准确 正确地指挥生产或基本 建设 避免分散绘图时容易产生的图纸之 间相互矛 盾的错误和弊端 6 图纸和决策间的协调功能 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 采区巷遭 布置 采煤方法 巷道之间的相互关系 巷道断面 和硐室等 另一种决策 需要专门的智能化程序进 行推理 判断和计算才能提出的 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 必须建立图纸和决策之间的协 调功能 限于篇幅 本文不讨论这类决策的成图问 题 因此 该项协调功能的关键是两者之间数据的 传输问题 也就是建立数据库的工作 可以先用 Au t o C AD 系统建立起 图形的数据 文 件 然后借助 F o x p r o 2 6建立起数据库 其框架 如 图 2所 示 图形蓣据库皓相 目 2 母形数据库框架 7实际应用一清况 I 充州L f 院 2车 心 3李学忠 半 贸 早在 1 9 8 6年 我们就研制成功了有关施工图设 计 的C AD系统 后来在汉化 ACA D平台基础上 增加了编制工作面作业规程等内容 于 1 9 9 4年在晋 城矿务局古书院矿和风凰山矿进行了工业性 应用 取得了 良好效果0 在推广应用中 我们了解到现 场人员的基础与软件的应用不相适应的情况 采矿 技术人员和描 图人员缺乏计算机和 C AD技术的基 础知识 而计算机专业人员叉缺乏煤矿开采的基础 知识 这种情况使我们深刻体会到 必须在学校的 教学中增加 C AD的基础知识和技能的培养 才能 适应 2 1世纪对人才的需要 从 1 9 9 4年起 我 们 在采煤 专 业 开设 了采 矿 C AD选修课 在 1 9 9 6年 3月 山西矿业学院采煤专 业的 2 1名学员 在毕业设计中使用了 K C S J 1 0系 统 在 1 9 9 7年采煤专业的所有学员在毕业设计 中全 使用了该 系统 均取得了良好的效果 证明这条道 路是可行的 我们现有的工作 受到 了美国 Au t o D e s k公司 的重视 该公司为推进他们所研制的 Au t o C AD软 件系统 鼓励和支持在其基础上的二次开发工作 同 Hl 公司一起 向中国捐赠 1 0 O套原版软件和 HI 彩 色打印机 太原理工大学采矿与土木工程系是他们 选定的首批受捐赠的 2 5个单位之 一 现在捐赠物品已经到位 我 们准备进一步开展 工作 提高矿井设计 CAD工作的质量和水平 8 结 论 a 用汉化的 Au t o C AD平 台研制采矿 C AD系 统是可行的和必要的 b 建立采矿图素库 和有关协调功能的集合提 高采矿 C AD水平的有效途径 c 扩充采矿图素库内容 建立图形技术与智能 决策间的信息联 系 是采矿 C AD技 术进一步发展 的重要工作 参考文献 乐F啦 l 1 蝌 并 饥辅l 吐L l 景缱 L 9 1 5 1 i t t J I i z I l 乐矿站 1 t 帕I 蕾 f 姓 水i l i 2 h i 堪 墟 I l l 址 I 估 H l f j 矿怦 样 算 L 许娌轴什 砸 H驺 虹证 聃 静硒 处 1 0 1 I 1 倩 例宪 井咎 l二 程 1 t T t 4 I NN 软什 删 H啦4 l 5 城矿哥 产址 1 9 9 q I J 2 一 一 一 一 一 一 一 一 圈 形 数 撂 库 一 维普资讯 l 6 2 太 原 理 工 大 学 学 报 第 2 9卷 Pi c t ur e El e m e nt Ba s e Us e d f o r CAD o f M i n e De s i g n Hu o Zon g xi n Xi n g W e nhu a De p t o fMi n Li Xu e z h o ng Che n h o n gz h a n g an d Ci v i l En gg Abs t r a ct I t i s a c o nv e n i e nt a n d e f f e c t i v e wa y us i n g mi c r o c o m pu t e r a n d c hi ne s e A u t o CA D s y s t e m t o d r a w a mi n i n g e n g i n e e r i n g p l a n Ex p l o r i n g t h e p r o g r a m d e s i g n a n d i n t e l l i g i b i l i t y f o r mi n e f i e l d d e v e l o p me n t a n d p a n e l r o a d wa y a r r a n g e me n t i s t h e d i f f i c u l t a n d f o c a l p o i n t f o r CAD o f mi n e d e s i g n a n d i t c a n b e s l o v e d t h r o u g h e s t a b l i s h i n g t h e p i c t u r e e l e me n t b a s e Th e CAD s y s t e m f or mi ne de s i gn h a s be en d e v e l o p e d a n d u s e d o n t he s p o t a nd p r ov e d t h a t i t g i v e s i m p e t u s t o t h e r e f o r m o f t e a c h i n g me t h o d a n t c u r r i c u l u m o f mi n i n g e n g i n e e r i n g s u b j e c t i n t e a c h i n g p r a c t i c e Ke y wo r d s mi n e d e s i g n CAD CAD f o r mi n i n g p i c t u r e e l e me n t f o r mi n i n g e n g i n e e r i n g 上接第 1 5 8页 An Ex pe r i m e n t a l S t u d y O i l W a t e r I nf us i o n i n Co a l S e a m a t Hi g h Pr e s s u r e Hu Ya o qi ng Du a n Ka n gl i a n Zha o Ya o s h e n g 1 e p t o j Mi n n l d Ci v i l En g g Ab s t r a c t B a s e d o n t h e r e s u l t o f