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2 0 0 6年第 8期 煤炭工程 开采与地表沉陷分析的可视化软件系统 朱广轶 ，王 玮 ，刘晓群 1 ．沈阳大学 建筑工程学院，辽宁 沈阳1 1 0 0 4 4；2 ．沈阳煤业集团煤炭销售有限公司，辽宁 沈阳1 1 0 1 2 2 摘要煤矿开采影响范围内建筑规划、设计、维护等均离不开对井下开采方案与地表沉陷 的分析。文章介绍了一个系统解决开采与沉陷预测的软件 ，阐述 了应用概率积分法进行开采与地 表沉陷分析、坐标 系统变换 ，以及应用 V B与 C A D二 次开发技 术进行 沉陷图形绘制的理论 、方 法，说 明了软件设计框 图与 系统特点 ，以及 系统输 出的三维立体 图、二维等值线图。 关键词开采沉陷；概率积分；V B与 C A D二次开发 ；可视化 中图分类号P 6 4 2 ． 2 6 文献标识码B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9【 2 0 0 6 0 8 - 0 0 9 9 - 0 2 ．煤矿开采影响范围内建筑的规划、设计、维护均离不 开对开采与地表沉陷的分析。以随机介质理论为基础的概 率积分法是由波兰学者 J ． L i t w i n i s z y n首创。经过几十年的观 测研究，我国已具备了概率积分法所需岩移参数。进行沉 陷的可视化研究是本领域要解决的重要课题。 1 分析依据 1 应用概率积分法进行井下开采方案与地表及建筑物 移动变形的联合分析。煤层开采后 ，地表任意一点下沉的 数学模型 毗 c ∞础 一 一 抛 式中W ， ， 坐标为 ， ， 的地面点下沉值； 肛煤层开采厚度； 地表下沉系数 ； a 煤层倾角； 一开采的主要影响范围； 开采积分区域； ．s ， 一地下 ，区域内开采单元的坐标。 其它移动变形值由上式变换而得。 2 相对坐标系与实际坐标系的变换 X 。 c o s bY i s i n t 0 Y Y i c o s bX f s i n 咖Y 0 警记录查询、操作记录查询、登录记录查询等。 8 系统有 自检功能。用于测试和诊断系统功能和硬件 工作状态，出现故障实现定位，方便维护。地面上位机退 出工作，不影响井下测控系统正常运行。 4系统实施后产生的经济效益、社会效益和达到 的技术水平 1 系统实施后，通过地面监控主机，值班人员可根据 变电所现场实际运行方式直观地指挥调度生产；维修人员 根据故障报警显示，可迅速地排除故障；同时，为领导的 科学决策提供理论依据。 2 采区变电所实现无人值守后 ，提高了生产运行可靠 性，误操作事故率降低了6 0 ％ ～ 8 0 ％ 。 3 由于采用高性能、高可靠性的工业控制机，大大提 高了变电所的安全性、可靠性和事故处理能力，更弥补了 低压开关无电量参数显示、故障性质显示和记忆功能。 4 采区变电所无人值守监测监控系统投入运行后，由 于系统操作简单，维护简便 ，自动化程度高，变电所可节 省大量维护人员，只安排巡视人员即可 ，每个变电所可减 少四人 ，仅一个变 电所一年 即可节约人工工时运 行费 6 万元 。 5 系统实施后 ，每年可减少停电事故 8 0 ％，每年可多 生产煤炭 1万 t ，直接经济效益可达 5 0 0万元。 6 该系统提高了地面对煤矿井下变电所监测监控的实 时性、可靠性，对提高煤矿井下供电系统综合 自动化管理 水平，有着重要的现实意义。 5结论 本系统经过井下现场的实际运行，性能可靠、便于操 作和管理 ， 促进了煤矿井下供电管理工作，具有较好的经 济效益和社会效益及推广价值。 责任编辑郑燕凌 收稿 日期 2 0 0 59 2 7 基金项目辽宁省自然科学基金 9 51 0 2 作者简介朱广轶 1 9 6 2 一 ，男，辽宁喀左人 ， 教授，1 9 9 3 年获辽宁工程技术大学工程测量专业学硕士学位 ，现任沈 阳大学资源与土木工程研究所常务副所长，兼辽宁省测绘学会理事。 9 9 维普资讯 煤炭工程 2 0 0 6年第 8 期 其中， 咖为相对坐标系 i ， Y i 向实际坐标系 ， y 。 的 的转角 逆时针为正 ； ， Y o 为相对坐标系原点在实际坐 标系中的坐标。 3 地表移动变形的可视化研究。以 1 ． 2 r 为计算范围， 划定边界平行于坐标轴的矩形地表计算区域 R，按给定间 距将R剖分为m／ ／, 个网格 。对各网格点，应用前述概率积 分模型进行地表移动变形预计。若预计的等值线 z ， ， Y 与其中的一网格边 A B相交，则 A ≥z≥ B或 A≤z≤ 若网格边 AB与坐标纵轴平行 ，则交点为 f 一 ～ 1 y 一 若网格边 A B与坐标横轴平行，则交点为 l 一 { 一 ． 觞 【 y 按上式计算出全部等值点后，进行等值线追踪。先考虑 等值线原来前进方向，再考虑与当前点的远近，以一定顺序 把它们逐点连接起来，形成各等值线数组。然后，在 V B中 建立 A u t o C A D对象， 利用 C A D的样条插值功能绘出 R域内 的地表移动变形等值线；通过逐一插值 m一 1 个剖面，同时 不断连接 n一1 个相垂直剖面，则产生相应的立体图。 2 系统的框图 可分为准备、坐标系变换、剖分、预计、绘图 6部分。 见图 1 。 3 本 系统特点 软件系统各参数的单位、正负符号符合我国现行规程 之要求。实现计算区域的自动剖分、自动绘制预计点网格 图，得到各点的坐标值；显示采场位置形状；适用于各种 开采方案和多个任意形采场的井上下联合分析；在屏幕上 用汉字提示操作步骤，计算过程中可显示与跟踪检验数据； 如起算数据不合理，程序停止，并以消息框提示错误原因； 可输出采动引起的地表下沉 w，以及沿计算方向和垂直于 计算方向的水平移动 u 、倾斜变形 I 、水平变形 e 、 、 曲率变形 K 的成果表 略 、二维等值线图 图2 和三维 立体图 例如，图3 。 4 结语 软件以概率积分法为基础，系统地研究 了开采引起的 地表沉陷分析中一系列问题。应用 V i s u a l B a s i c与 A u t o C A D 二次开发技术绘出二维等值线图和三维立体图，系统具有 良好的可操作性和先进性。在沈阳、铁法、七台河、鹤岗、 抚顺等矿区应用中，成功地解决了 许多实际问题。 l 0 0 I开始 界面， 密 码1 l 输入汁 算方向， 坐标系个数， 起始点， J 输出方式 A Y图形；A T表格 l 打开 地质 采矿 参数 文件、 绘 图参 数文 件 f 选择坐标系R 任意 ； P 实际 ， l I 可进行坐标平移与旋转 l 汁 算范围R自 动剖 分， 网 格点坐 标 x ， y 的 I 计算， 显示丰 日 应坐标系中的剖分刚格和采场 l l选 择 参 秘计 算 的 采 场 开 采 方 案 l 图1 程序结构框图 图2 地表水平移动的二维等值线图 图3 地表水平移动的三维图 参考文献 [ 1 ] 何国清，杨伦，凌赓娣，等．矿山开采沉陷学 [ M] ．北京 中国矿大 出版社 ，1 9 9 1 1 6 6～1 7 2 ． 【 2 ] 煤炭科学研究院北京开采所．煤矿地表移动与覆岩破坏规律 及其应用 [ M] ．北京煤炭工业出版社，1 9 8 3 3 5 9 ． ． 3 6 5 ． 责任编辑章新敏 维普资讯
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