基于AutoCAD二次開發(fā)的三心拱巷道斷面設(shè)計(jì)

何亞波，李 盼，胡莉娟

(1．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008;2．西安財(cái)經(jīng)學(xué)院統(tǒng)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710100)

巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)減小了重復(fù)性較大的計(jì)算繪圖工作量，并且使設(shè)計(jì)更加規(guī)范準(zhǔn)確。本文介紹了基于Dotnet平臺(tái)的C#開發(fā)AutoCAD，實(shí)現(xiàn)了三心拱巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)。C#作為微軟專門為Dotnet平臺(tái)研發(fā)的語(yǔ)言，是完全面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z(yǔ)言，綜合了VB和C++兩者的優(yōu)點(diǎn)，通俗易懂而且功能強(qiáng)大，在保證功能強(qiáng)大的前提下大大提高開發(fā)速度，在AutoCAD二次開發(fā)過(guò)程中具有明顯的優(yōu)越性。［1］三心拱巷道斷面利用率高，適用于圍巖堅(jiān)固的開拓巷道、上下山和硐室，是煤礦的幾大常用巷道之一。因?yàn)槿墓跋锏罃嗝娉蓤D相對(duì)困難，在巷道斷面設(shè)計(jì)中具有代表性。

1 概述

巷道斷面是指垂直于巷道長(zhǎng)軸線的橫斷面。巷道斷面設(shè)計(jì)原則是在滿足安全和使用的前提下，力求提高斷面利用率，縮小斷面，降低造價(jià)并便于施工 。巷道斷面設(shè)計(jì)要求選擇斷面形狀和確定斷面尺寸，用風(fēng)速校核凈斷面，選擇支架參數(shù)和道床參數(shù)，計(jì)算巷道的設(shè)計(jì)掘進(jìn)斷面，并按照允許加大值(超挖值)計(jì)算出巷道的計(jì)算掘進(jìn)斷面積，繼而確定水溝參數(shù)及管線布置，繪制斷面施工圖，編制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。針對(duì)三心拱巷道斷面設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，本文提出了一種基于Dotnet平臺(tái)的C#開發(fā)AutoCAD實(shí)現(xiàn)三心拱巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)的思路，以適應(yīng)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需要，巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)在現(xiàn)代煤礦企業(yè)中成為必然要求。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三心拱斷面尺寸的確定、用風(fēng)速校核凈斷面和自動(dòng)成圖，不同于以往單純以制圖為目的的設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的智能校核和最小經(jīng)濟(jì)原則，具有開發(fā)巷道斷面設(shè)計(jì)輔助軟件的代表性。目前，國(guó)內(nèi)斷面設(shè)計(jì)過(guò)程大多停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和手工操作階段，設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率難以保證，大量的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)沒(méi)能很好的積累與梳理。因此，參數(shù)化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，提高了巷道斷面設(shè)計(jì)的能力與效率。

2 系統(tǒng)建立［2］

三心拱巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了斷面尺寸的確定，用風(fēng)速校核凈斷面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)成圖。此系統(tǒng)包括了參考最小巷道凈寬度計(jì)算、參考最小巷道凈高度計(jì)算、風(fēng)速驗(yàn)算和成圖等四個(gè)過(guò)程。三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)基本流程圖見圖1。

2．1 三心拱巷道斷面參考最小凈寬度計(jì)算

三心拱巷道凈寬度是指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長(zhǎng)度終端之間的水平距離。本系統(tǒng)以內(nèi)壁之間的水平距離為準(zhǔn)。三心拱巷道就屬于直墻巷道。在巷道類型確定之后，巷道凈寬度確定依據(jù)為：有運(yùn)輸設(shè)備時(shí)，取決于寬度運(yùn)輸設(shè)備寬度、人行道寬度和相應(yīng)的安全間隙;無(wú)運(yùn)輸設(shè)備的巷道可根據(jù)通風(fēng)及行人需要確定。嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定確定。其中，雙軌巷道斷面凈寬度計(jì)算公式為：

單軌巷道斷面凈寬度計(jì)算公式為：

式中：

a—非人行道一側(cè)的寬度;

A—運(yùn)輸設(shè)備的最大寬度;

n—運(yùn)輸設(shè)備最突出部分的距離;

c—非人行道一側(cè)的寬度。

系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)給出參考最小巷道凈寬度，若在之后的風(fēng)速驗(yàn)算等過(guò)程中不能滿足設(shè)計(jì)要求，用戶可以自行上調(diào)數(shù)值。系統(tǒng)提供給用戶單軌和雙軌兩張類型選擇，按照不同選型進(jìn)行求解，并顯示在窗體上。

圖1 三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)基本流程圖

2．2 三心拱巷道斷面參考最小凈高度計(jì)算

三心拱形巷道的凈高是指自道渣面至拱頂內(nèi)沿或錨桿露出長(zhǎng)度終端的高度。其計(jì)算公式如下：

式中：

H—凈高度;

h3—墻高;

hb—巷道底板到道渣面的高度;

h0—拱高。

式中：

v—通過(guò)巷道風(fēng)流的速度，m/s;

Q—通過(guò)巷道的風(fēng)量，m3/s;

S—巷道的凈斷面積，m2;

vm—巷道允許通過(guò)的最高風(fēng)速，m/s。

用戶根據(jù)礦井通風(fēng)能力等確定是否符合要求，若符合要求，則可以確定繪圖，若不符合要求，則可以修改部分或全部參數(shù)，直到符合要求為止。

3 編程實(shí)現(xiàn)

C#以其強(qiáng)大的操作能力、優(yōu)雅的語(yǔ)法風(fēng)格、創(chuàng)新的語(yǔ)言特性和便捷的面向組件編程的支持成為Dotnet開發(fā)的首選語(yǔ)言。在傳統(tǒng)的AutoCAD二次開發(fā)中VBA占據(jù)了核心地位，隨著Dotnet平臺(tái)的出現(xiàn)，

0置也是這樣。當(dāng)凈寬度確定以后，拱高相應(yīng)的被求出。三心拱巷道墻高是按照行人要求、運(yùn)輸通暢、設(shè)備安裝檢修需要來(lái)確定。

在本系統(tǒng)中有一個(gè)墻高計(jì)算函數(shù)庫(kù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)按照不同方式及其組合計(jì)算墻高。另外，巷道底板到道渣面的高度，由鋪軌參數(shù)確定，在本系統(tǒng)中給出了幾個(gè)可選值。

2．3 三心拱巷道斷面風(fēng)速驗(yàn)算

三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)中，巷道斷面風(fēng)速按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的風(fēng)流速度及《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)條文進(jìn)行校核。C#也將成為AutoCAD二次開發(fā)的主流語(yǔ)言。C#是通過(guò)AutoCAD ActiveX這座橋梁來(lái)和AutoCAD之間進(jìn)行通訊的。AutoCAD ActiveX使用戶能夠從 Auto-CAD的內(nèi)部或外部以編程方式來(lái)操作AutoCAD。對(duì)象是所有ActiveX應(yīng)用程序的主要構(gòu)造塊，這為C#面向?qū)ο缶幊烫峁┝私涌冢?］。

三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)……三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)包含了Class1、Baskethandlearch、Calculateh3、MainForm等四個(gè)類。下面將逐一進(jìn)行說(shuō)明。

Class1類用來(lái)處理一些程序基本的設(shè)置、調(diào)用等功能，包括檢測(cè)AutoCAD是否啟動(dòng)、加載實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的應(yīng)用擴(kuò)展程序CUMTLab．dll和程序主窗體的加載等［4］。

Baskethandlearch類作為本系統(tǒng)的主體，提供了三心拱巷道的面積計(jì)算、輪廓繪制等方法。給Baskethandlearch 類創(chuàng)建了 Basepoint、Aspectratio、Bottomwidth、Height等屬性，有利于之后MainForm類中各種調(diào)用的參數(shù)傳值。構(gòu)造函數(shù)Baskethandlearch()用來(lái)……。CalculateArea()函數(shù)用來(lái)計(jì)算面積，CalculatePts()函數(shù)用來(lái)計(jì)算繪圖時(shí)所需點(diǎn)的坐標(biāo)，Draw()函數(shù)用來(lái)繪制三心拱。

Calculateh3類提供了四種不同要求及其組合計(jì)算墻高的函數(shù)庫(kù)，使得MainForm類中計(jì)算墻高時(shí)可以方便調(diào)用。

MainForm類作為主窗口類，用來(lái)實(shí)現(xiàn)程序與用戶的交互。其中，定義了一個(gè)Approximate()函數(shù)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)將一個(gè)數(shù)以只進(jìn)不舍的原則以100 mm進(jìn)級(jí)。另外，在墻高計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)選擇不同算法或其組合，以取其最大值的原則進(jìn)行。三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)軟件核心界面見圖2。

圖2 三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)軟件核心界面

4 三心拱巷道斷面參數(shù)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

加載文件進(jìn)入系統(tǒng)以后，在巷道輪廓標(biāo)簽下選擇雙軌巷，之后轉(zhuǎn)入巷道尺寸標(biāo)簽下，輸入下列參數(shù)：

運(yùn)輸設(shè)備上左邊緣距巷道壁的距離 a，mm，取900;

電機(jī)車(或礦車)最大寬度A1，mm，取1 200;

兩機(jī)車間安全間距b，mm，取400;

運(yùn)輸設(shè)備上右邊緣距巷道壁的距離 c，mm，取1 100。

確定后，選擇復(fù)選框中下列參數(shù)：

人行高度要求;

架線電機(jī)車導(dǎo)線弓要求;

1．6 m高度內(nèi)人行寬度要求;

設(shè)備上緣至拱壁最小安全間隙要求：

機(jī)車高 h，mm，取1 550;

架線高 h4，mm，取 2 000。

選擇參數(shù)：

道渣面高 hb，mm，取200;

軌道面高 hc，mm，取360。

確定后輸入風(fēng)量70 m3/s，計(jì)算得風(fēng)速為3．586 m/s，合理點(diǎn)擊確定，即可繪圖，若風(fēng)速不能滿足生產(chǎn)要求，可以人為擴(kuò)大墻高或凈寬，以達(dá)到風(fēng)速指標(biāo)。三心拱巷道斷面繪制結(jié)果見圖3。

圖3 三心拱巷道斷面

5 結(jié)論與展望

基于Dotnet平臺(tái)的C#開發(fā)AutoCAD實(shí)現(xiàn)三心拱巷道斷面參數(shù)化設(shè)計(jì)，完成了斷面尺寸的確定，用風(fēng)速校核凈斷面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)成圖，不同于以往的單純提供繪圖自動(dòng)化的設(shè)計(jì)模式，引入計(jì)算判斷模塊，增加了設(shè)計(jì)的可靠性，提高了巷道斷面設(shè)計(jì)的能力與效率。

基于這種思想，可以實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)選型和材料消耗自動(dòng)成表，完成整個(gè)巷道設(shè)計(jì)的參數(shù)化設(shè)計(jì)工作，進(jìn)而在各個(gè)行業(yè)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)思路，使設(shè)計(jì)變得直觀容易，大大減輕設(shè)計(jì)者的計(jì)算量和繪圖工作。

［1］ 尹 力，佟海龍，朱真才．綜采面成套設(shè)備選型與布置的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38(7)：81－84．

［2］ 煤礦礦井采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組．煤礦礦井采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下冊(cè))［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，1996：329－340，501－511．

［3］ 董長(zhǎng)吉，王海爽．VB對(duì)AutoCAD二次開發(fā)在巷道斷面設(shè)計(jì)中的研究與應(yīng)用［J］．煤炭技術(shù)，2005，24(8)：43－44．

［4］ 內(nèi)格爾著，李 銘譯．C#高級(jí)編程［M］．第6版．北京：清華大學(xué)出版社，2008：24－26．