利用計(jì)算機(jī)EXCEL2003對煤柱邊界進(jìn)行自動化計(jì)算

李建力

（晉煤集團(tuán)寺河礦地測科，山西 沁水 048205）

利用計(jì)算機(jī)EXCEL2003對煤柱邊界進(jìn)行自動化計(jì)算

李建力

（晉煤集團(tuán)寺河礦地測科，山西 沁水 048205）

留設(shè)保護(hù)煤柱是為了有效保護(hù)受護(hù)范圍不受采動影響，通常采用垂線法留設(shè)保護(hù)煤柱。文章介紹了使用計(jì)算機(jī)EXCEL2003軟件將復(fù)雜計(jì)算公式進(jìn)行疏理，然后用數(shù)學(xué)函數(shù)編入Excel2003做成表格。技術(shù)人員使用該表格，只需有關(guān)參數(shù)輸入相應(yīng)單元格中，表格將自動利用公式計(jì)算出保護(hù)煤柱的邊界坐標(biāo)；這樣就可縮短計(jì)算時間，減少了工作量，提高準(zhǔn)確度。

頂計(jì)算機(jī)；保護(hù)煤柱；自動計(jì)算

1 概述

采出地下煤炭后，破壞了地層內(nèi)原有的應(yīng)力平穩(wěn)，采空區(qū)頂板巖層向下彎曲下沉，乃至斷裂于采空區(qū)。當(dāng)采空區(qū)的面積達(dá)到一定范圍時，這種移動和變形會波及到地表，導(dǎo)致地表出現(xiàn)下沉、地面建筑物受到破壞。因此，合理留設(shè)保護(hù)煤柱是解決這一問題主要方法。

留設(shè)保護(hù)煤柱主要采用垂線法，采用人工計(jì)算較煩瑣、計(jì)算量較大，容易出現(xiàn)錯誤；因而至少需要兩個人同時計(jì)算、相互檢核、以求正確結(jié)果。這對我礦來說，礦界內(nèi)村莊較多、有重要的鐵路、公路、高壓線路、河流。若用人工計(jì)算保護(hù)煤柱邊界，無疑是設(shè)計(jì)人員的嚴(yán)峻任務(wù)。

利用計(jì)算機(jī)Excel2003設(shè)計(jì)的表格進(jìn)行計(jì)算，只需將受護(hù)范圍各拐點(diǎn)坐標(biāo)、地面高程、煤層底板高程、松散層厚度、圍護(hù)帶寬度、巖層移動角、受護(hù)邊界與煤層所夾的銳角、煤層傾角等有關(guān)參數(shù)輸入相應(yīng)的單元格中，該表格將自動計(jì)算出保護(hù)煤柱的邊界坐標(biāo)。這樣只需人工再按公式計(jì)算一遍、做一下檢核就可以了。寺河礦胡家掌風(fēng)井場地3號煤保護(hù)煤柱、工業(yè)廣場3號煤保護(hù)煤柱、三水溝風(fēng)井場地3號煤保護(hù)煤柱，都是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，其精度完全滿足有關(guān)規(guī)程要求。

2 人工計(jì)算程序

2.1 確定受護(hù)邊界

在平面圖上按保護(hù)對象的保護(hù)等級平行于保護(hù)對象的輪廓線留設(shè)圍護(hù)帶。

2.2 確定保護(hù)煤柱

（1）表土層受護(hù)范圍：在煤層底板等高線圖上，由受護(hù)邊界向外量出

式中:h為表土層厚度，m；φ為表土層移動角，°。從而得到基巖面上的受護(hù)邊界。

（2）基巖受護(hù)范圍：再從基巖面上的受護(hù)邊界作各邊界的垂線，這些垂線長按下式計(jì)算：

式中：θ為受護(hù)邊界與煤層走向所夾的銳角。θ、β、γ分別為走向方向、上山方向、下山方向的基巖移動角。

（3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別在各垂線上量取qi、li值，得 A、A′、B、B′、C、C′、D、D′各點(diǎn)，連接A′B、AC、C′D、D′B′各線并延長，則相交于 1、2、3、4四點(diǎn)，形成四邊形，即為所求的保護(hù)煤柱邊界，見圖1。

3 計(jì)算機(jī)EXCEL2003計(jì)算程序

3.1 計(jì)算程序設(shè)計(jì)思路

圖1 保護(hù)煤柱計(jì)算示意圖

將煤柱邊界計(jì)算表格分為二部分：（1）利用垂線法公式將函數(shù)公式編入表格中，自動算出煤柱的總保護(hù)帶寬度；保護(hù)帶寬度計(jì)算。（2）利用測量原理將函數(shù)公式編入保護(hù)煤柱邊界坐標(biāo)計(jì)算表中，根據(jù)受護(hù)邊界坐標(biāo)自動算出保護(hù)邊界坐標(biāo)。

3.2 計(jì)算程序設(shè)計(jì)原理

計(jì)算煤柱時，只需按照設(shè)計(jì)表格將受護(hù)范圍各拐點(diǎn)坐標(biāo)、地面高程、煤層底板高程、松散層厚度、圍護(hù)帶寬度、巖層移動角、受護(hù)邊界與煤層所夾的銳角、煤層傾角等參數(shù)輸入相應(yīng)的單元格中，表格將自動算出保護(hù)煤柱的邊界坐標(biāo)。大致步驟如下：（1）將計(jì)算保護(hù)煤柱的有關(guān)參數(shù)填入相應(yīng)的單元格中。（2）基巖厚度＝地面高程-底板高程-松散層厚度。（3）β’(余切)、γ’（余切）、q（上山）、l（下山），根據(jù)人工計(jì)算公式用數(shù)學(xué)函數(shù)和邏輯函數(shù)編入單元格中。（4）總保護(hù)帶寬度＝松散層保護(hù)寬度+圍護(hù)帶寬度+[q（上山）或者l（下山）]。(5)按受護(hù)范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)測量公式用函數(shù)編入相應(yīng)單元格，最終算出受護(hù)邊界的方位角。(6)根據(jù)算出的方位角和總保護(hù)帶寬度，用三角函數(shù)和邏輯函數(shù)算出各個方向的坐標(biāo)偏移量。(7)垂直于煤柱邊上的點(diǎn)坐標(biāo)＝受護(hù)范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)+坐標(biāo)偏移量。(8)根據(jù)垂直于煤柱邊上的點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)直線方程算出直線的斜率k、常數(shù)b。(9)根據(jù)數(shù)學(xué)公式算出煤柱的拐點(diǎn)坐標(biāo)。

根據(jù)上述原理做出煤柱的計(jì)算表格時，尚需注意三點(diǎn)：點(diǎn)號要按順時針方向設(shè)置；黃色區(qū)域?yàn)樽詣佑?jì)算區(qū)域，不能進(jìn)行修改；插入新點(diǎn)時，按邊插入（即一次插入一條邊）。

3.3 煤柱計(jì)算表格的參數(shù)選取

（1）受護(hù)范圍受護(hù)邊界坐標(biāo)可按地面實(shí)測（設(shè)計(jì)）圖紙量取出來。（2）地面標(biāo)高和底板標(biāo)高可按受護(hù)范圍所在位置，根據(jù)采掘工程平面圖和井上下對照圖中量取出來。（3）松散層厚度可在受護(hù)范圍附近鉆孔地質(zhì)柱狀圖中查詢出來。（4）圍護(hù)帶寬度根據(jù)受護(hù)范圍等級在表1中查詢出來。（5）受護(hù)邊界與煤層走向所夾的銳角，可在采掘工程平面圖中量取出來。（6）巖層移動角，可對回采面相對應(yīng)的地面做巖移觀測，通過分析計(jì)算求得。（7）煤層傾角，根據(jù)受護(hù)范圍內(nèi)的煤層底板等高線算出的。

4 結(jié)束語

（1）計(jì)算機(jī)計(jì)算煤柱，需將有關(guān)參數(shù)輸入相應(yīng)的單元格中（白色區(qū)域），表格將會自動算出煤柱的拐點(diǎn)坐標(biāo)。計(jì)算機(jī)的程序減少了復(fù)雜的計(jì)算程序操作簡單、準(zhǔn)確度高，可縮短工作時間、提高工作效率。（2）該項(xiàng)目在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在寺河礦多建筑群、銜接緊張、高產(chǎn)高效的背景下，對每個煤柱設(shè)計(jì)都必須嚴(yán)格執(zhí)行，才能為采掘部署提供技術(shù)依據(jù)，使采掘部門早作準(zhǔn)備、早定措施、保證礦井的高產(chǎn)高效。

[1]李戰(zhàn)宏.礦山測量技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

[2]黃樂亭.我國村莊下采煤的現(xiàn)狀與發(fā)展重點(diǎn)[J].礦山測量，1999（04）：3-6.

Automatic calculation on Coal Column Boundary w ith EXCEL2003

LI Jian-li

(Geological Survey Section of Sihe Mine,Jincheng Coal Group,Qinshui Shanxi 048205)

Vertical linemethod is usually adopted to setup protective coal pillars aiming at protecting areas not to be affected during mining.The paper introduces using EXCEL2003 to reorganize complex formulas,and then compiling them into a table.When technicians use the table,they can only input parameters into corresponding cells.The table can automatically use formulas to calculate the boundary coordinates.Themethod can shorten calculation time,reduceworkload,and increase accuracy.

computer;protective coal pillars;automatic calculation

TD822+.3

A

1672-5050（2011）10-0054-03

2011-06-22

李建力（1981—），男，山西澤州人，本科，助理工程師，從事礦山測量及其技術(shù)管理工作。

徐樹文