Excel VBA在巷道圍巖支護(hù)穩(wěn)定性控制中的應(yīng)用

朱帥 劉飛

（河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作 454000）

Excel VBA在巷道圍巖支護(hù)穩(wěn)定性控制中的應(yīng)用

朱帥 劉飛

（河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作 454000）

在對(duì)巷道圍巖變形控制的研究過程中，傳統(tǒng)的監(jiān)測和預(yù)測方法所需時(shí)間長、誤差大?；诖?，以對(duì)平煤集團(tuán)六礦丁二軌道下山巷道的變形監(jiān)測分析為例，采用Excel VBA的二次開發(fā)模塊設(shè)計(jì)程序，快速繪制巷道圍巖變形曲線圖和變形趨勢曲線，并計(jì)算出以觀測日期t為自變量的與位移u或變形速率v的函數(shù)，預(yù)測巷道圍巖的變形狀況。這一程序具有快速、準(zhǔn)確、可重復(fù)等特點(diǎn)，有助于提高工作效率，且容易保存管理。

巷道圍巖；變形監(jiān)測；Excel VBA

在巷道的支護(hù)過程中，對(duì)于巷道圍巖變形情況的掌握尤為重要。以監(jiān)測巷道頂?shù)装搴蛢蓚?cè)的變形情況的信息反饋為依據(jù)，提出符合實(shí)際的行之有效的巷道支護(hù)方案，使人工支護(hù)方案與圍巖共同作用，從而形成一個(gè)具有能量守恒的動(dòng)態(tài)平衡支護(hù)系統(tǒng)［1］。

1 巷道圍巖變形與監(jiān)測

1.1 巷道圍巖變形特征

由于巖體具有一定的流變特性，在對(duì)巷道圍巖的支護(hù)過程中，圍巖會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生一定的變形，并且圍巖處于不同階段下的變形程度不同［2］。一般圍巖的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系變形分為3個(gè)階段。

1.1.1 彈性變形階段。這一階段下巖體的變形量有明顯的增加，變形速率變化較大，圍巖應(yīng)力處于逐漸增加的階段。

1.1.2 應(yīng)變軟化階段。當(dāng)圍巖應(yīng)力-應(yīng)變增加到一定峰值時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變在支護(hù)方案的作用下開始逐漸降低，圍巖變形量減小，但圍巖體依舊有明顯變形，變形速率相比于彈性階段的變形速率較低。

1.1.3 殘余變形階段。圍巖的應(yīng)力-應(yīng)變與支護(hù)強(qiáng)度處于一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的階段，變形量由低逐漸變?yōu)?，最后趨于穩(wěn)定。

1.2 巷道圍巖的監(jiān)測方法

對(duì)于圍巖巷道變形的監(jiān)測方法主要是通過工程現(xiàn)場實(shí)測，測量出巷道頂?shù)装寮皟蓚?cè)位移量，并通過回歸分析預(yù)測其變形趨勢，觀察是否符合圍巖圍巖應(yīng)力-應(yīng)

變曲線，用來作為判斷巷道支護(hù)方案是否合理的依據(jù)［3］。然而，這一方法測試花費(fèi)時(shí)間長、效率低，人工統(tǒng)計(jì)計(jì)算易出錯(cuò)，可能最后得出的計(jì)算結(jié)果不能很好地反映頂?shù)装搴蛢蓚?cè)的變形位移情況。在深部軟巖巷道中，地應(yīng)力較高且圍巖穩(wěn)定性較差，一般采取支護(hù)強(qiáng)度較高的支護(hù)方案。在前期的測量過程中由于支護(hù)強(qiáng)度高，圍巖所承受的壓力被支護(hù)方案分散，短期內(nèi)不會(huì)表現(xiàn)出明顯的變形，監(jiān)測所得到的數(shù)據(jù)變化處于安全范圍內(nèi)。然而，軟巖巷道的應(yīng)變軟化區(qū)域較大，巖體蠕變時(shí)間長，變形量大，在長時(shí)間的不穩(wěn)定變形作用下，巷道會(huì)發(fā)生明顯位移甚至破壞，從而發(fā)生一系列的支護(hù)損壞、片幫、垮落等事故。所以，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方法不適用于所有圍巖巷道支護(hù)，尤其不適用現(xiàn)如今愈來愈多的深埋巷道支護(hù)方案的監(jiān)測。

2 程序設(shè)計(jì)的目的與流程

深埋巷道的圍巖變形監(jiān)測與控制往往需要進(jìn)行超長期的測量和大量數(shù)據(jù)的處理，專業(yè)測量人員匱乏，工作量大，工作時(shí)間長，測量與統(tǒng)計(jì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力精度不高［4］。利用Excel這一辦公軟件強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)功能，電子表格模塊編輯巷道變形數(shù)據(jù)，利用Excel-VBA模塊設(shè)計(jì)變形曲線圖并對(duì)其進(jìn)行擬合回歸分析［5］，整理出以時(shí)間t為自變量與位移u相關(guān)的函數(shù)關(guān)系式。通過該函數(shù)關(guān)系式，預(yù)測巷道未來的變形情況。

3 實(shí)用案例分析

本程序設(shè)計(jì)以平煤六礦丁二軌道下山巷道的圍巖變形監(jiān)測為例，該巷道埋深870m，圍巖軟弱破碎，屬于深部軟巖巷道，采用傳統(tǒng)錨桿+普通U型鋼可縮支架支護(hù)，支護(hù)方案的初始支撐強(qiáng)度較高，圍巖變形不明顯，但由于軟巖巷道的長期變形特性，對(duì)于圍巖巷道變形的長期監(jiān)測與預(yù)測顯得尤為重要。

3.1 監(jiān)測布置方案

平煤六礦丁二軌道下山巷道是典型的直墻半圓拱巷道，為了從多方面監(jiān)測其變形狀況，在已支護(hù)完畢的巷道中選取120m作為監(jiān)測巷道，每隔30m設(shè)置一組觀測站，十字交叉法布置（頂?shù)?、兩?cè)布站呈中心對(duì)稱），測量儀器為測桿，歷時(shí)150d，測量出對(duì)應(yīng)的頂?shù)装迮c兩側(cè)變形量。

3.2 數(shù)據(jù)錄入與變形速率的統(tǒng)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用的Excel版本為Microsoft Excel 2013，建立Excel工作表將Sheet1命名為TestPoint1，Sheet2命名為TestPoint2，Sheet3命名為TestPoint3。

以第一觀測站的工作表Test Point-1數(shù)據(jù)為例：A列為觀測日期t，默認(rèn)單位為d；B列為兩幫位移量u1，默認(rèn)單位為mm；C列為兩幫位移速率v1，默認(rèn)單位為mm/d，首行的值為B/A，第n行的速率值計(jì)算公式為“=［Bn-B(n-1)］/［An-A(n-1)］”；D列為頂?shù)装逦灰屏縰2，默認(rèn)單位為mm；E列為兩幫位移速率v2，默認(rèn)單位為mm/d，首行的值為E/ A，第N行的速率值計(jì)算公式為“=［En-E(n-1)］/［An-A(n-1)］”。所建立的表格如圖1所示。

3.3 Excel VBA程序設(shè)計(jì)

在對(duì)圍巖變形的監(jiān)測中，為了能夠?qū)⒂^測結(jié)果更直觀顯性地表達(dá)出圍巖變形的不同階段，需要繪制變形曲線圖和變形速率曲線圖，該繪圖工作可以在Excel的“圖表”模塊中完成，但若要對(duì)每一個(gè)測站都進(jìn)行手動(dòng)繪制曲線圖，工作量繁雜重復(fù)，可以在Excel VBA的二次開發(fā)環(huán)境中對(duì)某一單元格自定義，在一個(gè)空白單元格中添加“繪圖”與“統(tǒng)計(jì)”程序，從而快速生成曲線圖和回歸方程。

在Excel界面使用組合鍵“Alt+F11”進(jìn)入VBA編輯界面后在菜單欄選擇“插入”→“模塊”，即可開始編程。由于代碼行數(shù)較多，現(xiàn)選擇個(gè)別關(guān)鍵行代碼進(jìn)行解釋：

式（1）是建立包含240個(gè)單元格具平滑曲線的散點(diǎn)圖，式（2）指明了數(shù)據(jù)來源；

式（3）是繪制對(duì)數(shù)型趨勢圖像，式（4）是繪制冪級(jí)數(shù)

型趨勢圖像，式（5）是顯示方程。最后返回Excel，輕松得到如圖2所示的變化曲線和變化曲線的函數(shù)。

圖2 使用VBA語言繪制出的變化曲線圖

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)以Excel便捷的辦公模塊為基礎(chǔ)，開發(fā)了快速預(yù)測圍巖位移變化趨勢的程序，能夠自動(dòng)生成變形曲線和變形速率曲線，并給出向?qū)?yīng)的函數(shù)關(guān)系式，提高了現(xiàn)有的工作效率和計(jì)算速度，減少了測量所需時(shí)間，能夠預(yù)測未來巷道的變形量。從平煤六礦丁二軌道下山巷道變形的監(jiān)測情況來看，在錨桿+普通U型鋼可縮支架支護(hù)方案下巷道的位移變形量較大，嚴(yán)重影響井下的安全生產(chǎn)，應(yīng)立即對(duì)原支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化修復(fù)。這種新型的監(jiān)測方案從布站、執(zhí)行、計(jì)算、預(yù)測均由測量儀器和計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，減少了人為失誤的可能性，確保監(jiān)測結(jié)果的快速、可靠?？傊摮绦蚓哂袦?zhǔn)確、快速、可重復(fù)的特點(diǎn)，并且有助于數(shù)據(jù)的保存和整理，適合推廣使用。

［1］李大偉.深井與軟巖巷道二次支護(hù)原理及控制技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

［2］沈明榮，陳建峰.巖體力學(xué)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2006.

［3］何滿潮.中國煤礦巷道支護(hù)理論與實(shí)踐［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［4］張群超，祿占磊，陳凱華.井下大巷控制測量中的Excel VBA應(yīng)用開發(fā)［J］.中州煤炭，2007（3）：21-22.

［5］夏強(qiáng).Excel VBA應(yīng)用開發(fā)與實(shí)例精講［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

Application of Excel VBA in the Surrounding Rock Stability Controlling

Zhu ShuaiLiu Fei
（College of Energy Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454000）

In the study of roadway surrounding rock deformation control,the traditional methods of monitoring and prediction have the disadvantages of long time observation and large error.Based on this,taking the analysis of defor?mation monitoring for the Ding2 track down roadway in Pingdingshan No.6 coal mine as a case,deformation curves and deformation trend curves of surrounding rock of roadway were rapidly drew by using Excel VBA module design program,and the function of u or v of deformation rate was calculated with the observation date t as the independent variable,to predict the deformation of surrounding rock of roadway.Ultimately achieve the purpose of predicting the defoemation of surrounding rock.This program has the advantages of rapid,accurate and repeatable,it can help to im?prove the efficiency and easy management.

roadway surrounding rock；deformation monitoring；Excel VBA

TD353

A

1003-5168（2016）10-0054-03

2016-09-03

朱帥（1989-），男，碩士，研究方向：礦山壓力與巖層控制。