地下矿开采设计的CAD方法

第i6卷蹈刊1issn1001-033x1994,2,0紧科技大学学报 Vol.16 1994年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1994 地下矿开采设计的CAD方法 陈永峰 云庆夏 (西安建筑科技大学) 摘要本文以AUTO CAD为基础提出了以交互式和自动化相结合进行地下矿开采设计 CAD方法，介绍了热键、汉字标注、参数输人，数据组织、工程布线及标识、实体识别、文本 修改、工程计算等技术方法，开发出了适合地下矿开采设计的CAD软件。该软件运行性能稳定， 功能完整实用，结果正确可靠，操作简便。本软件的使用可大大诚轻工程技术人员的设计工作 强度，提高地下矿开采设计的质量和应变能力。 关键词CAD技术，地下矿开采设计，交互式，自动化 A CAD Mtheod for Underground Mining Design Chen Yongfeng Yun Qinria ABSTRACT The paper advises a CAD method for mining design in an underground mine in the way of automatic and interactive operation on the base of the Auto CAD package:intro- duces techniques of hot-key,chinese character writing,parameter input,data organization, engineering layout and tagging,entity identification,text revise,and engineering calculation. A CAD software package is developed for the underground mine design. KEY WORDS CAD techniques,underground mining design,interactive operation,automa- tion 工程设计历来是一项复杂而艰辛的工作。工程设计人员常常需要投人大量的时间去反 复修改图件、进行设计计算，而无更多的精力去考虑设计方案的优劣。对工程设计及设计 方案的任何变动，设计人员常常无法快速反应。 计算机技术特别是CAD技术的日趋完善，为减轻工程技术人员的设计工作强度提出 了有力的工具。对矿山采矿设计来说，由于其条件的特殊性，没有通用的CAD应用软件能 直接应用于矿山的工程设计中，这样，开发出一套适合矿山条件的矿用CAD软件就成一项 非常有意义的工作。为此，我们结合武钢金山店铁矿的实际，进行了适合地下矿开采设计 ·1994-07-14收稍第一作者男，33岁，讲师

第 16 卷增 刊 1 9 9 4 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y Be i i i n g V o l . 16 O e t . 1 9 9 4 地下矿开采设计的 C A D 方法 陈永峰 云 庆夏 ( 西安建筑科技大 学) 摘 要 本文 以 A u T O c A D 为基 础提 出了以 交互 式和 自动 化相结合进行 地下矿 开采设计 C A D 方法 , 介 绍了热键 、 汉字标 注 、 参数输人 、 数据组织 、 工程布线及标识 、 实体识 别 、 文本 修改 、 工程计算等技术方 法 , 开发 出了适合地下矿开采设计的 C A D 软件 。 该软件运行性能稳定 , 功能完整实用 , 结果正 确可靠 , 操作简便 。 本软件的使用可 大大 减轻工程技术人员的设计工作 强度 , 提高地下矿开采设计 的质量和应变能力 。 关键词 c A D 技术 , 地下矿开采设计 , 交互式 , 自动化 A C A D M t h e o d f o r U n d e r g r o u n d M i n i n g D e s ig n hC e n Y训g fe ng y “ n Q二必 A B S T R A C T T h e p a p e r a d v i s e s a C A D m e t h od f o r m i n i n g d e s ig n i n a n u n d e r g r o u n d m i n e i n t h e w a y o f a u t o m a t i e a n d i n t e r a e t i v e o p e r a t i o n o n t h e b a s e o f t h e A u t o C A D p a e k a g e : i n t r -o d u e e s t e e h n i q u e s o f h o t 一 k e y , e h i n e s e c h a r a e t e r w r i t i n g , p a r a m e t e r i n p u t , d a t a o r g a n i az t i o n , e n g i n e e r i n g l a y o u t a n d t a g g i n g , e n t i t y i d e n t if i e a t i o n , t e x t r e v i s e , a n d e n g i n e e r i n g e a lc u l a t i o n . A C A D s o f t w a r e p a e k a g e 1 5 d e v e l o p e d f o r t h e u n d e r g r o u n d m i n e d e s i g n . K E Y W O R D S C A D t e e h n i q u e s , u n d e r g r o u n d m i n i n g d e s i g n , i n t e r a e t i v e o 沐r a t i o n , a u t o m a - t i o n 工程设计历来是一项复杂而艰 辛的工 作 。 工程 设计人员常常 需要投人 大量 的时间去反 复修改 图件 、 进行设计计算 , 而无更多的精力 去考虑 设计方案的优劣 。 对工程 设计及设 计 方案的任何变动 , 设计人员常常无法快速反应 。 计算机技术特别是 C A D 技术的 日趋完善 , 为减轻工程 技术人员 的设计工作强度提 出 了有力 的工 具 。 对矿 山采矿 设计来 说 , 由于 其条件的特殊 性 , 没有通 用的 C A D 应用软件能 直接应用 于矿山 的工 程设计中 。 这样 , 开发 出一套适合矿 山条件的矿 用 C A D 软件就成一 项 非常有意义 的工作 。 为此 , 我 们结合武钢金 山店铁矿的实际 , 进行了适合地 下矿开采设计 . 19 94 一 。 7 一 14 收稿 第 一作者 男 , 3 岁 , 讲 师 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. s3. 039

陈水峰等：地下矿开采设计的CAD方法 ·17 的CAD技术软件的开发工作。 1系统功能结构 以在金山店可矿的应用为例用逻辑结构图描述如下。 采矿设计 采准设计 回采设计 输 与初始处理 布量工程中心线 面工程轮靠线 N座标计算 程编号与计算 工程制面处理 作图实用工具 确定设计水平 e 徐图实用工具 2 系统技术方法 2.1热键技术 (1)关于热键的定义 系统中，热键是一些可完成特定操作的功能键，这些功能键在系统与用户交互的过程 中均可随时被激活。 (2)系统所定义的热键 ①W:完成AUTO CAD的ZOOM W功能。 ②P:完成AUTO CAD的ZOOM P功能。 ③E:该热键使系统当前处于端点捕获方式。 ④C:该热键使系统当前处于圆心点捕获方式。 ⑤I:该热键使系统当前处于交点捕获方式。 ⑥N:该热键使系统当前处于最近点捕获方式。 ⑦R:告知用户当前光标到一给定点的相对位移量（△X、△Y)、距离以及该给定点 到当前光标点的方向角，这些值随图中光标的移动而变化。退出该功能时，系统在图中以 一个适当大小的圆来标记当时的光标位置

陈永峰等 : 地下矿 开采设计的 C A D 方法 的 C A D 技术软件的开 发工作 。 1 系统功能结构 以在金 山店矿的应 用为例用逻辑结构图描述如下 。 采 准设计 输 布 画 工 工 工 作 确 排 确 排 绘 人 t 工 程 程 程 图 定 线 定 炮 田 与 工 程 N 编 剖 实 设 位 排 也 实 初 程 轮 座 号 面 用 计 t 饱 布 用 始 中 脚 标 与 处 工 水 确 孔 t 工 处 心 线 计 计 理 具 平 定 布 摸 兵 理 线 算 算 工 式 棋 设 式 计 2 系统技术方法 2 . 1 热键技术 ( )l 关于热键的定义 系统中 , 热键是一些 可完成特定操作的功 能键 , 这些 功能键在系统与用 户交互的过程 中均可随时被激活 。 ( 2) 系统所 定义 的热键 ① W : 完成 A U T O C A D 的 Z( X ) M W 功能 。 ② P : 完成 A U T O C A D 的 Z CK〕M P 功 能 。 ③ E : 该热键使系统当前处于端点捕获方式 。 ④ C : 该热键使系统当前处于 圆心点捕获方式 。 ⑤ I : 该热键使系统 当前处于交点捕获方式 。 ⑥ N : 该热键使系统当前处于 最近 点捕获 方式 。 ⑦ R : 告知用 户 当前光标到一 给定点的相对 位移 量 (△ X 、 △ Y ) 、 距离 以及该给定点 到当前光标点 的方 向角 , 这 些值随图 中光标的移动而变 化 。 退 出该功能时 , 系统在图 中以 一个适当大小 的 圆来标记 当时的光标位置

·18· 北京科技大学学报 2.2参数输入技术 这里，参数输入是指用户与系统交互从键盘输人数据。为此，系统对每一个参数的每 一次输人都为用户提供了默认值，用户可根据当前情况决定是否采用，若不采用，则用户 可键人所希望的值，该值将成为下次输入时的缺省值。 2.3系统数据组织 图层、颜色是系统的基本数据组织形式，即系统将不同类型、不同含义的实体存放在 不同的图层中，或在同一图层中用不同的颜色存放各实体（给每个实体赋一个颜色号）。层 名基本上以水平号开始，颜色号为1-255。 系统中，层名=水平号十实体类型标识，其中实体类型标识如下： ①工程中心线层为F、C、Y、Q、J、QJ; ②工程轮廓线层为FR、CR、YR、QR、JR、QJR; ③工程编号层为FAB、CAB、YAB、QAB、JAB、QJAB: ④矿岩线层为OREL、ORES、IRK、QRK; ⑤工程量表层为TOTAL: ⑥工程坐标表层为ZBTAB; ⑦图框层为TK。 另外，系统中还设置了一些不加水平号的层，它们是J、KTL、DR、TT等，其中TT 为系统设置的临时工作层，其上的任何信息均可能随时被副除。 2.4汉字标注技术 一般地，在AUTO CAD中特别是在西文AUTO CAD中标注汉字文本是一项较为困 难的工作。目前，较常见的方法有： ①采用汉化版本的的AUTO CAD: ②选择一个合适的汉字环境； ③将所要标注的内容在汉字环境下编辑并存人文件，然后在AUTO CAD下读人该文 件，将其中的内容标注到图中适当位置上。 以上各方法在实践中均存在许多不便与缺陷。为方便用户进行汉字标注，本系统开发 了一个在西文AUTO CAD环境下进行汉字文本标注的工具，该工具不需要汉字环境支持， 且操作简便、调用灵活。系统中汉字输人工具采用ATUO LISP开发，输人方法与一般汉字 系统相一致。本系统提供了3种输人方式，它们是： ①HZPY:汉字拼音输人方式（系统缺省）； ②HZQW:汉字区位输人方式； ③TEXT:英文、数字、符号输人方式 以上各输入方式可通过ALT+F3、ALT+F1及ALT+F6进行切换。系统中的输入在 与一般汉字系统相应输人方式完全兼容的基础上作了一些修改，使得系统的汉字输入更灵 活方便，如不翻页可多次输人，输人后可继续翻页，区位输入后亦可翻页等。 2.5工程布线方法 工程布线是指巷道工程中心线位置的确定及其轮廓线的生成、两相交巷道轮廓线的断 开及其拐弯处理、切割井位的确定、炮孔排线位置的确定等。本系统采用了下列方法进行 工程布线工作：

. 8 1 . 北 京 科 技 大 学 学 报 . 参数输入技术 2 2 这里 , 参数输人是指用 户与系统交互从键盘输人数据 。 为此 , 系统对每一个参数的每 一次输人都为用 户提供了默认值 , 用 户可根 据当前情况 决定是 否采用 , 若不采用 , 则用 户 可键人所希望 的值 , 该值将成为 下次输人时的缺 省值 。 .2 3 系统数据组织 图层 、 颜色是系统的基本数据组 织形式 , 即系统将不 同类型 、 不 同含义 的实体存放在 不同 的图层 中 , 或在 同一 图层 中用 不 同的颜 色存放各实体 ( 给每个实 体赋一个颜色号 ) 。 层 名基本上以 水平 号开 始 , 颜色号 为 1 一 2 5 5 。 系统中 , 层 名一 水平号 + 实体类型标识 , 其 中实体类型标识如下 : ①工 程 中心线层 为 F 、 C 、 Y 、 Q 、 J 、 Q J ; ②工 程轮廓线层 为 F R 、 C R 、 Y R 、 Q R 、 J R 、 Q JR ; ③工 程编 号层 为 F A B 、 C A B 、 Y A B 、 Q A B 、 JA B 、 Q JA B ; ④矿 岩线层为 O R E L 、 O R E s 、 I R K 、 Q R K ; ⑤工 程量 表层 为 T o T A L ; ⑥工 程坐 标表层 为 z B T A B ; ⑦ 图框层 为 T K 。 另 外 , 系统 中还设置了一些 不加水平号的层 , 它们是 J 、 K T L 、 DI R 、 T T 等 , 其中 T T 为系 统设置的 临时工 作层 , 其上 的任何信息均 可能随时被 删除 。 .2 4 汉字标注 技术 一般地 , 在 A U T O C A D 中特别是在西文 A U T O C A D 中标注汉 字文本是一项较为困 难 的工作 。 目前 , 较常见的方法有 : ①采用汉 化版本的 的 A u T o c A D ; ②选择一 个合适 的汉字环 境 ; ③将所要 标注 的 内容在汉 字环境下编辑并存人文件 , 然 后在 A U T O C A D 下读入 该文 件 , 将其中的 内容标注 到图 中适当位置上 。 以上各方法在实践中均存在许多不便与缺 陷 。 为方便用户进 行汉字标注 , 本系统 开发 了一个 在西 文 A U T O C A D 环境下进行汉字文本标注 的工具 , 该工具不 需要汉 字环 境支持 , 且 操作简便 、 调 用灵 活 。 系 统中汉 字输人工具采用 A T U O IL S P 开发 , 输人方法与一 般汉字 系统相一致 。 本系统提 供了 3 种输人方式 , 它们是 : ① H Z P Y : 汉 字拼音 输人方式 ( 系统缺省 ) ; ②H Z Q W : 汉字区位输人方式 ; ③T E X T : 英文 、 数字 、 符号输人方式 以上各输人 方式可通过 A L T + F 3 、 A L T + F l 及 A L T + F 6 进行 切换 。 系统中的输人 在 与一般汉字系统相 应输人方式完全兼容的基础上 作了一些修改 , 使得系统的汉 字输人更灵 活方便 , 如不翻 页可多次输人 , 输人后可继 续翻 页 , 区 位输 入后 亦可翻 页等 。 .2 5 工程布线方法 工程布线是指巷道工程 中心 线位置 的确定及其轮 廓线的生成 、 两相 交巷道 轮廓线的断 开及其拐弯处理 、 切 割井位的确定 、 炮孔排线位置 的确定等 。 本系统采用 了下列 方法进 行 工程 布线工 作 :

陈永峰等：地下矿开采设计的CAD方法 ·19· ①交互式布线：②半自动式布线；③全自动式布线。 2.6工程标识方法 工程标识是指给图中每一个工程（无论大小和长短）赋予一个标号，以方便系统对工 程的识别。本系统采用了以下方法给工程赋标号： ①交互式标识；②自动标识。 2.7实体识别方法 实体识别是指系统对图中工程的类别及相互关系的区分。为此，系统采用了下述方法： ①层名识别法；②实体颜色识别法；③检测距离识别法。 2.8文本(TEXT)修改方法 图中文本的任何修改常常要求其在数据库中的位置关系不能发生丝毫的改变。本系统 通过对图形数据库中文本关联表的修改来完成对文本的各种修改操作，如对文本内容、字 高、角度、位置等的修正。 2.9主要计算方法 (1)Z坐标计算 工程设计首先是在平面上进行的。平面设计完成后，各工程的X、Y坐标均已知，而Z 坐标需通过计算得到。设P,点坐标(X1,Y1,Z)已知，P,点坐标(X2,Yz,Z)中X2, Y2已知，则Z2求解方法如下： Z2=Z1+K D 式中：K一坡度系数；D一平面上点(X1,Y,)与(X2,Yz)间的距离 系统中K系数的确定采取两种方法：①交互式输入；②由一指定线段确定。 (2)距离的计算。两已知点间距离的计算通过调用AUTO LISP函数DISTANCE实现。 (3)方向角的求解。点P,到P:连线的方向角以正北方向为0度、顺时针方向为正计算 如下： ①求PP2与X轴正方向的夹角a;②矢量PP2与X轴正方向的夹角=90一a。 (4)面积的计算。面积的计算通过调用AUTO CAD的AREA命令实现。 (5)工程量计算 ①长度量L=点间距离；②体积量V=L工程断面积；③带矿量U=工程在矿体内的 长度*工程衔面积。 (6)点与一封闭多边形关系的确定。 ①求点与多边形各顶点边线间夹角的代数和α（度）； ②判断： a.若a=0°，则点在多边形外； b.若引a=360°，则点在多边形内， 且若α>0°，该多边形逆时针封闭， 若a<0°，该多边形顺时针封闭； c.若0°<a<360°，则点、形关系不定，有进一步的判断准则。 3结语

陈永峰等 : 地下矿开采设计的 C A D 方法 ①交互式布线 ; ②半 自动式布线 ; ③全 自动式布线 。 2 . 6 工程标识方法 工程标识是 指给图 中每一个工程 (无论大小和长 短 ) 赋 予 一个 标号 , 以方便系 统对工 程的 识别 。 本系统采用 了以 下方法给 工程赋标号 : ①交互式标识 ; ② 自动标识 。 2 . 7 实体识别方法 实体识别是指系统对图 中工 程 的类别及 相互关系 的 区分 。 为此 , 系统采用 了下述 方法 : ① 层名识别法 ; ②实体颜色识别法 ; ③检测 距离识别法 。 2 . 8 文本 ( T E x T ) 修改方法 图 中文本的任何修改常常要 求其在数据库中的位 置关系 不能发 生丝 毫的改 变 。 本系统 通过对图形 数据库中文本关联表的修改来完成对文本的各种 修改操作 , 如对文 本内容 、 字 高 、 角度 、 位置 等的修正 。 2 . 9 主要计算方法 ( 1) 2 坐标计算 工程 设计首先是在平 面上 进行 的 。 平 面设计完成后 , 各 工程 的 X 、 Y 坐标均 已 知 , 而 Z 坐标需通过计算得 到 。 设 P , 点坐标 ( X , , Y l , 2 1 ) 已 知 , P : 点 坐标 (X Z , Y Z , 2 2 ) 中 X Z , Y : 已 知 , 则 2 2 求解 方法如 下 : 2 2 = 2 1 + K 关 D 式 中 : K 一坡度系数 ; D一平 面上点 ( X l , Y l ) 与 ( X Z , Y Z ) 间的距 离 系统中 K 系数的确定采取两种 方法 : ①交互式输人 ; ② 由一 指定 线段确定 。 ( 2) 距离的计算 。 两 已知点间距离的 计算通 过调 用 A U T O IL S P 函数 D IS T A N C E 实现 。 ( 3) 方向角的求解 。 点 P l 到 P : 连 线的方 向角 以 正北 方 向为 O 度 、 顺时针方向为正计算 如下 : ①求 P , P : 与 X 轴正方 向的夹角 a ; ②矢 量 PI P Z 与 X 轴正 方向的夹角 母一 90 一 。 。 ( 4) 面积的计算 。 面积的计算通 过调 用 A U T O C A D 的 A R E A 命令实现 。 ( 5) 工 程量 计算 ①长度 量 L ~ 点间距离 ; ②体积 量 V 一 L 二 工程 断面 积 ; ③ 带矿 量 U 一 工程 在矿体内的 长度 ` 工程断面积 。 ( 6) 点与一封闭多 边形 关系的确定 。 ①求点与多边形各顶 点边线间夹角的代数和 a (度 ) ; ②判 断 : a . 若 a 一 0o , 则点在多边 形外 ; b . 若 1司 一 3 60 “ , 则点在 多边 形 内 , 且若 a > o0 , 该多边形 逆时针 封 闭 , 若 。 < o0 , 该多边形顺时针 封 闭 ; c . 若 0o < } 。 }< 36 0 , 则 点 、 形关系不定 , 有进 一步 的判断准则 。 3 结语

·20· 北京科技大学学报 地下矿开采设计CAD系统是在我们和武钢金同店勿矿有关技术人员的通力合作下， 历时三载，经过三次修改，多次调整后完成的。 本系统已多次在武钢金山店勿矿试运行，在此基础上于1993年9月在该矿进行了测试 运行。结果表明，该系统运行性能稳定，功能完整实用，结果正确可靠。 系统良好的功能设计组织结构使得系统可应用于各无底柱分段崩落法开采的矿山，亦 可推广应用于其它方法开采的矿山。本系统的使用可大大减轻工程技术人员的设计工作强 度，提高地下矿开采设计的质量和应变能力。 参考文献 1 AUTO CAD11.0计算机绘图软件包用户参考手册，海洋出版社 2 AUTO CAD11.0计算机绘图软件包AUTO LISP参考手册，海洋出版社 3石传平.通用AUTO CAD汉化环境的实现，计算机应用，1991.4

, 20 . 北 京 科 技 大 学 学 报 地下 矿 开 采设计 C A D 系统是在我们和 武钢金 同店勿矿 有关技术人员 的通 力合作下 , 历时三载 , 经过三次修改 , 多次调整后 完成的 。 本系统 已多次在武钢金 山店勿矿试运行 , 在此 基础上 于 1 9 9 3 年 9 月 在该矿进 行 了测试 运行 。 结果 表明 , 该系统运行性能稳定 , 功能完整实用 , 结果正确可靠 。 系统 良好的功能设计组织结构使得系统可应 用于各无底 柱分段崩落法 开采的矿山 , 亦 可推广应 用于其它方法开 采的矿 山 。 本系统的使用可大大减轻工程 技术人员的设计工 作强 度 , 提高地 下 矿开采 设计的质量 和应 变能力 。 参考文献 1 A u T 0 c A D l . o 计算机绘图软件包用户 参考手册 , 海洋出版社 2 A U T O C A D n . o 计算机绘图软件包 A U T O IL S P 参考手册 , 海洋出版社 3 石 传平 . 通 用 A U T O C A D 汉 化环 境的 实现 , 计算机应用 , 1 9 91 . 4