基于AutoCAD二次開發的三心拱巷道斷面設計

何亞波，李 盼，胡莉娟

(1．中國礦業大學礦業工程學院，江蘇 徐州 221008;2．西安財經學院統計學院，陜西 西安 710100)

巷道斷面參數化設計減小了重復性較大的計算繪圖工作量，并且使設計更加規范準確。本文介紹了基于Dotnet平臺的C#開發AutoCAD，實現了三心拱巷道斷面參數化設計。C#作為微軟專門為Dotnet平臺研發的語言，是完全面向對象的可視化編程語言，綜合了VB和C++兩者的優點，通俗易懂而且功能強大，在保證功能強大的前提下大大提高開發速度，在AutoCAD二次開發過程中具有明顯的優越性。［1］三心拱巷道斷面利用率高，適用于圍巖堅固的開拓巷道、上下山和硐室，是煤礦的幾大常用巷道之一。因為三心拱巷道斷面成圖相對困難，在巷道斷面設計中具有代表性。

1 概述

巷道斷面是指垂直于巷道長軸線的橫斷面。巷道斷面設計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，降低造價并便于施工 。巷道斷面設計要求選擇斷面形狀和確定斷面尺寸，用風速校核凈斷面，選擇支架參數和道床參數，計算巷道的設計掘進斷面，并按照允許加大值(超挖值)計算出巷道的計算掘進斷面積，繼而確定水溝參數及管線布置，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。針對三心拱巷道斷面設計的復雜性，本文提出了一種基于Dotnet平臺的C#開發AutoCAD實現三心拱巷道斷面參數化設計的思路，以適應高產高效礦井建設需要，巷道斷面參數化設計在現代煤礦企業中成為必然要求。此系統實現了三心拱斷面尺寸的確定、用風速校核凈斷面和自動成圖，不同于以往單純以制圖為目的的設計模式，實現了設計的智能校核和最小經濟原則，具有開發巷道斷面設計輔助軟件的代表性。目前，國內斷面設計過程大多停留在經驗設計和手工操作階段，設計質量與效率難以保證，大量的經驗與知識沒能很好的積累與梳理。因此，參數化的計算機輔助設計系統，提高了巷道斷面設計的能力與效率。

2 系統建立［2］

三心拱巷道斷面參數化設計詳細介紹了斷面尺寸的確定，用風速校核凈斷面，實現自動成圖。此系統包括了參考最小巷道凈寬度計算、參考最小巷道凈高度計算、風速驗算和成圖等四個過程。三心拱巷道斷面參數化系統基本流程圖見圖1。

2．1 三心拱巷道斷面參考最小凈寬度計算

三心拱巷道凈寬度是指巷道兩側內壁或錨桿露出長度終端之間的水平距離。本系統以內壁之間的水平距離為準。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為：有運輸設備時，取決于寬度運輸設備寬度、人行道寬度和相應的安全間隙;無運輸設備的巷道可根據通風及行人需要確定。嚴格按照《煤礦安全規程》有關規定確定。其中，雙軌巷道斷面凈寬度計算公式為：

單軌巷道斷面凈寬度計算公式為：

式中：

a—非人行道一側的寬度;

A—運輸設備的最大寬度;

n—運輸設備最突出部分的距離;

c—非人行道一側的寬度。

系統根據用戶輸入的參數給出參考最小巷道凈寬度，若在之后的風速驗算等過程中不能滿足設計要求，用戶可以自行上調數值。系統提供給用戶單軌和雙軌兩張類型選擇，按照不同選型進行求解，并顯示在窗體上。

圖1 三心拱巷道斷面參數化系統基本流程圖

2．2 三心拱巷道斷面參考最小凈高度計算

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

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—通過巷道風流的速度，m/s;

Q—通過巷道的風量，m3/s;

S—巷道的凈斷面積，m2;

vm—巷道允許通過的最高風速，m/s。

用戶根據礦井通風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，直到符合要求為止。

3 編程實現

C#以其強大的操作能力、優雅的語法風格、創新的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為Dotnet開發的首選語言。在傳統的AutoCAD二次開發中VBA占據了核心地位，隨著Dotnet平臺的出現，

0置也是這樣。當凈寬度確定以后，拱高相應的被求出。三心拱巷道墻高是按照行人要求、運輸通暢、設備安裝檢修需要來確定。

在本系統中有一個墻高計算函數庫，可以輕松實現按照不同方式及其組合計算墻高。另外，巷道底板到道渣面的高度，由鋪軌參數確定，在本系統中給出了幾個可選值。

2．3 三心拱巷道斷面風速驗算

三心拱巷道斷面參數化系統中，巷道斷面風速按照《煤礦安全規程》規定的風流速度及《煤炭工業設計規范》有關條文進行校核。C#也將成為AutoCAD二次開發的主流語言。C#是通過AutoCAD ActiveX這座橋梁來和AutoCAD之間進行通訊的。AutoCAD ActiveX使用戶能夠從 Auto-CAD的內部或外部以編程方式來操作AutoCAD。對象是所有ActiveX應用程序的主要構造塊，這為C#面向對象編程提供了接口［3］。

三心拱巷道斷面參數化系統……三心拱巷道斷面參數化系統包含了Class1、Baskethandlearch、Calculateh3、MainForm等四個類。下面將逐一進行說明。

Class1類用來處理一些程序基本的設置、調用等功能，包括檢測AutoCAD是否啟動、加載實現本系統的應用擴展程序CUMTLab．dll和程序主窗體的加載等［4］。

Baskethandlearch類作為本系統的主體，提供了三心拱巷道的面積計算、輪廓繪制等方法。給Baskethandlearch 類創建了 Basepoint、Aspectratio、Bottomwidth、Height等屬性，有利于之后MainForm類中各種調用的參數傳值。構造函數Baskethandlearch()用來……。CalculateArea()函數用來計算面積，CalculatePts()函數用來計算繪圖時所需點的坐標，Draw()函數用來繪制三心拱。

Calculateh3類提供了四種不同要求及其組合計算墻高的函數庫，使得MainForm類中計算墻高時可以方便調用。

MainForm類作為主窗口類，用來實現程序與用戶的交互。其中，定義了一個Approximate()函數，用來實現將一個數以只進不舍的原則以100 mm進級。另外，在墻高計算過程中，通過if語句實現選擇不同算法或其組合，以取其最大值的原則進行。三心拱巷道斷面參數化系統軟件核心界面見圖2。

圖2 三心拱巷道斷面參數化系統軟件核心界面

4 三心拱巷道斷面參數化系統設計實例

加載文件進入系統以后，在巷道輪廓標簽下選擇雙軌巷，之后轉入巷道尺寸標簽下，輸入下列參數：

運輸設備上左邊緣距巷道壁的距離 a，mm，取900;

電機車(或礦車)最大寬度A1，mm，取1 200;

兩機車間安全間距b，mm，取400;

運輸設備上右邊緣距巷道壁的距離 c，mm，取1 100。

確定后，選擇復選框中下列參數：

人行高度要求;

架線電機車導線弓要求;

1．6 m高度內人行寬度要求;

設備上緣至拱壁最小安全間隙要求：

機車高 h，mm，取1 550;

架線高 h4，mm，取 2 000。

選擇參數：

道渣面高 hb，mm，取200;

軌道面高 hc，mm，取360。

確定后輸入風量70 m3/s，計算得風速為3．586 m/s，合理點擊確定，即可繪圖，若風速不能滿足生產要求，可以人為擴大墻高或凈寬，以達到風速指標。三心拱巷道斷面繪制結果見圖3。

圖3 三心拱巷道斷面

5 結論與展望

基于Dotnet平臺的C#開發AutoCAD實現三心拱巷道斷面參數化設計，完成了斷面尺寸的確定，用風速校核凈斷面，實現自動成圖，不同于以往的單純提供繪圖自動化的設計模式，引入計算判斷模塊，增加了設計的可靠性，提高了巷道斷面設計的能力與效率。

基于這種思想，可以實現巷道支護選型和材料消耗自動成表，完成整個巷道設計的參數化設計工作，進而在各個行業的設計領域運用參數化設計思路，使設計變得直觀容易，大大減輕設計者的計算量和繪圖工作。

［1］ 尹 力，佟海龍，朱真才．綜采面成套設備選型與布置的計算機輔助設計［J］．煤炭科學技術，2010，38(7)：81－84．

［2］ 煤礦礦井采礦設計手冊編寫組．煤礦礦井采礦設計手冊(上、下冊)［M］．北京：煤炭工業出版社，1996：329－340，501－511．

［3］ 董長吉，王海爽．VB對AutoCAD二次開發在巷道斷面設計中的研究與應用［J］．煤炭技術，2005，24(8)：43－44．

［4］ 內格爾著，李 銘譯．C#高級編程［M］．第6版．北京：清華大學出版社，2008：24－26．