Excel VBA在巷道圍巖支護穩定性控制中的應用

朱帥 劉飛

（河南理工大學能源科學與工程學院，河南焦作 454000）

Excel VBA在巷道圍巖支護穩定性控制中的應用

朱帥 劉飛

（河南理工大學能源科學與工程學院，河南焦作 454000）

在對巷道圍巖變形控制的研究過程中，傳統的監測和預測方法所需時間長、誤差大。基于此，以對平煤集團六礦丁二軌道下山巷道的變形監測分析為例，采用Excel VBA的二次開發模塊設計程序，快速繪制巷道圍巖變形曲線圖和變形趨勢曲線，并計算出以觀測日期t為自變量的與位移u或變形速率v的函數，預測巷道圍巖的變形狀況。這一程序具有快速、準確、可重復等特點，有助于提高工作效率，且容易保存管理。

巷道圍巖；變形監測；Excel VBA

在巷道的支護過程中，對于巷道圍巖變形情況的掌握尤為重要。以監測巷道頂底板和兩側的變形情況的信息反饋為依據，提出符合實際的行之有效的巷道支護方案，使人工支護方案與圍巖共同作用，從而形成一個具有能量守恒的動態平衡支護系統［1］。

1 巷道圍巖變形與監測

1.1 巷道圍巖變形特征

由于巖體具有一定的流變特性，在對巷道圍巖的支護過程中，圍巖會隨著時間的變化而產生一定的變形，并且圍巖處于不同階段下的變形程度不同［2］。一般圍巖的應力-應變關系變形分為3個階段。

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，圍巖應力處于逐漸增加的階段。

1.1.2 應變軟化階段。當圍巖應力-應變增加到一定峰值時，其應力-應變在支護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。圍巖的應力-應變與支護強度處于一個動態穩定的階段，變形量由低逐漸變為0，最后趨于穩定。

1.2 巷道圍巖的監測方法

對于圍巖巷道變形的監測方法主要是通過工程現場實測，測量出巷道頂底板及兩側位移量，并通過回歸分析預測其變形趨勢，觀察是否符合圍巖圍巖應力-應

變曲線，用來作為判斷巷道支護方案是否合理的依據［3］。然而，這一方法測試花費時間長、效率低，人工統計計算易出錯，可能最后得出的計算結果不能很好地反映頂底板和兩側的變形位移情況。在深部軟巖巷道中，地應力較高且圍巖穩定性較差，一般采取支護強度較高的支護方案。在前期的測量過程中由于支護強度高，圍巖所承受的壓力被支護方案分散，短期內不會表現出明顯的變形，監測所得到的數據變化處于安全范圍內。然而，軟巖巷道的應變軟化區域較大，巖體蠕變時間長，變形量大，在長時間的不穩定變形作用下，巷道會發生明顯位移甚至破壞，從而發生一系列的支護損壞、片幫、垮落等事故。所以，傳統的人工監測方法不適用于所有圍巖巷道支護，尤其不適用現如今愈來愈多的深埋巷道支護方案的監測。

2 程序設計的目的與流程

深埋巷道的圍巖變形監測與控制往往需要進行超長期的測量和大量數據的處理，專業測量人員匱乏，工作量大，工作時間長，測量與統計費時費力精度不高［4］。利用Excel這一辦公軟件強大的統計功能，電子表格模塊編輯巷道變形數據，利用Excel-VBA模塊設計變形曲線圖并對其進行擬合回歸分析［5］，整理出以時間t為自變量與位移u相關的函數關系式。通過該函數關系式，預測巷道未來的變形情況。

3 實用案例分析

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

3.1 監測布置方案

平煤六礦丁二軌道下山巷道是典型的直墻半圓拱巷道，為了從多方面監測其變形狀況，在已支護完畢的巷道中選取120m作為監測巷道，每隔30m設置一組觀測站，十字交叉法布置（頂底、兩側布站呈中心對稱），測量儀器為測桿，歷時150d，測量出對應的頂底板與兩側變形量。

3.2 數據錄入與變形速率的統計

本設計使用的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數據為例：A列為觀測日期t，默認單位為d；B列為兩幫位移量u1，默認單位為mm；C列為兩幫位移速率v1，默認單位為mm/d，首行的值為B/A，第n行的速率值計算公式為“=［Bn-B(n-1)］/［An-A(n-1)］”；D列為頂底板位移量u2，默認單位為mm；E列為兩幫位移速率v2，默認單位為mm/d，首行的值為E/ A，第N行的速率值計算公式為“=［En-E(n-1)］/［An-A(n-1)］”。所建立的表格如圖1所示。

3.3 Excel VBA程序設計

在對圍巖變形的監測中，為了能夠將觀測結果更直觀顯性地表達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，但若要對每一個測站都進行手動繪制曲線圖，工作量繁雜重復，可以在Excel VBA的二次開發環境中對某一單元格自定義，在一個空白單元格中添加“繪圖”與“統計”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。由于代碼行數較多，現選擇個別關鍵行代碼進行解釋：

式（1）是建立包含240個單元格具平滑曲線的散點圖，式（2）指明了數據來源；

式（3）是繪制對數型趨勢圖像，式（4）是繪制冪級數

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。

圖2 使用VBA語言繪制出的變化曲線圖

4 結語

本設計以Excel便捷的辦公模塊為基礎，開發了快速預測圍巖位移變化趨勢的程序，能夠自動生成變形曲線和變形速率曲線，并給出向對應的函數關系式，提高了現有的工作效率和計算速度，減少了測量所需時間，能夠預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測情況來看，在錨桿+普通U型鋼可縮支架支護方案下巷道的位移變形量較大，嚴重影響井下的安全生產，應立即對原支護方案進行優化修復。這種新型的監測方案從布站、執行、計算、預測均由測量儀器和計算機進行處理，減少了人為失誤的可能性，確保監測結果的快速、可靠。總之，該程序具有準確、快速、可重復的特點，并且有助于數據的保存和整理，適合推廣使用。

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

［2］沈明榮，陳建峰.巖體力學［M］.上海：同濟大學出版社，2006.

［3］何滿潮.中國煤礦巷道支護理論與實踐［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1996.

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

［5］夏強.Excel VBA應用開發與實例精講［M］.北京：科學出版社，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。