CAD技術在煤礦開采設計中的應用

任立武

摘要：隨著科學和經(jīng)濟的發(fā)展，各行各業(yè)提高了生產(chǎn)效率。在我國煤礦開采過程中也加大了對新型科學技術的應用。CAD技術，眾所周知是一個畫圖的技術。在煤礦開采設計的時候，也加大了對CAD技術的應用，提高了開采設計的質量。CAD技術是為了方便人們進行繪圖和修改研發(fā)出來的，煤礦開采的工作也需要先畫圖，按照圖進行開采。鑒于此，本文是對CAD技術在煤礦開采設計中的應用進行的研究，僅供參考。

關鍵詞：CAD 技術 煤礦 設技 應用 研究

CAD技術在發(fā)展的過程中，規(guī)避了傳統(tǒng)繪圖的一些失誤等，使得圖紙更加精確。CAD技術的應用，加快了開采設計人員的設計速率，提高了工作效率。在實際應用的過程中依1日存在著一些問題，我們需要在發(fā)展的過程中解決問題。近幾年，CAD技術在煤礦開采設計上得到了廣泛應用，提高了設計效率。下面我們將對CAD技術在開采設計中的應用進行詳細的分析：

1CAD技術的涵義

CAD技術，就是在計算機上有一個圖形設備，通過鍵盤上的一些命令，完成畫圖。繪圖者首先根據(jù)實際勘測的數(shù)據(jù)，在軟件上進行基礎繪圖，然后根據(jù)礦井地質圖繪制開采設計的圖紙。在CAD軟件中.繪圖人員可以進行多次修改，并確定最后的設計方案。CAD技術不單是一種繪圖的技術，它還能夠進行圖形的轉換、進行曲面造型等等。

2CAD技術在煤礦開采設計中的應用

2.1開采方案的設計

煤礦的開采工作十分的復雜，為了保證開采的安全，需要在進行設計的時候，有一套詳細的、符合現(xiàn)場實際的礦井地質圖，特別是各開采煤層的底板等高線圖作為設計的基礎，但是根據(jù)各勘探地質鉆孔柱狀圖，繪制各勘探線剖面圖，再到繪制各開采煤層的底板等高線圖，特別繁瑣，也特別容易出錯，如果用預先編制好的CAD繪圖軟件輔助制圖，可成倍提高制圖效率，并且準確性高不易出錯。當然設計人員需要具備充足的設計經(jīng)驗，具備煤礦回采、掘進、機電、通風等方面的知識，根據(jù)煤礦實際地質情況結合最先進的采煤方法進行科學的礦井開采方案設計。設計合理就可以節(jié)省大量人力、物力和財力，特別是首采區(qū)設計合理則能加快礦井投產(chǎn)進度和使礦井提前達產(chǎn)，大大提高礦井經(jīng)濟效益。差之毫厘謬之千里，設計人員能否熟練掌握運用CAD繪圖技術，關系到礦井方案設計的合理性和準確性，對礦井開采安全和經(jīng)濟意義重大。

2.2單項工程的設計

煤礦開采具體施工設計中有很多單項工程設計如平巷、斜巷交岔點設計.采區(qū)火藥庫設計等，如軌道上山片口交岔點設計，如按設計公式計算特別繁瑣，如果用預先編制好的CAD繪圖軟件輔助繪圖設計，只要輸入幾個重要參數(shù)，如軌道上山坡度、巷道規(guī)格，片口巷道規(guī)格，選擇甩車和分車道岔，就可快速繪制出片口交岔點圖，既準確又快速，大大提高了設計效率，再比如火藥庫設計、煤倉設計中好多部位的設計是通用的，好比建筑中的一個通用模塊一樣，我們可把這部分設計做成一個通用模塊，在多個設計中可重復使用，既簡化了設計工作又提高了設計準確性。

2.3煤礦各專業(yè)的設計

煤礦開采設計中有最基本的巷道布置設計，還有各專業(yè)的設計，如通風系統(tǒng)設計、供電系統(tǒng)設計、排水系統(tǒng)設計、煤礦安全避險六大系統(tǒng)設計等，每個專業(yè)設計中共用部分都較多，為實現(xiàn)快速準確設計，應把各專業(yè)中的共用部分編成模塊，如同建筑模塊一樣，需要時直接復制粘貼即可，這樣可大大提高設計制圖效率和制圖準確性。

設計人員需要熟練掌握CAD繪圖技術，在煤礦開采設計中精益求精，盡可能減少設計時的誤差，最后，開采設計的圖紙需要具備相應的平面圖以及剖面圖等等。

3CAD技術在煤礦開采設計中的發(fā)展前景

在未來的發(fā)展過程中，我們需要在多個方面加大對CAD技術的應用，并在發(fā)展的過程中發(fā)現(xiàn)其中存在的問題。為了迎合市場的發(fā)展，我們需要加大對煤礦企業(yè)的分析。CAD設計人員在開展實際工作的時候，需要不斷的而提升自己的設計能力。煤礦開采工作主要是加大對煤礦資源的了解，需要保證開采設計能夠結合實際狀況。煤礦開采設計的工作，需要做好信息的收集以及加大對數(shù)據(jù)的管理。煤礦企業(yè)在進行動態(tài)管理的時候，需要將計劃和繪圖融為一體，提高開采設計的質量和效率。在未來的發(fā)展過程中，社會經(jīng)濟和科學技術的結合會越來越好，為了提高煤礦開采設計的質量，CAD技術也需要不斷的進行更新。4案例實際應用

1）在冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦《南二下部采區(qū)四片口中部車場及交岔點設計》中的應用。此設計為一單項工程設計，采用預先編制好的CAD輔助繪圖軟件，首先輸入斜坡交岔點設計的幾個重要參數(shù)，軌道上山坡度18°，軌道上山巷道規(guī)格凈寬×凈高= 4.2mx3.8m，片口巷道規(guī)格凈寬×凈高= 4.4m×3.8m，選擇甩車和分車道岔均采用ZDK630 -4-12型單開道岔，片口車場巷道與軌道上山巷道夾角30°，利用CAD輔助繪圖軟件就可快速繪制出片口交岔點平面圖，根據(jù)平面圖再繪制交岔點支護斷面圖，完成整個《南二下部采區(qū)四片口中部車場及交岔點設計》，利用CAD技術輔助進行開采設計，既能提高設計效率又能提高設計的準確性，有很好的應用前景。

2）在冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦《北三采區(qū)方案設計》中的應用。

4.1設計采區(qū)所在區(qū)域總體開發(fā)設計的基本情況

九龍礦位于河北省邯鄲市西南部峰峰礦區(qū)與磁縣交界地帶，九龍礦井井田位于鼓山背斜東翼，西高東低，平面呈菱形狀，南北走向長8公里，東西傾斜寬約2.5公里，面積202平方公里。井田北部以F9、F9-1斷層為界，與羊渠河礦相鄰，南部以F26大斷層為界與梧桐莊礦相鄰，西部（淺部）以F8大斷層為界與泉頭礦、新三礦相鄰，東部（深部）以2煤煤層-900米底板等高線為界，東部為技術邊界，整個井田形成四周下降中間隆起的地壘構造。

九龍礦井于1991年4月29日投產(chǎn)，礦井設計生產(chǎn)能力為120萬噸/年，礦井服務年限為52.5年。經(jīng)過生產(chǎn)系統(tǒng)改造，2009年核定生產(chǎn)能力為150萬噸/年。2010年9月和磁西一號礦聯(lián)合成立了冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司，2012年12月18日九龍礦依法正式更名為“冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦”。201 3年7月九龍礦技術改造產(chǎn)業(yè)升級項目通過河北省發(fā)展和改革委員會組織驗收，并以冀發(fā)改能源

[2013]1488號文下發(fā)，九龍礦設計生產(chǎn)規(guī)模達到210萬噸/年。2014年底全礦可采儲量7319.6萬噸。

九龍礦井田以焦煤為主，肥煤次之，少量為瘦煤，主采煤層為28煤。

礦井開拓方式為立井單水平南北翼分區(qū)開拓，水平標高為一600米。現(xiàn)有4個井口，包括一對主井、副井，兩個風井即南、北風井。主副井筒位于井田中部。

礦井共分八個采區(qū)，即南一采區(qū)、南二采區(qū)、南二下部采區(qū).南三采區(qū)、北一采區(qū)、北二采區(qū)、北三采區(qū)、北五采區(qū)。其中南一采區(qū)、南二采區(qū)、北一采區(qū)已開采完畢，北二采區(qū)、北五采區(qū)、南二下部采區(qū)、南三采區(qū)正在生產(chǎn)，北三采區(qū)處于準備階段。

4.2采區(qū)主要開采煤層特征

2#煤：在北三采區(qū)全部為合并層，煤層厚度平均5.8m左右，煤層中，一般含兩層0.04-0.05m厚的夾矸，夾矸賦存穩(wěn)定。

2#煤直接頂板為平均2.6m左右的灰黑色砂質泥巖，老頂為一層平均厚度10m左右的細砂巖；直接底板為一層3.5m厚的灰黑色砂質泥巖，老底為一層平均厚8.2m左右的中細粒砂巖。

4#煤：4#煤平均厚度一般為1.4m左右，為單一煤層。4#煤直接頂板為一層厚1.8m左右的灰色石灰?guī)r，直接底板為一層厚2.Om左右的砂泥巖，老底為一層厚4.Om左右的中細粒砂巖。

4.3設計采區(qū)地質構造

北三采區(qū)基本上為一個單斜構造，區(qū)內構造以斷層為主，本采區(qū)邊界與內部主要多條落差較大的大斷層和影響較大的小斷層，現(xiàn)分述如下：

DF4斷層：為本采區(qū)西部邊界斷層，走向正斷層，斷層產(chǎn)狀：145°～125°∠70°，落差H=30-52m。打鉆探明，位置可靠。 DF2斷層：位于北二采區(qū)北部，斷層延伸至北二、北三采區(qū)邊界附近，為斜交正斷層，斷層產(chǎn)狀：145°∠70°落差H=5-15m。掘進中實際揭露，位置可靠。

F39斷層，位于1 5235工作面切眼北部，該斷層為新揭露斷層。斷層產(chǎn)狀：160°∠75°落差H=15m。15235上巷揭露，位置可靠。

F9斷層：為井田北部邊界斷層，亦為本采區(qū)北部邊界斷層。斷層產(chǎn)狀：0°∠65°，落差H=60m。

DF5斷層：位于本采區(qū)西部，走向正斷層，斷層產(chǎn)狀：95°～75°∠65°，落差H=10m。

DF6斷層：位于本采區(qū)北部邊界附近，靠近F9邊界斷層，為斜交正斷層，斷層產(chǎn)狀：185°∠65°，落差H=8.Om。

F21斷層：位于本采區(qū)中部，走向正斷層，為一斜交斷層，延展長度550m。2-2、2-1鉆孔控制，二水平地震勘探有斷點控制，斷層較可靠。斷層產(chǎn)狀：104°～92°∠70。，落差H=4.Om.

F22斷層：位于北二采區(qū)東北部，斷層延伸至北二、北三采區(qū)邊界附近，為走向正斷層，為一斜交斷層。斷層產(chǎn)狀：108°∠72°，落差H=8.Om。

F41斷層：15421N工作面多次揭露該斷層，斷層延伸至北三采區(qū)尖滅，斷層產(chǎn)狀：318°∠60°，落差H=3.5m。

4.4 CAD技術在《北三采區(qū)方案設計》中的具體應用。

在繪制《北三采區(qū)2#煤、4#煤煤層底板等高線圖》和《北三采區(qū)2#煤、4#煤儲量計算圖》時，采用了預先編制好的CAD輔助繪圖軟件制圖，成倍提高了繪圖速度，且準確性高不易出錯。在繪制《北三采區(qū)通風系統(tǒng)圖》、《北三采區(qū)監(jiān)測監(jiān)控圖》、《北三采區(qū)供電系統(tǒng)圖》等分專業(yè)設計圖紙中，大量采用設計模塊，直接復制粘貼，簡化了各專業(yè)設計圖紙中的共用部分設計，提高了設計制圖效率和制圖準確性。

5結語

綜上所述，在未來的發(fā)展過程中，煤礦企業(yè)會不斷加大對CAD技術的應用，開采設計工作是所有工作的前提，為了提高煤炭開采率，需要設計人員提高自身的設計能力和設計經(jīng)驗，盡可能的結合實際情況進行設計。

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