基于AutoCAD二次开发的三心拱巷道断面设计

何亚波，李 盼，胡莉娟

(1．中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221008;2．西安财经学院统计学院，陕西 西安 710100)

巷道断面参数化设计减小了重复性较大的计算绘图工作量，并且使设计更加规范准确。本文介绍了基于Dotnet平台的C#开发AutoCAD，实现了三心拱巷道断面参数化设计。C#作为微软专门为Dotnet平台研发的语言，是完全面向对象的可视化编程语言，综合了VB和C++两者的优点，通俗易懂而且功能强大，在保证功能强大的前提下大大提高开发速度，在AutoCAD二次开发过程中具有明显的优越性。［1］三心拱巷道断面利用率高，适用于围岩坚固的开拓巷道、上下山和硐室，是煤矿的几大常用巷道之一。因为三心拱巷道断面成图相对困难，在巷道断面设计中具有代表性。

1 概述

巷道断面是指垂直于巷道长轴线的横断面。巷道断面设计原则是在满足安全和使用的前提下，力求提高断面利用率，缩小断面，降低造价并便于施工 。巷道断面设计要求选择断面形状和确定断面尺寸，用风速校核净断面，选择支架参数和道床参数，计算巷道的设计掘进断面，并按照允许加大值(超挖值)计算出巷道的计算掘进断面积，继而确定水沟参数及管线布置，绘制断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量及材料消耗量表。针对三心拱巷道断面设计的复杂性，本文提出了一种基于Dotnet平台的C#开发AutoCAD实现三心拱巷道断面参数化设计的思路，以适应高产高效矿井建设需要，巷道断面参数化设计在现代煤矿企业中成为必然要求。此系统实现了三心拱断面尺寸的确定、用风速校核净断面和自动成图，不同于以往单纯以制图为目的的设计模式，实现了设计的智能校核和最小经济原则，具有开发巷道断面设计辅助软件的代表性。目前，国内断面设计过程大多停留在经验设计和手工操作阶段，设计质量与效率难以保证，大量的经验与知识没能很好的积累与梳理。因此，参数化的计算机辅助设计系统，提高了巷道断面设计的能力与效率。

2 系统建立［2］

三心拱巷道断面参数化设计详细介绍了断面尺寸的确定，用风速校核净断面，实现自动成图。此系统包括了参考最小巷道净宽度计算、参考最小巷道净高度计算、风速验算和成图等四个过程。三心拱巷道断面参数化系统基本流程图见图1。

2．1 三心拱巷道断面参考最小净宽度计算

三心拱巷道净宽度是指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平距离。本系统以内壁之间的水平距离为准。三心拱巷道就属于直墙巷道。在巷道类型确定之后，巷道净宽度确定依据为：有运输设备时，取决于宽度运输设备宽度、人行道宽度和相应的安全间隙;无运输设备的巷道可根据通风及行人需要确定。严格按照《煤矿安全规程》有关规定确定。其中，双轨巷道断面净宽度计算公式为：

单轨巷道断面净宽度计算公式为：

式中：

a—非人行道一侧的宽度;

A—运输设备的最大宽度;

n—运输设备最突出部分的距离;

c—非人行道一侧的宽度。

系统根据用户输入的参数给出参考最小巷道净宽度，若在之后的风速验算等过程中不能满足设计要求，用户可以自行上调数值。系统提供给用户单轨和双轨两张类型选择，按照不同选型进行求解，并显示在窗体上。

图1 三心拱巷道断面参数化系统基本流程图

2．2 三心拱巷道断面参考最小净高度计算

三心拱形巷道的净高是指自道渣面至拱顶内沿或锚杆露出长度终端的高度。其计算公式如下：

式中：

H—净高度;

h3—墙高;

hb—巷道底板到道渣面的高度;

h0—拱高。

式中：

v—通过巷道风流的速度，m/s;

Q—通过巷道的风量，m3/s;

S—巷道的净断面积，m2;

vm—巷道允许通过的最高风速，m/s。

用户根据矿井通风能力等确定是否符合要求，若符合要求，则可以确定绘图，若不符合要求，则可以修改部分或全部参数，直到符合要求为止。

3 编程实现

C#以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为Dotnet开发的首选语言。在传统的AutoCAD二次开发中VBA占据了核心地位，随着Dotnet平台的出现，

0置也是这样。当净宽度确定以后，拱高相应的被求出。三心拱巷道墙高是按照行人要求、运输通畅、设备安装检修需要来确定。

在本系统中有一个墙高计算函数库，可以轻松实现按照不同方式及其组合计算墙高。另外，巷道底板到道渣面的高度，由铺轨参数确定，在本系统中给出了几个可选值。

2．3 三心拱巷道断面风速验算

三心拱巷道断面参数化系统中，巷道断面风速按照《煤矿安全规程》规定的风流速度及《煤炭工业设计规范》有关条文进行校核。C#也将成为AutoCAD二次开发的主流语言。C#是通过AutoCAD ActiveX这座桥梁来和AutoCAD之间进行通讯的。AutoCAD ActiveX使用户能够从 Auto-CAD的内部或外部以编程方式来操作AutoCAD。对象是所有ActiveX应用程序的主要构造块，这为C#面向对象编程提供了接口［3］。

三心拱巷道断面参数化系统……三心拱巷道断面参数化系统包含了Class1、Baskethandlearch、Calculateh3、MainForm等四个类。下面将逐一进行说明。

Class1类用来处理一些程序基本的设置、调用等功能，包括检测AutoCAD是否启动、加载实现本系统的应用扩展程序CUMTLab．dll和程序主窗体的加载等［4］。

Baskethandlearch类作为本系统的主体，提供了三心拱巷道的面积计算、轮廓绘制等方法。给Baskethandlearch 类创建了 Basepoint、Aspectratio、Bottomwidth、Height等属性，有利于之后MainForm类中各种调用的参数传值。构造函数Baskethandlearch()用来……。CalculateArea()函数用来计算面积，CalculatePts()函数用来计算绘图时所需点的坐标，Draw()函数用来绘制三心拱。

Calculateh3类提供了四种不同要求及其组合计算墙高的函数库，使得MainForm类中计算墙高时可以方便调用。

MainForm类作为主窗口类，用来实现程序与用户的交互。其中，定义了一个Approximate()函数，用来实现将一个数以只进不舍的原则以100 mm进级。另外，在墙高计算过程中，通过if语句实现选择不同算法或其组合，以取其最大值的原则进行。三心拱巷道断面参数化系统软件核心界面见图2。

图2 三心拱巷道断面参数化系统软件核心界面

4 三心拱巷道断面参数化系统设计实例

加载文件进入系统以后，在巷道轮廓标签下选择双轨巷，之后转入巷道尺寸标签下，输入下列参数：

运输设备上左边缘距巷道壁的距离 a，mm，取900;

电机车(或矿车)最大宽度A1，mm，取1 200;

两机车间安全间距b，mm，取400;

运输设备上右边缘距巷道壁的距离 c，mm，取1 100。

确定后，选择复选框中下列参数：

人行高度要求;

架线电机车导线弓要求;

1．6 m高度内人行宽度要求;

设备上缘至拱壁最小安全间隙要求：

机车高 h，mm，取1 550;

架线高 h4，mm，取 2 000。

选择参数：

道渣面高 hb，mm，取200;

轨道面高 hc，mm，取360。

确定后输入风量70 m3/s，计算得风速为3．586 m/s，合理点击确定，即可绘图，若风速不能满足生产要求，可以人为扩大墙高或净宽，以达到风速指标。三心拱巷道断面绘制结果见图3。

图3 三心拱巷道断面

5 结论与展望

基于Dotnet平台的C#开发AutoCAD实现三心拱巷道断面参数化设计，完成了断面尺寸的确定，用风速校核净断面，实现自动成图，不同于以往的单纯提供绘图自动化的设计模式，引入计算判断模块，增加了设计的可靠性，提高了巷道断面设计的能力与效率。

基于这种思想，可以实现巷道支护选型和材料消耗自动成表，完成整个巷道设计的参数化设计工作，进而在各个行业的设计领域运用参数化设计思路，使设计变得直观容易，大大减轻设计者的计算量和绘图工作。

［1］ 尹 力，佟海龙，朱真才．综采面成套设备选型与布置的计算机辅助设计［J］．煤炭科学技术，2010，38(7)：81－84．

［2］ 煤矿矿井采矿设计手册编写组．煤矿矿井采矿设计手册(上、下册)［M］．北京：煤炭工业出版社，1996：329－340，501－511．

［3］ 董长吉，王海爽．VB对AutoCAD二次开发在巷道断面设计中的研究与应用［J］．煤炭技术，2005，24(8)：43－44．

［4］ 内格尔著，李 铭译．C#高级编程［M］．第6版．北京：清华大学出版社，2008：24－26．