基于AutoCAD/Excel的开采沉陷数据处理系统研究

摘要：矿区开采沉陷变形监测技术具有重要作用，其主要以开采沉陷数据处理系统为基础进行操作。文章分析了开采沉陷数据处理软件系统的主要功能，阐述了软件开发的主要技术，并着重介绍了该系统的设计与实现，最后应用该软件包研究分析了某矿首采面地表移动变形规律，大大提高了业内数据处理效率。

关键词：开采沉陷；数据处理系统；预计参数；移动变形规律；AutoCAD；Excel 文献标识码：A

中图分类号：TP317 文章编号：1009-2374（2015）06-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0442

1 概述

矿区开采沉陷变形监测技术主要是建立地表移动观测站，对各监测点进行定期、重复观测，以确定各监测点在不同时期内空间位置的变化；对实测数据进行处理分析，了解并掌握地表移动变形规律，因此高效的数据处理就显得尤为重要。其主要内容有：（1）对观测数据进行外业质量检核、预处理、平差计算，并将相邻测点距离改到观测线方向，确定各测点的高程等；（2）经过观测数据整理后，计算各测点间的移动和变形量，并绘制变形曲线图；（3）分析点位移动、变形的变化规律及最终变形值；（4）根据沉陷稳定后变形值计算概率积分法预计参数，分析开采引起地表移动规律。这种野外观测数据具有周期性、数量大等特点，传统数据处理方法有明显弊端，而本文编制的集观测数据平差计算、变形分析与曲线绘制以及概率积分法参数预计等多功能的一体化开采沉陷数据处理软件将有效地提高工作效率和计算精确度。

2 系统分析及系统关键技术

2.1 系统分析

为了满足矿山变形监测数据处理及地表移动规律分析的需求，开采沉陷数据处理系统的主要功能有：（1）计算移动变形。对观测数据进行平差，计算变形信息，主要包括下沉值、下沉速度、水平移动、水平变形、倾斜、曲率等变形值；（2）绘制移动变形曲线图。该模块将实现整体测点和单个测点在不同时期内下沉、水平移动、倾斜及曲率等变形信息的自动绘制与输出；（3）估算概率积分法预计参数。根据稳定后变形信息对概率积分法预计所需的参数进行估计，该模块采用最小二乘法和抗差估计法来实现对概率积分法所需参数的求解。

2.2 系统关键技术

开采沉陷数据处理软件主要采用的技术有ActiveX技术、AutoCAD和Excel二次开发技术。系统的实现主要采用VB.NET对AutoCAD和Excel进行控制和操作，主要步骤为：先在VB.NET工程中添加引用AutoCAD对象库，进而利用AutoCAD中图形实体对象、样式设置对象、图形显示对象等对AutoCAD进行程序控制。

3 系统设计与实现

3.1 系统结构设计

该系统采用面向对象与结构化设计相结合的方法对系统结构进行设计。系统设计时遵循“设计方案—功能分解—设计软件结构”的设计思想，把模块组织成良好的层次系统，主控模块调用二级模块以实现程序的完整功能，其中二级模块主要包括观测站设计、实测数据处理、变形曲线绘制以及概率积分法预计参数估计等模块。二级模块调用三级模块完成最具体的功能，系统总体结构如图1所示：

3.2 系统界面设计与模块实现

该系统可独立运行于Windows XP、Win7环境中，用户界面综合采用了下拉式内建菜单、图标菜单、弹出式窗口等用户界面形式，直观方便，易于操作。（1）实测数据处理模块。实测数据处理模块是该系统的核心模块之一，主要实现了整体与个别监测点变形信息的计算与成果的报表输出；（2）变形曲线绘制模块。变形曲线绘制模块是该系统变形信息可视化的主要核心内容，可客观反映形变的真实情况；（3）概率积分法预计参数估计模型。概率积分法预计参数估计方法主要采用最小二乘估计与抗差最小二乘估计两种方式。

4 实例

4.1 测区地质采矿条件与观测方案

为了验证本系统的正确性和实用性，以淮南市某矿区首采面为例进行数据处理。首采面设计走向长1980m，采长1910m，工作面宽240m，平均采厚3.9m。工作面走向近东西方向，煤层平均倾角15°。工作面煤层埋深650～750m，平均为718.3m；煤层底板高程为-720～-650m，其上覆新生界松散层厚度336～370m，平均353.7m。为了准确地确定开采沉陷监测的空间基准，在地表开始移动之前，应独立进行两次全面观测，包括测定各监测点的高程信息、平面位置、监测点点间距。高程测量按三等水准的要求进行测量，平面位置测量采用GPS按城市一级导线的精度要求监测，日常测量按四等水准测量的要求进行，共进行了6次GPS测量和24次水准测量。

4.2 数据处理及移动变形曲线

根据稳定后的实测资料，应用矿区开采沉陷数据处理软件系统自动绘制的各种曲线图：（1）走向移动变形曲线图；（2）下沉动态变化规律图；（3）倾斜动态变化规律图；（4）曲率动态变化规律图；（5）水平移动动态变化规律图；（6）水平变形动态变化规律图等。

4.3 概率积分法参数求解

对表1和表2结果分析可知：（1）对于没有粗差的观测值而言，抗差估计与LS估计的结果具有一致性，均能较好地估计出参数值，拟合效果较好；（2）当观测值中人为加入粗差时，当采用最小二乘方法求取的参数出现了明显的偏差，拟合效果较差。而基于抗差估计方法求出的各种参数与无粗差时获得的结果相差较小。因此，抗差估计能有效抵抗粗差对参数估计的影响，求得的预计参数具有较高的可靠性。在确定拐点偏移距时，通常以平均采深H0的形式给出，由于该首采面平均开采深度H0为718.3m，并结合表1中采用抗差估计对实测数据计算得到的预计参数，本文推荐该矿开采沉陷预计参数值如表3所示：

5 结语

矿区开采沉陷数据处理软件系统大大提高了内业数据处理效率和数据处理的准确度，移动变形曲线可以直观地反映地表的动态变化规律，参数估计时可以看出当观测值中含有粗差时，抗差估计明显优于最小二乘估计，表3中的概率积分法预计参数可以为相类似地质采矿条件下煤炭开采提供一定的参考。

参考文献

[1] 王鸿儒.Excel VBA程序设计[M].北京：中国铁道出版社，2005.

[2] 何国清，杨伦，等.矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.

[3] 邓英尔，谢和平，等.全过程沉降预测的新模型与方法[J].岩土力学，2005，26（1）.

[4] 郭广礼，汪云甲.概率积分法参数的稳健估计模型及其应用研究[J].测绘学报，2000，29（2）.

作者简介：朱群康（1982-），男，江苏如皋人，淮浙煤电公司顾北煤矿地质测量部工程师，研究方向：矿山测量。

（责任编辑：周 琼）