基于VB的开采沉陷预计程序设计与实现
2015-10-21郭仓刘丹凤胡俊辉曹鸿
郭仓 刘丹凤 胡俊辉 曹鸿
【摘要】地表变形移动值是反映开采沉陷影响的重要参数。本文以概率积分法为基础,采用VB 语言开发了开采沉陷预计分析程序,并用实例验证了该程序的准确性和可靠性,为矿区的沉陷预计提供了一种计算工具。
【关键词】开采沉陷;VB;概率积分法;预计分析
1引言
根据国有重点煤矿的不完全资料统计,目前我国“三下”压煤约137.9亿t[1],部分矿区建筑物下压煤量巨大,特别是对于一些老矿井,“三下”压煤已经严重制约着矿区经济的发展。随着经济的快速发展,矿区地表建筑物不断增加,因此如何对待采工作面进行采前移动变形预计,对“三下”采煤工作有重要的指导意义。
目前在该领域已经开发出了一些相关的预计软件,如中国矿业大学开采沉陷研究所的MSPS系统,朱广轶等利用VBA和CAD二次开发技术来预计并使结果可视化[2];李洪波利用MapInfo和VC++来实现沉陷预计分析[3];柴华彬等利用VC++与Super Map相结合应用于开采沉陷的研究[4-5]。本文作者根据自己在工作期间对开采沉陷理论的理解,在VB环境下,设计并编写了开采沉陷的预计软件。
2开采沉陷预计基本原理和数学模型
2.1开采沉陷预计基本原理
预计采用的基本原理是概率积分法,它是基于随机介质理论的一种预计方法,是由波兰学者李特威尼申50年代首先引入岩层移动的研究,后来由我国学者刘宝琛,廖国华等发展起来的,经过几十年的研究目前已经成为我国较成熟的,应用最为广泛的预计方法之一。
2.2全盆地开采沉陷预计数学模型
(1)即是岩层移动中随机介质理论的偏微分方程。式(1)是一个二阶的抛物线型偏微分方程,为求其特解我们根据理论模型和采矿实际,可以推导出单元开采引起的(x,z)点的下沉,然后根据盆地内移动和变形的规律推导出倾斜、曲率、水平移动、水平变形的公式[1]------下沉: 、倾斜: 、曲率: 、水平移动: 、水平变形: 。
3程序设计与实现
3.1程序基本框架及功能
在本程序设计中为预计文件的输入提供两种方法:⑴根据提示采用窗体方法输入;⑵直接读取编辑好的文本文档。移动与变形预计模块,采用概率积分法提供走向主断面、倾向主斷面、全主断面和任意点的预计方法,最后将各预计值以窗体的形式输出。
3.2程序设计的关键点
在采用概率积分法计算中要用到高斯误差函数,如何计算出对应的高斯误差函数的值,是完成预计的关键所在。要解决此问题一般有三个思路:①利用龙贝格求积法,通过步长多次二分来完成;②利用泰勒公式对高斯误差函数进行展开,取展开式的前几项转化为求多项式的值;③将文献[1]中的移动和变形分布函数值做成二维表格,根据比值调用对应的值。
由于第三种方法简单易行,故在本次程序设计中采用该方法。
3.3程序实现
VB是一种采用面向对象的程序设计方法(oop)的语言,提供了丰富的界面设计方法。本程序设计主界面如图3所示:由于程序冗长,故文中没有附录。
4实例验证
为了验证程序的可靠性,采用文献[1]中的例子进行验证,这里假设文献中的值称实际值,由本程序预计得到的称为预计值,通过实际值和预计值的差值来判断程序的可靠性。为了节约篇幅只验证倾向主断面上的移动与变形,实例:某一开采工作面,采厚m=1.45m,倾角 =12°,工作面倾向斜长D1=200m,走向长D3=300m,下山边界采深H1=321.9m,上山边界采深H2=279.3m,覆岩类型中硬,用全部垮落法管理顶板。矿区的概率积分参数为:q=0.76,s1/H1=s2/H2=0.1,开采影响传播角θ0=900-0.7 ,下山边界参数tanβ1=2.2、b1=0.36,上山边界参数tanβ2=2.0、b1=0.30。
5结语
本文以地表移动变形预计的概率积分法为基础,以VB语言作为软件开发平台,开发了开采沉陷预计分析程序,并通过实例进行了验证,实现了开采沉陷预计的计算机辅助,其理论可靠,可以满足一般的工程需要,为以后矿区的预计分析提供了一种工具,具有一定的现实意义。
参考文献:
[1]谭志祥,邓喀中. 建筑物下采煤理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007.
[2]朱广轶,王玮,刘晓群.开采与地表沉陷分析的可视化软件系统[J].煤炭工程,2006(8):99-100.
[3]李洪波,柴华彬,于勇.开采沉陷预计分析系统[J].焦作工学院报,2003,22(4):260-262.
[4]柴华彬,邹友峰等.SuperMap系统在开采沉陷预计分析中的应用[J].西安科技大学学报,2005,3:52-56.
[5]朱刘娟,陈俊杰,邹友峰.任意工作面开采地表移动变形的算法实现[J].辽宁工程技术大学学报,2005,24(3):337-339.