Excel VBA在巷道围岩支护稳定性控制中的应用

朱帅 刘飞

（河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 454000）

Excel VBA在巷道围岩支护稳定性控制中的应用

朱帅 刘飞

（河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 454000）

在对巷道围岩变形控制的研究过程中，传统的监测和预测方法所需时间长、误差大。基于此，以对平煤集团六矿丁二轨道下山巷道的变形监测分析为例，采用Excel VBA的二次开发模块设计程序，快速绘制巷道围岩变形曲线图和变形趋势曲线，并计算出以观测日期t为自变量的与位移u或变形速率v的函数，预测巷道围岩的变形状况。这一程序具有快速、准确、可重复等特点，有助于提高工作效率，且容易保存管理。

巷道围岩；变形监测；Excel VBA

在巷道的支护过程中，对于巷道围岩变形情况的掌握尤为重要。以监测巷道顶底板和两侧的变形情况的信息反馈为依据，提出符合实际的行之有效的巷道支护方案，使人工支护方案与围岩共同作用，从而形成一个具有能量守恒的动态平衡支护系统［1］。

1 巷道围岩变形与监测

1.1 巷道围岩变形特征

由于岩体具有一定的流变特性，在对巷道围岩的支护过程中，围岩会随着时间的变化而产生一定的变形，并且围岩处于不同阶段下的变形程度不同［2］。一般围岩的应力-应变关系变形分为3个阶段。

1.1.1 弹性变形阶段。这一阶段下岩体的变形量有明显的增加，变形速率变化较大，围岩应力处于逐渐增加的阶段。

1.1.2 应变软化阶段。当围岩应力-应变增加到一定峰值时，其应力-应变在支护方案的作用下开始逐渐降低，围岩变形量减小，但围岩体依旧有明显变形，变形速率相比于弹性阶段的变形速率较低。

1.1.3 残余变形阶段。围岩的应力-应变与支护强度处于一个动态稳定的阶段，变形量由低逐渐变为0，最后趋于稳定。

1.2 巷道围岩的监测方法

对于围岩巷道变形的监测方法主要是通过工程现场实测，测量出巷道顶底板及两侧位移量，并通过回归分析预测其变形趋势，观察是否符合围岩围岩应力-应

变曲线，用来作为判断巷道支护方案是否合理的依据［3］。然而，这一方法测试花费时间长、效率低，人工统计计算易出错，可能最后得出的计算结果不能很好地反映顶底板和两侧的变形位移情况。在深部软岩巷道中，地应力较高且围岩稳定性较差，一般采取支护强度较高的支护方案。在前期的测量过程中由于支护强度高，围岩所承受的压力被支护方案分散，短期内不会表现出明显的变形，监测所得到的数据变化处于安全范围内。然而，软岩巷道的应变软化区域较大，岩体蠕变时间长，变形量大，在长时间的不稳定变形作用下，巷道会发生明显位移甚至破坏，从而发生一系列的支护损坏、片帮、垮落等事故。所以，传统的人工监测方法不适用于所有围岩巷道支护，尤其不适用现如今愈来愈多的深埋巷道支护方案的监测。

2 程序设计的目的与流程

深埋巷道的围岩变形监测与控制往往需要进行超长期的测量和大量数据的处理，专业测量人员匮乏，工作量大，工作时间长，测量与统计费时费力精度不高［4］。利用Excel这一办公软件强大的统计功能，电子表格模块编辑巷道变形数据，利用Excel-VBA模块设计变形曲线图并对其进行拟合回归分析［5］，整理出以时间t为自变量与位移u相关的函数关系式。通过该函数关系式，预测巷道未来的变形情况。

3 实用案例分析

本程序设计以平煤六矿丁二轨道下山巷道的围岩变形监测为例，该巷道埋深870m，围岩软弱破碎，属于深部软岩巷道，采用传统锚杆+普通U型钢可缩支架支护，支护方案的初始支撑强度较高，围岩变形不明显，但由于软岩巷道的长期变形特性，对于围岩巷道变形的长期监测与预测显得尤为重要。

3.1 监测布置方案

平煤六矿丁二轨道下山巷道是典型的直墙半圆拱巷道，为了从多方面监测其变形状况，在已支护完毕的巷道中选取120m作为监测巷道，每隔30m设置一组观测站，十字交叉法布置（顶底、两侧布站呈中心对称），测量仪器为测杆，历时150d，测量出对应的顶底板与两侧变形量。

3.2 数据录入与变形速率的统计

本设计使用的Excel版本为Microsoft Excel 2013，建立Excel工作表将Sheet1命名为TestPoint1，Sheet2命名为TestPoint2，Sheet3命名为TestPoint3。

以第一观测站的工作表Test Point-1数据为例：A列为观测日期t，默认单位为d；B列为两帮位移量u1，默认单位为mm；C列为两帮位移速率v1，默认单位为mm/d，首行的值为B/A，第n行的速率值计算公式为“=［Bn-B(n-1)］/［An-A(n-1)］”；D列为顶底板位移量u2，默认单位为mm；E列为两帮位移速率v2，默认单位为mm/d，首行的值为E/ A，第N行的速率值计算公式为“=［En-E(n-1)］/［An-A(n-1)］”。所建立的表格如图1所示。

3.3 Excel VBA程序设计

在对围岩变形的监测中，为了能够将观测结果更直观显性地表达出围岩变形的不同阶段，需要绘制变形曲线图和变形速率曲线图，该绘图工作可以在Excel的“图表”模块中完成，但若要对每一个测站都进行手动绘制曲线图，工作量繁杂重复，可以在Excel VBA的二次开发环境中对某一单元格自定义，在一个空白单元格中添加“绘图”与“统计”程序，从而快速生成曲线图和回归方程。

在Excel界面使用组合键“Alt+F11”进入VBA编辑界面后在菜单栏选择“插入”→“模块”，即可开始编程。由于代码行数较多，现选择个别关键行代码进行解释：

式（1）是建立包含240个单元格具平滑曲线的散点图，式（2）指明了数据来源；

式（3）是绘制对数型趋势图像，式（4）是绘制幂级数

型趋势图像，式（5）是显示方程。最后返回Excel，轻松得到如图2所示的变化曲线和变化曲线的函数。

图2 使用VBA语言绘制出的变化曲线图

4 结语

本设计以Excel便捷的办公模块为基础，开发了快速预测围岩位移变化趋势的程序，能够自动生成变形曲线和变形速率曲线，并给出向对应的函数关系式，提高了现有的工作效率和计算速度，减少了测量所需时间，能够预测未来巷道的变形量。从平煤六矿丁二轨道下山巷道变形的监测情况来看，在锚杆+普通U型钢可缩支架支护方案下巷道的位移变形量较大，严重影响井下的安全生产，应立即对原支护方案进行优化修复。这种新型的监测方案从布站、执行、计算、预测均由测量仪器和计算机进行处理，减少了人为失误的可能性，确保监测结果的快速、可靠。总之，该程序具有准确、快速、可重复的特点，并且有助于数据的保存和整理，适合推广使用。

［1］李大伟.深井与软岩巷道二次支护原理及控制技术［M］.北京：煤炭工业出版社，2008.

［2］沈明荣，陈建峰.岩体力学［M］.上海：同济大学出版社，2006.

［3］何满潮.中国煤矿巷道支护理论与实践［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

［4］张群超，禄占磊，陈凯华.井下大巷控制测量中的Excel VBA应用开发［J］.中州煤炭，2007（3）：21-22.

［5］夏强.Excel VBA应用开发与实例精讲［M］.北京：科学出版社，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

朱帅（1989-），男，硕士，研究方向：矿山压力与岩层控制。