利用计算机EXCEL2003对煤柱边界进行自动化计算

李建力

（晋煤集团寺河矿地测科，山西 沁水 048205）

利用计算机EXCEL2003对煤柱边界进行自动化计算

李建力

（晋煤集团寺河矿地测科，山西 沁水 048205）

留设保护煤柱是为了有效保护受护范围不受采动影响，通常采用垂线法留设保护煤柱。文章介绍了使用计算机EXCEL2003软件将复杂计算公式进行疏理，然后用数学函数编入Excel2003做成表格。技术人员使用该表格，只需有关参数输入相应单元格中，表格将自动利用公式计算出保护煤柱的边界坐标；这样就可缩短计算时间，减少了工作量，提高准确度。

顶计算机；保护煤柱；自动计算

1 概述

采出地下煤炭后，破坏了地层内原有的应力平稳，采空区顶板岩层向下弯曲下沉，乃至断裂于采空区。当采空区的面积达到一定范围时，这种移动和变形会波及到地表，导致地表出现下沉、地面建筑物受到破坏。因此，合理留设保护煤柱是解决这一问题主要方法。

留设保护煤柱主要采用垂线法，采用人工计算较烦琐、计算量较大，容易出现错误；因而至少需要两个人同时计算、相互检核、以求正确结果。这对我矿来说，矿界内村庄较多、有重要的铁路、公路、高压线路、河流。若用人工计算保护煤柱边界，无疑是设计人员的严峻任务。

利用计算机Excel2003设计的表格进行计算，只需将受护范围各拐点坐标、地面高程、煤层底板高程、松散层厚度、围护带宽度、岩层移动角、受护边界与煤层所夹的锐角、煤层倾角等有关参数输入相应的单元格中，该表格将自动计算出保护煤柱的边界坐标。这样只需人工再按公式计算一遍、做一下检核就可以了。寺河矿胡家掌风井场地3号煤保护煤柱、工业广场3号煤保护煤柱、三水沟风井场地3号煤保护煤柱，都是用计算机进行计算，其精度完全满足有关规程要求。

2 人工计算程序

2.1 确定受护边界

在平面图上按保护对象的保护等级平行于保护对象的轮廓线留设围护带。

2.2 确定保护煤柱

（1）表土层受护范围：在煤层底板等高线图上，由受护边界向外量出

式中:h为表土层厚度，m；φ为表土层移动角，°。从而得到基岩面上的受护边界。

（2）基岩受护范围：再从基岩面上的受护边界作各边界的垂线，这些垂线长按下式计算：

式中：θ为受护边界与煤层走向所夹的锐角。θ、β、γ分别为走向方向、上山方向、下山方向的基岩移动角。

（3）根据计算结果，分别在各垂线上量取qi、li值，得 A、A′、B、B′、C、C′、D、D′各点，连接A′B、AC、C′D、D′B′各线并延长，则相交于 1、2、3、4四点，形成四边形，即为所求的保护煤柱边界，见图1。

3 计算机EXCEL2003计算程序

3.1 计算程序设计思路

图1 保护煤柱计算示意图

将煤柱边界计算表格分为二部分：（1）利用垂线法公式将函数公式编入表格中，自动算出煤柱的总保护带宽度；保护带宽度计算。（2）利用测量原理将函数公式编入保护煤柱边界坐标计算表中，根据受护边界坐标自动算出保护边界坐标。

3.2 计算程序设计原理

计算煤柱时，只需按照设计表格将受护范围各拐点坐标、地面高程、煤层底板高程、松散层厚度、围护带宽度、岩层移动角、受护边界与煤层所夹的锐角、煤层倾角等参数输入相应的单元格中，表格将自动算出保护煤柱的边界坐标。大致步骤如下：（1）将计算保护煤柱的有关参数填入相应的单元格中。（2）基岩厚度＝地面高程-底板高程-松散层厚度。（3）β’(余切)、γ’（余切）、q（上山）、l（下山），根据人工计算公式用数学函数和逻辑函数编入单元格中。（4）总保护带宽度＝松散层保护宽度+围护带宽度+[q（上山）或者l（下山）]。(5)按受护范围拐点坐标，根据测量公式用函数编入相应单元格，最终算出受护边界的方位角。(6)根据算出的方位角和总保护带宽度，用三角函数和逻辑函数算出各个方向的坐标偏移量。(7)垂直于煤柱边上的点坐标＝受护范围拐点坐标+坐标偏移量。(8)根据垂直于煤柱边上的点坐标，根据直线方程算出直线的斜率k、常数b。(9)根据数学公式算出煤柱的拐点坐标。

根据上述原理做出煤柱的计算表格时，尚需注意三点：点号要按顺时针方向设置；黄色区域为自动计算区域，不能进行修改；插入新点时，按边插入（即一次插入一条边）。

3.3 煤柱计算表格的参数选取

（1）受护范围受护边界坐标可按地面实测（设计）图纸量取出来。（2）地面标高和底板标高可按受护范围所在位置，根据采掘工程平面图和井上下对照图中量取出来。（3）松散层厚度可在受护范围附近钻孔地质柱状图中查询出来。（4）围护带宽度根据受护范围等级在表1中查询出来。（5）受护边界与煤层走向所夹的锐角，可在采掘工程平面图中量取出来。（6）岩层移动角，可对回采面相对应的地面做岩移观测，通过分析计算求得。（7）煤层倾角，根据受护范围内的煤层底板等高线算出的。

4 结束语

（1）计算机计算煤柱，需将有关参数输入相应的单元格中（白色区域），表格将会自动算出煤柱的拐点坐标。计算机的程序减少了复杂的计算程序操作简单、准确度高，可缩短工作时间、提高工作效率。（2）该项目在实际应用中，特别是在寺河矿多建筑群、衔接紧张、高产高效的背景下，对每个煤柱设计都必须严格执行，才能为采掘部署提供技术依据，使采掘部门早作准备、早定措施、保证矿井的高产高效。

[1]李战宏.矿山测量技术[M].北京:煤炭工业出版社，2005.

[2]黄乐亭.我国村庄下采煤的现状与发展重点[J].矿山测量，1999（04）：3-6.

Automatic calculation on Coal Column Boundary w ith EXCEL2003

LI Jian-li

(Geological Survey Section of Sihe Mine,Jincheng Coal Group,Qinshui Shanxi 048205)

Vertical linemethod is usually adopted to setup protective coal pillars aiming at protecting areas not to be affected during mining.The paper introduces using EXCEL2003 to reorganize complex formulas,and then compiling them into a table.When technicians use the table,they can only input parameters into corresponding cells.The table can automatically use formulas to calculate the boundary coordinates.Themethod can shorten calculation time,reduceworkload,and increase accuracy.

computer;protective coal pillars;automatic calculation

TD822+.3

A

1672-5050（2011）10-0054-03

2011-06-22

李建力（1981—），男，山西泽州人，本科，助理工程师，从事矿山测量及其技术管理工作。

徐树文