一种煤矿坡度写实数据自动成图方法

技术领域

本发明属于煤田地质技术领域，涉及一种煤矿工作面坡度数据自动成图的方法。该方法能够极大的简化制图流程，实现数据采集自动成图。

背景技术

煤矿坡度图是煤矿基本图件之一，其能反映煤层起伏、厚度变化，对煤矿生产决策提供数据支撑。通常情况下，坡度图成图根据综采工作面巷道和切眼，按照要求的间距，利用高精度全站仪对巷道和工作面进行测量。待升井后，利用测量获取的数据，通过CAD制图软件绘制坡度图。首先将井下数据进行整理，按照CAD制图软件格式，输入各测量点坐标；然后将坐标连成线，形成煤层的底板曲线；再根据写实数据绘制将各个写实点的数据绘制成写实图。这种坡度图绘制方法耗时费力。一张坡度图的绘制通常需要专业绘图员、技术员花费8h以上的时间才能完成绘制，而且在绘制的过程中需要进行大量的数据录入工作，容易出错，影响图件的正确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿坡度写实数据自动成图方法，以解决传统制图方法费事费力，且容易出错的问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿坡度写实数据自动成图方法，具体包括以下步骤：

步骤1，整理井下获得的测量数据，包括距离、底板标高，底矸厚度、煤层厚度、顶矸厚度；距离指测量点到巷道口的距离；所有测量点对应的距离为X1～Xn、底板标高为Z1～Zn，底矸厚度为H01～H0n、煤层厚度为H11～H1n、顶矸厚度为H21～H2n；其中，X1～Xn分别指第1～n个测量点到巷道口的距离，n为测量点个数；

步骤2：设置BI参数；

步骤3：根据步骤1得到的测量数据绘制步骤1中表格中每个测量点对应测量点的煤层写实柱状图；包括如下步骤：

步骤31，根据步骤1得到的测量数据计算得到所有测量点中底板标高的最小值；

步骤32，计算得到每个测量点对应的顶矸厚度柱、煤层厚度柱、底矸厚度柱的顶点坐标，根据顶点坐标分别得到顶矸厚度柱、煤层厚度柱、底矸厚度柱，由它们上下顺序拼接得到该测量点对应的煤层写实柱状图；

步骤33，对步骤32得到的每个测量点对应的顶矸厚度柱、煤层厚度柱、底矸厚度柱分别进行填充，并将煤层厚度、顶矸厚度、底矸厚度标注在对应的煤层写实柱状图的右侧；

步骤4：根据步骤1中整理的测量数据绘制坐标轴；具体包括以下子步骤：

步骤41，计算坡度图的横坐标轴的左、右顶点坐标，根据左、右顶点坐标绘制横坐标轴；

步骤42，依次利用下面四组公式计算得到左一纵坐标轴、左二纵坐标轴、右一纵坐标轴、右二纵坐标轴的上、下顶点坐标，并根据得到的上、下顶点坐标分别绘制四条纵坐标轴：

分别为步骤1中表格中所有测量点中距离的最小值、最大值；zmin、zmax分别为步骤1中表格中所有测量点中底板标高的最小值、最大值；d1为纵坐标轴距离底板曲线的距离，取10或20；d2为两条纵坐标轴之间的距离，取6或12；

步骤43，在左一纵坐标轴、左二纵坐标轴之间绘制左花杆；

步骤44，在右一纵坐标轴、右二纵坐标轴之间绘制与左花杆对称的右花杆；

步骤45，在左一纵坐标轴的左侧以及右二纵坐标轴的右侧标出花杆中每个矩形对应的高度。

步骤5：根据步骤1中测量数据绘制网格线，所述绘制网格线包括在左二纵坐标和右一纵坐标之间绘制横坐标轴平行线和纵坐标轴平行线；

步骤6：根据步骤一中表格数据绘制煤层顶底板曲线，将步骤一中测量数据转换为四个数据组，分别为：

(1)、[X,Z]：[X1,Z1]，[X2,Z2].........[Xn,Zn]

(2)、[X,Z+H01]：[X1,Z1+H01]，[X2,Z2+H02].......[Xn,Zn+H0n]

(3)、[X,Z+H01+H11]：

[X1,Z1+H01]，[X2,Z2+H02+H12].......[Xn,Zn+Hn+H1n]

(4)、[X,Z+H01+H11+H21]：

[X1,Z1+H01+H11+H21]、[X2,Z2+H02+H12+H22].......[Xn,Zn+Hn+H1n+H2n]；

然后将(1)、(2)、(3)、(4)四个数据组分别连接成曲线，得到的四个曲线分别为底矸曲线、煤层底板曲线、煤层顶板曲线、煤层顶矸曲线。绘制完成后按照煤层、夹矸的岩性进行填充，将底矸曲线与煤层底板曲线之间填充为泥岩图例；将顶矸曲线与煤层顶板曲线之间填充为泥岩图例；将煤层顶板曲线与煤层底板曲线之间填充黑色。

进一步的，所述步骤2中，BI参数取值为1：5或1:10。

进一步的，所述步骤2中：煤层厚度柱的四个顶点坐标为：

底矸厚度柱的四个顶点坐标为：

顶矸厚度柱的四个顶点坐标为：

其中，C为煤层写实柱状图的宽度；D为煤层写实柱状图距离坡度图的距离，取值为100或200；X为步骤1得到的距离，表示测量点与巷道基准点之间的距离，单位为m。

进一步的，所述步骤41中，左、右顶点坐标计算公式如下：

其中，xmin、xmax分别为步骤1中所有测量点中距离的最小值、最大值；zmin、zmax分别为步骤1中所有测量点中底板标高的最小值、最大值；d1为纵坐标轴距离底板曲线的距离，取10或20；d2为两条纵坐标轴之间的距离，取6或12。

进一步的，所述步骤43具体包括如下步骤：

步骤431，将左一纵坐标轴、左二纵坐标轴之间的区域划分为多个田字格；

步骤432，利用下面公式计算当前田字格的四个矩形中每个矩形的四个顶点的坐标；

其中，i为当前田字格的序号；i取值范围为：[1，int(zmax-zmin)/BI]，i为正整数。

步骤433，令i＝i+1，返回步骤432，直至i＝int(zmax-zmin)/BI，此时得到左一纵坐标轴、左二纵坐标轴之间的所有田字格的每个矩形的四个顶点的计算结果；

步骤434，根据步骤433的计算结果，用不同颜色区分填充所有的矩形，得到左花杆。

进一步的，所述步骤5中，横坐标轴平行线的左、右顶点的坐标分别为：

其中，i表示第i条横坐标轴平行线；i取值范围为：[1，int(zmax-zmin)/BI]，i为正整数。

纵坐标轴平行线的上、下两个顶点的坐标为：

其中，j表示第j条纵坐标轴平行线；j取值范围为：[1，int(xmax-xmin)/BI]，j为正整数。

相较于现有技术，本发明可通过计算机程序自动控制，只需要导入井下实测的数据，即可按照矿井要求快速生成工作面巷道顶底板曲线、巷道写实柱状图，通过此种方法生成的坡度图，能够大幅节省煤矿专业制图工作面人员制图时间，提高工作效率。此外，通过此种方法生成的坡度图，由于避免了传统方式中绘制过程的大量数据录入工作，因此能够显著降低图件的错误率，提高图件的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的煤矿工作面坡度数据自动成图的方法的流程图。

图2是通过本发明的方法生成的小柱状；

图3是通过本发明的方法生成的坐标轴；

图4是根据本发明方法设计的软件界面；图5是根据本发明方法生成的坡度图的效果图。

以下结合附图和实施例对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

参见图1，本发明的煤矿坡度写实数据自动成图方法具体包括以下步骤：

步骤1，整理井下获得的测量数据，包括距离(X1～Xn)、底板标高(Z1～Zn)，底矸厚度(H01～H0n)、煤层厚度(H11～H1n)、顶矸厚度(H21～H2n)。其中，距离(X1～Xn)分别指第1～n个测量点到巷道口的距离，n为测量点个数。

具体格式如下表所示：

步骤2：按照矿井常用比例尺设置BI参数，通常取值为1：5或1:10；

步骤3：根据步骤1得到的测量数据绘制步骤1中表格中每个测量点对应测量点的煤层写实柱状图。包括如下步骤：

步骤31，根据步骤1得到的测量数据计算得到所有测量点中底板标高的最小值zmin；

步骤32，计算得到每个测量点对应的顶矸厚度柱、煤层厚度柱、底矸厚度柱的顶点坐标，根据顶点坐标分别得到顶矸厚度柱、煤层厚度柱、底矸厚度柱，由它们上下顺序拼接得到该测量点对应的煤层写实柱状图(如图2所示)。其中：

煤层厚度柱的四个顶点坐标为：

底矸厚度柱的四个顶点坐标为：

顶矸厚度柱的四个顶点坐标为：

其中，C为煤层写实柱状图的宽度；D为煤层写实柱状图距离坡度图的距离，取值为100或200；X为表1中的距离，表示测量点与巷道基准点之间的距离(通常由矿方自行设定)，单位为m。

步骤33，对步骤32得到的每个测量点对应的顶矸厚度柱、煤层厚度柱、底矸厚度柱分别进行填充，并将煤层厚度、顶矸厚度、底矸厚度标注在对应的煤层写实柱状图的右侧。

步骤4：根据步骤1中整理的测量数据绘制坐标轴。具体包括以下子步骤：

步骤41，计算坡度图的横坐标轴的左、右顶点坐标，根据左、右顶点坐标绘制横坐标轴；左、右顶点坐标计算公式如下：

其中，xmin、xmax分别为步骤1中表格中所有测量点中距离的最小值、最大值；zmin、zmax分别为步骤1中表格中所有测量点中底板标高的最小值、最大值；d1为纵坐标轴距离底板曲线的距离，取10或20；d2为两条纵坐标轴之间的距离，取6或12。

步骤42，依次利用下面四组公式计算得到左一纵坐标轴、左二纵坐标轴、右一纵坐标轴、右二纵坐标轴的上、下顶点坐标，并根据得到的上、下顶点坐标分别绘制四条纵坐标轴：

步骤43，在左一纵坐标轴、左二纵坐标轴之间绘制左花杆；具体包括如下步骤：

步骤431，将左一纵坐标轴、左二纵坐标轴之间的区域划分为多个田字格；

步骤432，利用下面公式计算当前田字格的四个矩形中每个矩形的四个顶点的坐标；

其中，i为当前田字格的序号；i取值范围为：[1，int(zmax-zmin)/BI]，i为正整数；

步骤433，令i＝i+1，返回步骤432，直至i＝int(zmax-zmin)/BI，此时得到左一纵坐标轴、左二纵坐标轴之间的所有田字格的每个矩形的四个顶点的计算结果；步骤434，根据步骤433的计算结果，用不同颜色区分填充所有的矩形，得到左花杆；如图3左侧所示。

步骤44，在右一纵坐标轴、右二纵坐标轴之间绘制与左花杆对称的右花杆；

步骤45，在左一纵坐标轴的左侧以及右二纵坐标轴的右侧标出花杆中每个矩形对应的高度。

步骤5：根据步骤1中测量数据绘制网格线，所述绘制网格线包括在左二纵坐标和右一纵坐标之间绘制横坐标轴平行线和纵坐标轴平行线。横坐标轴平行线的左、右顶点的坐标分别为：

其中，i表示第i条横坐标轴平行线；i取值范围为：[1，int(zmax-zmin)/BI]，i为正整数。

纵坐标轴平行线的上、下两个顶点的坐标为：

其中，j表示第j条纵坐标轴平行线；j取值范围为：[1，int(xmax-xmin)/BI]，j为正整数。

步骤6：根据步骤1中测量数据绘制煤层顶底板曲线，将步骤一中测量数据转换为四个数据组，分别为：

(1)、[X,Z]：[X1,Z1]，[X2,Z2].........[Xn,Zn]

(2)、[X,Z+H01]：[X1,Z1+H01]，[X2,Z2+H02].......[Xn,Zn+H0n]

(3)、[X,Z+H01+H11]：

[X1,Z1+H01]，[X2,Z2+H02+H12].......[Xn,Zn+Hn+H1n]

(4)、[X,Z+H01+H11+H21]：

[X1,Z1+H01+H11+H21]、[X2,Z2+H02+H12+H22].......[Xn,Zn+Hn+H1n+H2n]；

然后将(1)、(2)、(3)、(4)四个数据组分别连接成曲线，得到的四个曲线分别为底矸曲线、煤层底板曲线、煤层顶板曲线、煤层顶矸曲线。绘制完成后按照煤层、夹矸的岩性进行填充，将底矸曲线与煤层底板曲线之间填充为泥岩图例；将顶矸曲线与煤层顶板曲线之间填充为泥岩图例；将煤层顶板曲线与煤层底板曲线之间填充黑色。

实施例：

步骤1、收集某工作面切眼的数据资料，整理如下表所示：

步骤2、设置比例尺BI参数为1：10；

步骤3、绘制煤层写实柱状图，其中煤层写实柱状图的宽度C设置为3；煤层写实柱状图距离坡度图的距离D为100，xmin为1.5，其中1个煤层写实柱状图绘制结果如图2所示；

步骤4，绘制坐标轴，其中d1为纵坐标轴距离底板曲线的距离为10，d2为两条坐标轴之间的距离为6，xmin、xmax分别为1.5，186，zmin、zmax分别为z的最小值、最大值851.7141，868.7417，其中坐标轴绘制如结果3所示。

步骤5，绘制网格线；

步骤6，绘制煤层顶底板曲线，将四条曲线(底矸曲线、煤层底板曲线、煤层顶板曲线、煤层顶矸曲线)绘制在坐标轴上，并进行填充。

将本发明的方法制作得到的小程序界面如图4所示，绘制结果如图5所示。通过在上述本发明的方法编辑为自动可执行程序，只需要导入井下实测的数据，即可按照矿井要求快速生成工作面巷道顶底板曲线、巷道写实柱状图，生成工作面坡度图。通过这种方法能够大幅提高工作效率，提高图件的准确性。

为证明此种方法的可行性和有效性，将通过这种方法生成坡度图与手工绘制生成的坡度图进行对比，熟练的制图人员手工绘制生成坡度图需要8～9小时，而通过本发明的方法生出柱状图仅需要2min，极大的提高了绘图的工作效率。对比手工绘制与自动生成的方法生成图件，两者都是按照标准完成图件的绘制，质量良好。