SolidWorks在保护煤柱留设设计中的应用

1 问题的提出

    在煤矿设计中，留设各种工业场地的保护煤柱是一个非常重要的部分，目前传统的留设煤柱的方法主要有垂直剖面法和垂线法。垂直剖面法：这种方法是作图的方法，作沿煤层走向和倾向的剖面，在剖面图上由移动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到保护煤柱边界；垂线法：作保护面积边界线所有角点处的垂线，并计算各垂线的长度，过各垂线的端点划直线，由所划直线的交点确定保护煤柱边界，这种计算每一条保护面积边界线长度的方法称为垂线法。这两种方法，存在如下的不足：

    (1)只有在煤层底板等高线为平行直线时才能准确有效地绘制或计算出保护煤柱的边界线。而实际的煤层底板等高线都不会是平行的直线。

    (2)只能为边界由直线组成的四边形保护场地作其所需要的保护煤柱的边界线。

    (3)运用以上两种方法作图时，不得不将表土层的底板简化描绘成一个水平面，但实际中表土层的底板也具有坡度和各种构造特征。传统留设煤柱的方法是不精确的，因此需要在实际留设过程中取较大的值，往往造成煤炭资源的浪费。

    (4)由于传统留设煤柱的方法是在二维图纸上进行的，不能观察到煤层产状、地质构造等三维实体信息，不能实现直观的煤柱设计。

    以上不足，是在二维图纸绘图设计中所无法逾越的。而随着三维技术的发展，其他领域的设计工作大都借助三维工具取得了巨大的进步，因此探索三维技术在采矿工程设计领域的应用具有一定的意义和推广价值。文章选择三维软件作为工具，并对三维技术在保护煤柱留设方面的有效应用进行了探索与研究。

2 三维建模软件-简介

    选择作为矿井三维建模的工具，是因为其作为一款机械设计软件，在航空航天、军事等工业有着广泛的应用，这些足以说明该软件的精确建模功能。

    采矿工程学科是以三维状态的各种矿体与岩体为研究对象的学科，但是至今为止所使用并作为研究和生产依据的图纸都是二维状态的，这严重制约了对所研究对象的客观和真实的描述，相信将引用在保护煤柱三维留设方法的探索中，必将为采矿学科的发展起到一定促进作用。

3 底板等高面和保护煤柱边界的确定

    3.1 获取建立煤层底板等高面所需要的有关数据

    提供了强大的复杂曲面造型能力，提供了多种建立曲面的方法，结合建立煤层底板等高面的实际基础数据，选择“放样曲面”、“边界曲线”和“直纹曲面”方法来生成煤层底板等高面。