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采矿绘图

基本概念、必要性、历史及现状、商业化成果、优缺点、主要步骤

4.1.1概念

首先了解一下工程绘图与一般绘图的区别。

工程绘图对颜色没有要求，不同的颜色只起更醒目的作用，并非必要。

工程绘图中对尺寸的要求比较高，便于以后参照施工。

十几年前工程师们的基本技能之一就是利用图板加丁字尺绘制工程图，但是在计算机技术的冲击下老工程师们失去了引以为豪的资本，很多矿山只花了几年的时间就甩掉了图板。

计算机绘图的具体操作不是本书的重点，这里我们来比较一下计算机绘图的优势在哪里，为什么能够迅速淘汰图板加丁字尺。

为了便于比较，作者把绘图需要的功能分为如下几个方面：

图素绘制、编辑修改、观察、捕获、标注、其它功能。

表4.1绘图功能的需求

初级绘图

一般工程绘图

采矿绘图

测量绘图

地质绘图

图素绘制

点、直线、圆弧、曲线

椭圆或椭圆弧、样条曲线

各种采矿方法图、巷道断面等

等高线

钻孔柱状图、地形地质图、地质构造图、地质剖面图

编辑修改

擦除

复制、平移、旋转、修剪、缩放、镜像、阵列等

创建文字与表格，图案充填

测量数据平差处理

审核、清绘、对比联接、着色

捕获

自动捕获中点、垂直、平行等

标注

生成各种标准的标注，标注线也可有各种形状

标注基础与样式设置，采矿图形标注与标注编辑

批量标注

水平标高、经纬

其它功能

图层功能、图块功能、以各种图案填充某一区域、求面积及周长

我们现在就来看看传统手工绘图各功能情况。

图素绘制中有丁字尺、三角板、圆规、量角器、曲线板、不同粗细的针管笔等，可以绘制直线、圆或圆弧、样条曲线。

编辑修改工具有橡皮、刮刀等，可以把错误的部分擦掉。

捕获、标注、其它功能在传统绘图中几乎不存在。

如果某个软件只提供绘制点、直线、圆或圆弧、样条曲线，擦除功能，该软件肯定不能算作专业软件，只能作为附带软件免费给大家用。

请看看Windows自带的画图软件（也叫小画板）。

下面就请大家用小画板和传统手工绘图分别绘制一张浅孔留矿法的图。

作者把小画板软件比喻成传统手工绘图，尽管其功能简单，但是除了手工绘图中的所有功能外还能绘制椭圆弧，还有方便的填充功能，而且在小画板中擦掉无论多少遍“图纸”也不会破。

所以电子绘图的优势是很明显的，即使只有小画板软件使用也比在图板上画图方便得多。

当然多数工程绘图软件的功能远比小画板软件强。

因为有很多人已经学习过某种工程绘图软件，知道用它绘制工程图非常方便，但是并没有注意比较它方便在哪里，下面就请大家分别用三种不同的工程绘图软件画一张浅孔留矿法的图，然后总结一般工程绘图软件相比手工绘图提供了哪些额外功能。

下面就是作者总结的一般工程绘图的常用功能。

图素绘制方面有直线、圆或圆弧、椭圆或椭圆弧、样条曲线。

编辑修改功能方面除了擦除外有复制、平移、旋转、修剪、缩放、镜像、阵列等。

捕获功能有自动捕获中点、垂直、平行等。

标注功能能够生成各种标准的标注，标注线也可有各种形状等。

辅助功能有图层功能、图块功能、以各种图案填充某一区域、求某一区域的面积及周长等。

没有这些丰富的功能并非无法生存，但是有了这些功能，极大地方便了工程师们。

4.1.2历史及现状

在矿山行业，加拿大的Noranda公司，瑞典的Prorok公司，中国矿业大学的林在康等人，中南大学陈建宏等人，南方冶金学院（注：

现江西理工大学）游安弼等人，长沙矿山研究院黄志伟等人，西安建筑科技大学云庆夏等人，阜新矿业学院（注：

现辽宁工程技术大学）王志宏等人，东北大学孙豁然等人，北京科技大学胡乃联等人均从事过工程绘图软件的开发研究。

在早期大家基本上是基于AutoCAD进行二次开发，现在二维绘图技术已经比较成熟，并且某些绘图软件开放了源代码，因此许多人已转向从底层直接开发，特别是采用IntelliCAD源代码直接开发。

成功将研究成果商业化并推出软件的有CarlsonMining，该软件的开发历史比较长，一直在不断升级完善。

国内除了前述高校的研究外，也有软件公司和研究单位开发过采矿工程绘图软件，例如柳州市轶新计算机软件有限公司，娄底市煤炭科学研究设计院均开发过相关的软件，但往往还没更新到第三个版本就已经作古了（一般软件往往要到第三个版本才能比较成熟，达到实用）。

国内近期内不太可能出现比较好用的商业采矿工程绘图软件，因为软件公司商业化运作的比较好，但是国内恶劣的生存环境很难活得过5年，而高等学校尽管不愁倒闭，而且有廉价的研究生作为开发人员，但是难以商业运作。

这背后的根本原因是软件赚不到钱。

4.1.3通用软件

工程绘图的理论基本已经成熟，国内外开发了许多相应的软件。

特别是二十世纪九十年代国内出现了软件开发的空前高潮，很多单位认为国外工程绘图软件太贵，正版化运动将会带来的巨大市场前景诱惑国内众多单位开发了不下两位数的工程绘图软件，参与这次“大跃进”运动的有清华大学、浙江大学、北京航空航天大学、华中理工大学等高校和其他一些软件公司，甚至其中某所学校一个单位就开发了两套不同的工程绘图软件，有些软件现在已经“植物人”了，有些软件现在已经作古了，参与这次运动的公司基本上已经全部倒闭。

现在的商品化软件中AutoCAD软件占去了工程绘图软件最大的市场份额，其它常见工程绘图软件有Microstation，QCAD，CAXA等,而且本人发现几年前就已经作古的绘易CAD也不错呢。

（1）AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主导产品。

Autodesk公司是世界第四大PC软件公司。

目前在CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。

AutoCAD可以绘制任意二维图形，并且同传统的手工绘图相比，用AutoCAD绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。

AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX作为二次开发的工具。

在许多实际应用领域（如机械、建筑、电子）中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。

AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。

它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。

在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。

AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320×200到2048×1024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。

（2）Microstation

MicroStation为美国BentleySystem公司所研发，是一套可执行于多种软硬件平台（Multi-Platform）的通用电脑辅助绘图及设计（CAD）软件。

MicroStation的前身名为IGDS（InteractiveGraphicsDesignSystem），是一套执行于小型机（MicroVax-2）的专业电脑辅助绘图及设计软件，也因为它是由小型机移植的专业电脑辅助绘图及设计软件，在软件功能与结构上不仅远优于一般的PC级电脑辅助绘图及设计软件，在软件效率表现上更有一般之PC级电脑辅助绘图及设计软件所远不能及之处。

简单地说MicroStation与AutoCAD是同类软件，由于以前不注重小用户所以在国内使用的不多，MicroStation的Third-Party软件超过1000种以上，其领域覆盖了土木、建筑、交通、结构、机械、电子、地理信息系统、网络、管线、图档管理、影像、出图及其它应用。

MicroStation可以直接读写DWG文件，而不需要任何转换，DWG成为MicroStation自己的数据格式之一。

今后还将会支持其他的CAD/GIS数据格式。

毫无疑问，凭借其强大的编辑能力和图形性能，MicroStation将会成为最通用的CAD/GIS数据编辑器和开发平台。

（3）CAXA电子图板

CAXA电子图板由CAXA公司开发而成，1997年推出了第一代产品——电子图板97，而后相继推出了多个版本，版本不断更新，功能愈来愈完善。

现已形成了以CAXA电子图板为基础，CAXA工艺图表、CAXA数控车、CAXA线切割、CAXA制造工程师以及CAXA雕刻等设计、制造加工和编程系列软件，其产品的应用范围也愈来愈广。

（4）QCAD

QCAD是一个用于2D和制图的计算机辅助设计（CAD）软件包。

QCAD由RibbonSoft从1999年10月开始开发，代码基础是CAMExpert。

它对Linux,MacOSX,Unix和MicrosoftWindows可用。

QCAD被RibbonSoft开发和已经在GPL下分发。

QCAD2，设计来“使QCAD更多产、更让用户友好、更灵活和兼容性更好”的开发在2002年开始。

很多用途后面的界面和概念是与AutoCAD相同的，尽管可能比在AutoCAD中理解更容易。

QCAD是对Linux可用的非常少的OpenSourceCAD包，但的确是功能最全的。

QCAD在内部使用AutoCADDXF文件格式及保留和输入文件。

文件能够以很多格式输出，但是明显缺少的是VRML和AVG两者。

（5）PCCAD

PCCAD集成了多种数据接口，不仅可以利用各种现有资源（例如：

提取标准件、提取标题栏、调用词句库、通用资源、通用编码、编码解析、天河工程计算器、读入文本文件、读入DWG文件、天河通用导入），生成明细表，绘制表格等，还可以通过导出文本文件和天河通用导出，导出各种类型（ACCESS、TXT、Excel、Oracle、SqlServr等）的数据。

利用PCCAD，可使绘制工程图的速度较直接使用AutoCAD加快5—8倍，远高于同类软件的绘图速度。

PCCAD功能细致、实用性强，可以满足用户绘图、设计和管理等各方面的需要。

4.1.4专业软件

（1）CarlsonMining

CarlsonMining是Carlson软件公司的产品之一，主要针对煤矿，包含地质、露天采矿和地下采矿几个模块。

（2）中矿CAD

中矿CAD是由中国矿业大学的林在康教授开发的矿山工程绘图软件，主要适合煤矿使用。

可方便地绘制如下工程图：

图框绘制；巷道断面绘制；平面交岔点绘制；斜面交岔点绘制；采区上部车场绘制；采区中部车场绘制；采区下部车场绘制；平面施工图绘制；采区煤仓绘制；井底车场线路绘制；工业广场煤柱绘制；采区变电所绘制；普掘炮眼布置；掘进循环图表。

（3）航信CAD

北京航信盈讯科技有限公司是北京市高新技术企业，多年来专注于矿山领域的CAD、GIS、MIS和OA软件开发。

公司于2010年在AutoCAD平台上二次开发，推出适合地下开采矿山企业使用的的矿山辅助设计绘图软件HUNSONSMine（简称航信CAD），可以极大提高矿山企业的工作效率。

矿山地、测、采设计绘图过程中，工作量大，并且重复繁琐。

作为一款目前国内最适用于采用分段空场法、分段崩落法作业矿山使用的矿山辅助设计软件，该软件运行于AutoCAD平台下，提供了数据导入、数据录入、数据成图、空间切割分析、井巷设计、中深孔设计、专业辅助设计绘图、方便快捷的统计和计算功能，可以平稳有机地快速融入到矿山现有生产流程，使提供矿山地质资料和测量数据、图纸的速度提高约四倍。

在井巷设计和中深孔设计等采矿方案设计的绘图设计中，甚至可以达到十倍的工作效率。

本软件提高了绘图设计工作效率，使工程师得以从繁重的绘图工作中解放出来，集中精力完善设计方案，最大程度挖掘设计方案中的潜在巨大效益。

（4）3DMine三维矿业工程软件

3DMine三维矿业工程软件是一款完全本地化的创新设计、为国内用户量身打造的三维矿业软件平台。

其主要功能有三维可视化核心、CAD辅助设计与原始资料处理、勘探和炮孔数据库、矿山地质建模、地质储量估算、露天采矿设计、地下采矿设计、采掘计划编排、测量仪器接口与数据应用等。

3DMine将二维和三维置于同一个图形窗口环境中，通过右键或者设定转换键完成切换。

二维状态下具有丰富的右键功能，完全类似于AutoCAD的操作风格；三维环境中完成浏览、编辑和设计。

3DMine具有真三维图形系统，真彩效果和动态剖面等功能。

（5）矿图之星—MGStar矿图处理系统

《MGStar矿图处理系统》是Windows9X下的应用程序，用来设计和绘制煤矿矿井采掘工程图（简称矿图）。

它的主要特征就是使用图形用户界面，把系统工作过程中需要的或用户关心的数据和其他信息尽可能地用直观形象的方式放到“桌面”上，并交由用户控制。

MGStar处理复杂矿图的方法是与工程设计界广泛使用的AutoCAD联合作业，由MGStar自动生成种类标准图元，并在并在AutoCAD上组装与调整。

MGStar可以高效、自动、准确地绘制巷道断面、交岔点、直巷、弯巷等标准化的图形构件。

4.1.5采矿绘图软件综合分析比较

随着矿业技术的高速发展，各种采矿绘图软件也纷纷涌现，给矿山设计及生产管理者带来了很大的方便，但为了提高效率、增加经济收益，各矿山企业都根据自己的实际情况选择合适的矿业软件。

先将上面提到的五个常用专业软件进行简单的综合分析比较，如下表4.2：

表4.2采矿绘图软件的综合分析比较

绘图软件

Carlson

Mining

中矿CAD

航信CAD

3DMine

矿图之星MGStar

市场价格

3000美元

RMB10000

RMB5388

RMB5000

是否兼容AutoCAD

是

适用范围

矿业、机械

煤矿

测量、采矿、地质

露采、地采、地质

煤矿矿井

快速轻松构建三维模型

能

否

能

否

能否绘制钻孔图

能

能否绘制各种类型巷道断面

能

能否设计

采矿方法

能

分段空场、分段崩落

能

采掘工程

4.1.6通用绘图软件绘制采矿工程图的技巧

并不是任何一个人都有能力去进行软件开发，况且也不是每个人都愿意去做软件开发的，所以通用软件是多数人绘制采矿工程图的工具，其具体的命令不是本书的范围。

这里只介绍在采用通用工程绘图软件绘制采矿工程图的情况下提高效率的途径。

下面即以AutoCAD为例，介绍一些提高绘制采矿工程图效率的方法。

（1）制作采矿线型

在绘图过程中，经常会遇到许多新的线型，这些线型代表着实际问题中的某些含义，如断层、井田边界、高压线、铁路、水沟等。

虽然AutoCAD系统本身提供了大量线型，但远不能满足采矿制图的需要。

为方便绘图，提高效率，需定制采矿专用线型。

对于简单线型（只包含点、线和空格的线型），可以在AutoCAD安装目录的support子目录中直接建立线型文件，其默认的线型文件是acad.1in。

而对于复杂的线型（除点、线和空格外，还包含嵌入的型和文字），首先根据语法定制线型文件，保存时扩展名为.shp，在此不妨命名为mine.shp，然后再回到打开的AutoCAD命令窗口中对线型文件进行编译，在窗口中输人compile，在出现的“选择型和字体文件”对话框中选择mine.shp文件，并按“确定”按钮，编译通过后会在support子目录中自动生成mine.shx文件。

此时就可以在support子目录中按照语法定制线型，保存时可以保存在mine.1in文件中。

所有线型定制完成后就可以装入线型。

在AutoCAD中单击图层图标，或者选择下拉菜单“格式／图层”打开“图层特性管理器”，在出现的层的界面中，再选“线型”，在出现的“选择线型”对话框中选择加“加载”，再在出现的“加载或重载线型”中对话框选择自定义的线型文件mine.1in并打开，此时就返回“加载或重载线型”对话框，选择“确定”按钮就完成了线型的装入。

（2）制作采矿图元

在采矿工程图中，有大量的专用符号或图形，对一张具体的工程图，这些符号或图形的大小相对固定，而且重复数量有时较多。

例如进风风流、回风风流、重车运输、空车运输、道岔，吊挂胶带输送机、翻车机、风镐、刮板输送机、胶带输送机、局部通风机等。

在常用的井上下对照图中，还有大量的地面符号，如水塔、水闸、无线电台、泵站、公路桥、涵洞、农田、菜地、牧草地、树林、苗圃等。

上述符号或图形均可称为图元。

将图元标准化并编制成图元图像菜单，对提高采矿工程图绘制效率大有帮助。

制作图元图像菜单的步骤如下：

1）将采矿常用设备示意图制作成标准的AutoCAD图形文件并存放到同一个目录（例如新建的mine目录）中。

2）制作幻灯片文件。

为了插入图元时能够对该图元进行预览,需要将用到的全部图元做成幻灯文件，方法如下：

调入一个标准的图元文件，利用Zoom＼Extent命令使它充满整个屏幕。

然后利用MSLIDE命令，用同样的文件名将其保存为幻灯文件。

3）生成幻灯库。

在生成所有的幻灯文件后，调用AutoCAD提供的应用程序Slidelib.exe将所有的幻灯文件打包成幻灯库。

方法是：

首先进入DOS模式，在幻灯片文件的目录下，使用DOS命令，如G:

\ProgramFiles＼AutoCAD2004＼Support＼mine>dir*.sld／b>mine.1st，生成一个mine.1st文本文件，该文件记录所有的幻灯片文件，但是不带有任何无关的日期、大小等属性。

用记事本可以浏览其内容。

然后将support目录下的slidelib.exe拷贝到mine目录下，使用DOS命令：

G：

＼ProgramFiles＼AutoCAD2004＼Support＼miniE>slidelibmine

4）复制一份AutoCAD系统本身的菜单文件，重新命名为PCAD.MNS。

打开PCAD.MNS文件，在mine2003.mns文件的下拉式菜单第11区***POP11后面新增一个菜单组，即第l2区***POP12。

在图像菜单IMAGE段后添加图像菜单，在PACD.mns文件的图像菜单**IMAGE段后面新增图像菜单IMAGE**IMAGE_CELIANG和IMAGE_DIMIAN。

5）为启动采矿菜单，在命令行内键入menu，从support＼mine目录下选中mine.mns，然后打开，出现“采矿”菜单。

点击“采矿”，便可在图中任何位置插入标准图元。

（3）定义采矿图块。

在采矿制图中，会常常要画一些常用的图形符号，如井筒、钻孔、煤仓等，如果把这些经常出现的图形定义成块，存放在模板文件中，在绘制图时就可以用插入块的方法绘制这些图，从而可以避免大量的重复工作，同时还节约了存储空间，方便修改。

定制块时，在打开的AutoCAD中绘制好图形，然后在命令行输人WBLOCK，在弹出的“写块”对话框中对“源”、“基点”、“对象”进行相应的设置后按“确定”按钮就定义好了块。

（4）定义采矿填充图案。

句法为：

pattern—name[.description]angle,x—origin,Y—origin,delta—x,delta—Y[,dashl,dash2,……]

定义说明

角度定义图案填充中线的角度，如果在bounda~hatch对话框中也说明了一个角度，这两个角度相加。

例如，如果图案填充定义线的角度为0°并且指定填充角度为45°，最后执行所得的角度为0°+45°

x起点指定图案填充基点的x坐标，虽填充不可能都通过（0，0）但是AutoCAD用此来排列图案填充中的一组线，也用来对齐不同区域中的图案填充。

因为所有的图案填充都是从基点开始计算的，所以不管它们在图形中何处出现总是对齐的。

Y起点指定图案填充基点的Y坐标。

X增量指定后继线的偏移量。

它仅用于短划线，并且沿该线的方向计算，指定一个X增量，按所说明的量错开后继的线，使短划线不对齐。

Y增量指定线间距离，在该线的垂直方向计算。

它既可以用于连续的线，也可以用于短划线。

短划线利用与线型定义相同的方法，定义点划线；正数为短划线，负数为空格，零为点。

说明：

（1）图案填充名称不能有空格；

（2）说明是可选的；（3）仅对于不连续线加入短划线；（4）可能用不止一个定义行创建一套组合建立图案填充的填充定义；（5）每个定义行最多可以有80个字符；（6）可有最多6个短划线（空格和点）说明；（7）为了可读性，可以在定义行中增加空格。

以泥质砂岩为例，语句格式为：

nzsy0，0，0，0，4，3，-2，0，-1，0，-2，0，-3，2，0，4，3，-2，0，-1，0，-2以文件名nzsy.pat保存到support文件夹中，应用时，从绘图工具条选择“图案填充”，在类型下拉菜单中选择自定义，单击“自定义图案”文本框右边的省略号选择nzsy.pat文件，选择“选择对象”并在当图形拾取需要填充的封闭区域，填充即可生成。

参考文献：

[1]刁心宏,冯夏庭.岩石工程中数值模拟的关键问题及其发展[J].金属矿山,1999,（6）:

5-7.

[2]孟超,宋芳.有限元分析软件的比较和展望[J].焦作大学学报2008,

（1）:

85-86.

[3]孙湛.参数化采矿CAD系统的设计方法与实现[D].山东科技大学硕士学位论文，2000.5.

[4]殷大发.采掘接替计划计算机辅助决策系统研究[D].安徽理工大学硕士学位论文，2005.4.

[5]李建祥.露天矿短期开采计划优化[D].东北大学硕士学位论文，2000.1.

[6]魏静.基于VR的虚拟矿山系统研究[D].武汉科技大学硕士学位论文，2008.4.

[7]工程院于润沧院士漫谈数字化矿山[OL].

出师表

两汉：

诸葛亮

　　先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。

然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。

诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。

　　宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。

若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。

　　侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：

愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。

　　将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：

愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。

　　亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。

先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。

侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之

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