Building/calc/fig-laba6-shpury.py

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Лаба 6, рисунок «Схема расположения шпуров на забое» (вариант 6):
выработка S = 14,17 м2, B = 4,53 м; 48 шпуров: 8 врубовых (вертикальный
клиновой вруб, 4 пары, 65°), 5 отбойных (сводом параллельно контуру),
9 подошвенных, 26 оконтуривающих.
Номера шпуров; справа — разрез А-А со следами всех шпуров в массиве (условно),
с глубинами l_зах и l_вр.
"""
import numpy as np
import matplotlib
matplotlib.use('Agg')
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patheffects as pe

# Чертёжный шрифт ГОСТ 2.304-81 тип А (прямой, из системных шрифтов Windows)
import matplotlib.font_manager as fm
fm.fontManager.addfont('C:/Windows/Fonts/GOST2304A.ttf')
matplotlib.rcParams['font.family'] = 'GOST 2.304 type A'
matplotlib.rcParams['mathtext.default'] = 'regular'
matplotlib.rcParams['mathtext.fontset'] = 'custom'
matplotlib.rcParams['mathtext.rm'] = 'GOST 2.304 type A'
matplotlib.rcParams['mathtext.it'] = 'GOST 2.304 type A'
matplotlib.rcParams['mathtext.bf'] = 'GOST 2.304 type A'

B = 4.53
R = B / 2.0                      # 2,265 — свод полуциркульный
HW = 1.35                        # высота стены: S = pi R^2/2 + B*HW = 14,17
YC = HW
OFF = 0.17                       # отступ линии контурных шпуров

fig = plt.figure(figsize=(16.2 / 2.54, 15.4 / 2.54), dpi=250)
ax = fig.add_axes([0, 0, 1, 1])
ax.set_aspect('equal'); ax.axis('off')
XL, XR, YB, YT = -3.30, 7.35, -5.85, 4.75
ax.set_xlim(XL, XR); ax.set_ylim(YB, YT)

C_CUT, C_AUX, C_TOE, C_CONT = '#cc1f2d', '#1f5fb4', '#1d8a4b', '#111111'

# --- контур выработки и линия контурных шпуров -------------------------------
th = np.linspace(0, np.pi, 200)
ax.plot(R * np.cos(th), YC + R * np.sin(th), color='black', lw=2.2)
ax.plot([-R, -R], [0, YC], color='black', lw=2.2)
ax.plot([R, R], [0, YC], color='black', lw=2.2)
ax.plot([-R, R], [0, 0], color='black', lw=2.2)
rc = R - OFF
ax.plot(rc * np.cos(th), YC + rc * np.sin(th), color='0.4', lw=0.7, ls=(0, (4, 3)))
ax.plot([-rc, -rc], [OFF, YC], color='0.4', lw=0.7, ls=(0, (4, 3)))
ax.plot([rc, rc], [OFF, YC], color='0.4', lw=0.7, ls=(0, (4, 3)))
ax.plot([-rc, rc], [OFF, OFF], color='0.4', lw=0.7, ls=(0, (4, 3)))

# --- шпуры --------------------------------------------------------------------
holes = []   # (x, y, color, n, inward)

n = 1
for dy in (1.05, 0.63, 0.21, -0.21):                        # врубовые 1-8: 4 пары,
    for sx in (-0.28, 0.28):                                # верхняя пара поднята выше
        holes.append((sx, YC + dy, C_CUT, n, False)); n += 1

# отбойные 9-13 — сводом параллельно контуру: 5 точек на эллиптической дуге
# (полуоси AUX_A × AUX_B) с равным шагом ПО ДУГЕ a_о = 0,6 м; полуоси выбраны
# так, чтобы полудуга составляла ~2 шага (1,2 м) и дуга охватывала вруб
AUX_A, AUX_B, AUX_Y0 = 0.70, 0.80, 1.75
A_O = 0.60
def _ell_pt(t):
    return np.array([AUX_A * np.cos(t), AUX_Y0 + AUX_B * np.sin(t)])
_tt = np.linspace(np.pi / 2, 0.0, 2001)          # от замка (t = 90°) к пяте (t = 0°)
_seg = np.hypot(*np.diff(np.stack([_ell_pt(t) for t in _tt]).T, axis=1))
_arc = np.concatenate([[0.0], np.cumsum(_seg)])
def _t_at(s):                                    # параметр t на дуговом расстоянии s от замка
    return float(np.interp(s, _arc, _tt))
aux_pts = [tuple(_ell_pt(_t_at(s))) for s in (0.0, A_O, 2 * A_O)]          # правая половина
aux_pts = aux_pts + [(-x, y) for x, y in aux_pts[1:]]                      # зеркально влево
# порядок номеров: против часовой стрелки, начиная с левой пяты (как на паспорте БВР)
aux_pts = sorted(aux_pts, key=lambda p: np.arctan2(p[1] - AUX_Y0, p[0]))
for (x, y) in aux_pts:
    holes.append((x, y, C_AUX, n, False)); n += 1
for x in np.linspace(-2.2, 2.2, 9):                          # подошвенные 14-22, шаг 0,55
    holes.append((x, 0.52, C_TOE, n, False)); n += 1
# контурные 23-48: дуга свода с шагом по дуге 0,5 м (13 точек), стены и подошва
CONT_T = np.linspace(np.radians(8.1), np.pi - np.radians(8.1), 13)
arc_pts = [(rc * np.cos(t), YC + rc * np.sin(t)) for t in CONT_T]
for x, y in arc_pts:
    holes.append((x, y, C_CONT, n, True)); n += 1
for y in (1.25, 0.86):
    holes.append((-rc, y, C_CONT, n, True)); n += 1
    holes.append((rc, y, C_CONT, n, True)); n += 1
for x in np.linspace(-2.0, 2.0, 9):                          # подошвенная линия, шаг 0,5
    holes.append((x, OFF, C_CONT, n, True)); n += 1
assert n - 1 == 48, n - 1

AUX_LB = {}   # подписи отбойных — радиально наружу от центра дуги
for x, y, c, num, inward in holes:
    ax.plot(x, y, 'o', ms=4.6, mfc='white' if c == C_CONT else c,
            mec=c, mew=1.15, zorder=5)
    if inward:                                   # подписи контурных — внутрь
        v = np.array([0 - x, YC - 0.45 - y]); v = v / np.hypot(*v)
        dx, dy = 0.14 * v[0], 0.14 * v[1]
        if y <= OFF + 0.13:                      # нижняя линия — над кружком
            dx, dy, ha = 0.0, 0.17, 'center'
        elif y < 0.7 and abs(x) > 1.8:           # углы у подошвы — выше, наружу от штриховой
            dx, dy, ha = (-0.05 if x < 0 else 0.05), 0.18, 'center'
        elif abs(x) < 0.35 and y > YC + 1.5:     # у замка — под кружком: сверху дуга и контур
            dx, dy, ha = 0.0, -0.20, 'center'
        else:
            ha = 'left' if dx > 0 else 'right'
    elif num in (9, 10, 11, 12, 13):             # подписи отбойных — радиально наружу
        v = np.array([x / AUX_A, (y - AUX_Y0) / AUX_B]); v = v / np.hypot(*v)
        dx, dy = 0.15 * v[0], 0.15 * v[1]
        ha = 'left' if dx > 0.05 else ('right' if dx < -0.05 else 'center')
        if dy < 0:
            dy = -abs(dy)
    else:
        dx, dy, ha = 0.09, 0.09, 'left'
        if x > 2.1 or x < -2.1:   # крайние подошвенные 14/22 — над точкой, внутрь от стены
            dx, dy, ha = (0.14 if x < 0 else -0.14), 0.20, 'center'
        elif x > 1.8:             # шпур 21: подпись влево, чтобы не наезжать на номер 48
            dx, dy, ha = -0.09, 0.09, 'right'
    # белая подложка под цифрами: линии и штрихи не проходят сквозь номера
    ax.text(x + dx, y + dy, str(num), fontsize=6.3, color=c, zorder=6,
            ha=ha, va='center',
            path_effects=[pe.withStroke(linewidth=1.7, foreground='white')])

# --- размеры: засечки 45°, выносные с выступом, число у размерной линии ---------
TICK = 0.10      # полудлина засечки
EXT = 0.13       # выступ выносной линии за размерную

def tick(x, y, color='black'):
    ax.plot([x - TICK, x + TICK], [y - TICK, y + TICK], color=color, lw=1.4,
            solid_capstyle='butt', zorder=4)

# B — ширина выработки: выносные от пят контура вниз с выступом
yb = -0.62
for xe in (-R, R):
    ax.plot([xe, xe], [0, yb - EXT], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([-R, R], [yb, yb], color='black', lw=0.8, zorder=4)
tick(-R, yb); tick(R, yb)
ax.text(0, yb - 0.16, 'B = 4530', fontsize=6.4, ha='center', va='top',
        bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

# H — высота выработки: нижняя выносная от пяты, верхняя — от замка (верха выработки);
# вынесена правее, чтобы не пересекать обозначение Б-Б у правой стены
xh = R + 0.75
ax.plot([R, xh + EXT], [0, 0], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([0, xh + EXT], [YC + R, YC + R], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([xh, xh], [0, YC + R], color='black', lw=0.8, zorder=4)
tick(xh, 0); tick(xh, YC + R)
ax.text(xh + 0.13, (YC + R) / 2, 'H = 3620', fontsize=6.4, rotation=90,
        ha='center', va='center', bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

# след секущей плоскости А-А (ГОСТ 2.305, как на паспорте БВР): тонкая линия
# сечения сквозь весь вид, на концах — толстые штрихи за контуром; стрелка
# взгляда вплотную остриём к штриху, буква «А» со стороны хвоста стрелки
s_top, s_bot = YC + R + 0.36, -0.38
ax.plot([0, 0], [-0.10, YC + R + 0.06], color='black', lw=0.6, zorder=3)
for ys1, ys2 in ((YC + R + 0.06, s_top), (-0.10, s_bot)):
    ax.plot([0, 0], [ys1, ys2], color='black', lw=1.8, solid_capstyle='butt', zorder=4)
for ys in (s_top - 0.05, s_bot + 0.05):
    ax.annotate('', xy=(0.0, ys), xytext=(-0.34, ys),
                arrowprops=dict(arrowstyle='-|>', color='black', lw=0.9,
                                mutation_scale=11, shrinkA=0, shrinkB=0))
    ax.text(-0.44, ys, 'А', fontsize=9, color='black', va='center', ha='right')

# след секущей плоскости Б-Б: горизонтальная линия сечения у обеих стен,
# штрихи за контуром вида, стрелки взгляда вниз (к разрезу, расположенному ниже)
y_cut = 0.7
for xs in (-R - 0.33, R + 0.33):
    ax.plot([xs - 0.11, xs + 0.11], [y_cut, y_cut], color='black', lw=1.8,
            solid_capstyle='butt', zorder=4)
    ax.annotate('', xy=(xs, y_cut), xytext=(xs, y_cut + 0.28),
                arrowprops=dict(arrowstyle='-|>', color='black', lw=0.9,
                                mutation_scale=11, shrinkA=0, shrinkB=0))
    ax.text(xs, y_cut + 0.40, 'Б', fontsize=9, color='black', ha='center')

# --- вид слева: все шпуры в разрезе (условно) — забой слева, массив вправо -------
x_f = 3.45                                    # линия забоя (толстая)
K_D = 0.75                                    # горизонтальный масштаб глубины (условно)
D_R, D_C = 3.0, 3.85                          # глубина рядовых и врубовых шпуров, м
x_dr, x_dc = x_f + K_D * D_R, x_f + K_D * D_C
hgt = YC + R
ax.plot([x_f, x_dr], [hgt, hgt], color='black', lw=1.0)
ax.plot([x_f, x_dr], [0, 0], color='black', lw=1.0)
ax.plot([x_dr] * 2, [0, hgt], color='black', lw=0.6)
ax.plot([x_f] * 2, [0, hgt], color='black', lw=1.6)
# тонкая вертикаль на уровне конца врубовых шпуров — от неё идёт размер l_вр
ax.plot([x_dc] * 2, [0, 2.40], color='black', lw=0.6)
ax.text((x_f + x_dc) / 2, hgt + 0.30, 'А–А', fontsize=8.6, ha='center')

for y_k in (2.40, 1.98, 1.56, 1.14):          # врубовые: горизонтальные следы пар
    ax.plot([x_f, x_dc], [y_k, y_k], color=C_CUT, lw=0.9)
for y_k in sorted({round(y, 3) for x, y in aux_pts}):          # отбойные
    ax.plot([x_f, x_dr], [y_k, y_k], color=C_AUX, lw=0.9)
ax.plot([x_f, x_dr], [0.52, 0.52], color=C_TOE, lw=0.9)              # подошвенные
for y_k in sorted({round(YC + rc * np.sin(t), 3) for t in CONT_T}    # оконтуривающие:
                  | {1.25, 0.86, OFF}):                              # свод, стены,
    ax.plot([x_f, x_dr], [y_k, y_k], color='0.25', lw=0.7)           # подошва

# l_зах и l_вр — размерные линии глубин под видом слева; текст под размерной линией
for xd, dim_y, txt in ((x_dr, -0.38, 'l$_з$$_а$$_х$ = 3000'),
                       (x_dc, -0.86, 'l$_в$$_р$ = 3850')):
    ax.plot([x_f, x_f], [0, dim_y - 0.09], color='black', lw=0.55, zorder=1)
    ax.plot([xd, xd], [0, dim_y - 0.09], color='black', lw=0.55, zorder=1)
    ax.plot([x_f, xd], [dim_y, dim_y], color='black', lw=0.8, zorder=4)
    tick(x_f, dim_y); tick(xd, dim_y)
    ax.text((x_f + xd) / 2, dim_y - 0.16, txt, fontsize=6.4, ha='center', va='top',
            bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

# расстояния между рядами шпуров — по одному размеру на группу (в мм):
# врубовые 420 (следы пар на виде А-А), отбойные 600 — по дуге на виде
for y1, y2, txt in ((1.56, 1.98, '420'),):
    xd_c = x_dc + 0.30
    for yk in (y1, y2):
        ax.plot([x_dc, xd_c + 0.09], [yk, yk], color='black', lw=0.55, zorder=1)
    ax.plot([xd_c] * 2, [y1, y2], color='black', lw=0.8, zorder=4)
    tick(xd_c, y1); tick(xd_c, y2)
    ax.text(xd_c + 0.17, (y1 + y2) / 2, txt, fontsize=6.4, rotation=90,
            ha='center', va='center', bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

# a_о — на виде, между замком и соседним отбойным шпуром (размер вдоль хорды)
def dim2(p1, p2, off, txt):
    p1, p2 = np.array(p1), np.array(p2)
    d = p2 - p1
    u = d / np.hypot(*d)
    nrm = np.array([-u[1], u[0]])
    if nrm[0] < 0:
        nrm = -nrm                      # нормаль наружу (вправо от хорды)
    q1, q2 = p1 + nrm * off, p2 + nrm * off
    for p, q in ((p1, q1), (p2, q2)):
        ax.plot([p[0], q[0] + nrm[0] * 0.09], [p[1], q[1] + nrm[1] * 0.09],
                color='black', lw=0.55, zorder=1)
    ax.plot([q1[0], q2[0]], [q1[1], q2[1]], color='black', lw=0.8, zorder=4)
    tick(*q1); tick(*q2)
    mid = (q1 + q2) / 2 + nrm * 0.55
    ax.text(mid[0], mid[1], txt, fontsize=6.4, ha='center', va='center',
            bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

_p_top = aux_pts[1]                      # отбойный 10 (соседний справа от замка)
_p_low = aux_pts[0]                      # отбойный 9 (правая пята дуги)
dim2(_p_top, _p_low, 0.30, 'а$_о$ = 600')

# --- разрез Б-Б (план): забой сверху, массив вниз; врубовые сходятся к оси -------
y_pf = -1.50                                  # линия забоя (толстая)
y_pb = y_pf - K_D * D_C                       # нижняя граница плана (глубина врубовых)
ax.plot([-R, R], [y_pf, y_pf], color='black', lw=1.6)
ax.plot([-R, R], [y_pb, y_pb], color='black', lw=1.0)
ax.plot([-R] * 2, [y_pf, y_pb], color='black', lw=1.0)
ax.plot([R] * 2, [y_pf, y_pb], color='black', lw=1.0)
ax.text(0, y_pf + 0.10, 'Б–Б', fontsize=8.6, ha='center')

for xs in (-0.28, 0.28):                      # врубовые: веер к оси на глубине вруба
    ax.plot([xs, 0], [y_pf, y_pb], color=C_CUT, lw=0.9)
for xs, c, lw in ([(0, C_AUX, 0.9), (-0.87, C_AUX, 0.9), (0.87, C_AUX, 0.9),   # отбойные
                   (-1.23, C_AUX, 0.9), (1.23, C_AUX, 0.9)]
                  + [(x, C_TOE, 0.9) for x in np.linspace(-1.9, 1.9, 9)]       # подошвенные
                  + [(-2.095, '0.25', 0.7), (2.095, '0.25', 0.7)]              # стены
                  + [(x, '0.25', 0.7) for x in np.linspace(-rc + 0.4, rc - 0.4, 5)]):  # подошва
    ax.plot([xs, xs], [y_pf, y_pf - K_D * D_R], color=c, lw=lw)

# размеры Б-Б: расстояния между подошвенными (а_п = 550) и контурными
# шпурами подошвенной линии (а_к = 500), глубина рядовых шпуров слева
y_end = y_pf - K_D * D_R
for xa, xb, txt in ((-2.2, -1.65, 'а$_п$ = 550'), (1.0, 1.5, 'а$_к$ = 500')):
    dim_y = -4.25 if txt != 'а$_к$ = 500' else -4.77
    for xe in (xa, xb):
        ax.plot([xe, xe], [y_end, dim_y - 0.09], color='black', lw=0.55, zorder=1)
    ax.plot([xa, xb], [dim_y, dim_y], color='black', lw=0.8, zorder=4)
    tick(xa, dim_y); tick(xb, dim_y)
    ax.text((xa + xb) / 2, dim_y - 0.16, txt, fontsize=6.4, ha='center', va='top',
            bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))
xd_l = -(R + 0.35)
ax.plot([xd_l, xd_l], [y_pf, y_end], color='black', lw=0.8, zorder=4)
ax.plot([-R, xd_l - 0.09], [y_pf, y_pf], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([-R, xd_l - 0.09], [y_end, y_end], color='black', lw=0.55, zorder=1)
tick(xd_l, y_pf); tick(xd_l, y_end)
ax.text(xd_l - 0.15, (y_pf + y_end) / 2, 'l$_з$$_а$$_х$ = 3000', fontsize=6.4,
        rotation=90, ha='center', va='center', bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

# B — ширина выработки (низ плана) и l_вр — глубина врубовых шпуров (справа)
yb_bb = -5.30
ax.plot([-R, -R], [y_pb, yb_bb - 0.09], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([R, R], [y_pb, yb_bb - 0.09], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([-R, R], [yb_bb, yb_bb], color='black', lw=0.8, zorder=4)
tick(-R, yb_bb); tick(R, yb_bb)
ax.text(0, yb_bb - 0.16, 'B = 4530', fontsize=6.4, ha='center', va='top',
        bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))
xd_r = R + 0.35
ax.plot([xd_r, xd_r], [y_pf, y_pb], color='black', lw=0.8, zorder=4)
ax.plot([R, xd_r + 0.09], [y_pf, y_pf], color='black', lw=0.55, zorder=1)
ax.plot([R, xd_r + 0.09], [y_pb, y_pb], color='black', lw=0.55, zorder=1)
tick(xd_r, y_pf); tick(xd_r, y_pb)
ax.text(xd_r + 0.15, (y_pf + y_pb) / 2, 'l$_в$$_р$ = 3850', fontsize=6.4, rotation=90,
        ha='center', va='center', bbox=dict(facecolor='white', edgecolor='none', pad=1.0))

# --- легенда и заголовок ---------------------------------------------------------
lx, ly = 3.45, -2.00                # легенда — в правой графе, под разрезом А-А
items = [('врубовые — 1-8', C_CUT), ('отбойные — 9-13', C_AUX),
         ('подошвенные — 14-22', C_TOE), ('оконтуривающие — 23-48', C_CONT)]
ax.text(lx, ly + 0.36, 'Условные обозначения:', fontsize=8.0, weight='normal')
for i, (txt, c) in enumerate(items):
    yy = ly - i * 0.36
    ax.plot([lx, lx + 0.3], [yy, yy], color=c, lw=2.2)
    ax.plot(lx + 0.15, yy, 'o', ms=4.0, mfc='white' if c == C_CONT else c, mec=c, mew=1.1)
    ax.text(lx + 0.42, yy, txt, fontsize=7.6, va='center')

ax.text(0.9, YT - 0.3, 'Схема расположения шпуров',
        fontsize=9.6, weight='normal', ha='center')

fig.savefig('assets/images/laba6-shpury-zaboya.png', dpi=250, facecolor='white')
print('сохранено: assets/images/laba6-shpury-zaboya.png')