【正文】 得很好的錨固力；擰托盤和螺母時(shí)，沒有擰緊容易造成預(yù)緊力達(dá) 不到要求，錨尾處松動(dòng)等。井下條件復(fù)雜，尤其是采準(zhǔn)巷道，受到采動(dòng)的影響較大。又由于井下條件本身很復(fù)雜，煤幫煤體還受到地應(yīng)力 、地溫和地下水等的影響，這就導(dǎo)致煤體圍巖性質(zhì)更加復(fù)雜，不確定性增加。 自錨桿支護(hù)成為井下巷道的主要支護(hù)形式以來，關(guān)于錨桿的一系列研究已經(jīng)取得了很多成果。 煤巷的成巷質(zhì)量不確定，由于受到地應(yīng)力和煤體本身特性的影響，掘成的巷道質(zhì)量具有不確定性；支護(hù)時(shí)間上，有的及時(shí)支護(hù)，有的未及時(shí)支護(hù)，有的需要進(jìn)行二次支護(hù)；安裝錨桿時(shí)打鉆孔的參數(shù)也具有不確定性，鉆孔的 直徑、鉆孔的深度以及表面粗糙度；支護(hù)質(zhì)量上的不確定體現(xiàn)在，支護(hù)是否及時(shí)、鉆孔深度不一、操作沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、錨固劑與桿體和煤是否很好地黏結(jié)等。 綜上所述，玻璃鋼錨桿支護(hù)煤巷時(shí)，不確定因素較多，主要體現(xiàn)在圍巖、 錨桿和施工質(zhì)量上的不確定。 影響玻璃鋼錨桿支護(hù)可靠性的主要因素有，開采參數(shù)、 煤層賦存參數(shù)、玻璃鋼錨桿支護(hù)參數(shù)和施工參數(shù)。自然因素為人力不可控制，研究對象固有的特性；人為因素是人在工作生產(chǎn)中，可以選擇或控制的因素。煤 體力學(xué)性質(zhì)越好，則 煤 體的 c? 和 ? 值越大，反之 c? 和 ?值越小，它的大小直接影響著作為承載結(jié)構(gòu) 煤幫 的承載能力 。受到采動(dòng)影響的因素主要有：煤層開采厚度 m ，采深 H ；使用玻璃鋼錨桿支護(hù)時(shí)，錨桿的支護(hù)阻力 P ；玻璃鋼錨桿的直徑 d 、長度 L ；以及支護(hù)參數(shù)和施工參數(shù)都是人為可以控制的，屬于人為因素。安全系數(shù)法依據(jù)抗力不得小于荷載 的原則。 緒論中已通過應(yīng)力干涉理論解釋了相同的安全系數(shù)不能體現(xiàn)相同的失效概率，體現(xiàn)安全系數(shù) 法的不合理性。加大支護(hù)密度也不一定能保證支護(hù)安全，研究可靠性具有一定的必要性。對構(gòu)件施加交變應(yīng)力經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，構(gòu)件發(fā)生破壞，這個(gè)循環(huán)次數(shù) N 稱為疲勞壽命。再無分解的原因包括基本的、故障機(jī)理明確的、概率分布已知的或無需分解的原因，它是使用基本演繹法找出頂事件發(fā)生的原因時(shí)間組合，并求其概率的分析法。故障樹分析法是一種靜態(tài)分析法，確定了某個(gè)事件，這一事件對其他事件不影響；而 Petri網(wǎng)分析法是一種動(dòng)態(tài)分析法，兩個(gè)事件之間若存在聯(lián)系，一種一個(gè)事件的發(fā)生與否會(huì)影響另一個(gè)事件，且某一事件發(fā)生的同時(shí)，另一事件也發(fā)生，顯現(xiàn)的是動(dòng)態(tài)的影響 ，適用事件同時(shí)發(fā)生的模擬。 故障模式和影響分析的步驟，明確系統(tǒng)的有關(guān)情況和目的，確定分析層次，繪制功能框圖和可靠性框圖，建立故障模式清單，確定故障原因和影響，研究故障檢測方法，提出預(yù)防和糾正措施，確定故障的嚴(yán)重度類別?？煽慷仁强煽啃愿怕实亩攘俊：髞砣藗冎饾u意識到安全系數(shù)法不能完全反映出構(gòu)件在工作時(shí)的狀態(tài)，其中包含很多因素的影響，尤其是不確定因素的影響，例如環(huán)境的影響。 結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算首先得選定構(gòu)件的可靠性模型，模型選定后，需要涉及到很多參數(shù)， 構(gòu)件所受的應(yīng)力荷載的有關(guān)參數(shù)和構(gòu)件自身抗力的有關(guān)參數(shù)。 蒙特卡羅法 蒙特卡羅法是以概率和統(tǒng)計(jì)的理論方法為基礎(chǔ)的一種隨機(jī)模擬或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn) 方法，將所求解的問題同一定的概率模型相聯(lián)系，用電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 統(tǒng)計(jì)模擬或抽樣，以獲得問題的近似解。然后將這兩個(gè)樣本進(jìn)行比較，如果應(yīng)力大于強(qiáng)度，則零件失效，反之，零件安全可靠。要獲得可靠的模擬計(jì)算結(jié)果，往往進(jìn)行上萬次的模擬，因此 ，隨機(jī)模擬需由計(jì)算機(jī)完成。 蒙特卡羅法是一種公認(rèn)的相對精確的可靠度計(jì)算方法， 蒙特卡羅法在計(jì)算可靠度時(shí)，不論結(jié)構(gòu)狀態(tài)函數(shù)是否線性，隨機(jī)變量是否為正態(tài)分布，只要模擬的次數(shù)足夠高，就可得到一個(gè)比較精確的可靠度指標(biāo)。將結(jié)構(gòu)狀態(tài)功能函數(shù) Z 按泰勒級數(shù)在 ? 處展開： ),( 21 nxxxgZ ??? ?? + ?????????? ???? ixiixi inixini ixi xgxxgx????22121 2)()( 取線性項(xiàng)作線性化處理： ixinni ixixxx xgxgZ????? ?? ?????1)(),( 21 ? 極限狀態(tài)方程為： 0)(),(121?????? ?? ixinni ixixxx xgxgZ????? ? 平均值： ),( 21 nz xxxg ??? 方差： ?? ????? ni ixiz ixi xgx12222 ])[(??? 0?Z 將空間分為可靠區(qū)和失效區(qū)， 0?Z 為曲面的失效邊界。計(jì)算結(jié)果比較粗糙。 不以通過中心點(diǎn)的超切平面作為線性近似，而是以 0?Z 上的某一點(diǎn) ),( 21 ???? nxxxX ? 的超切平面為線性近似，以避免中心點(diǎn)法的誤差。在超曲面 0?Z 上，離原點(diǎn) M 最近的點(diǎn) ?X 即為驗(yàn)算點(diǎn)。 設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)法與中心點(diǎn)法都是不用考慮隨機(jī)變量的分布類型是否為線性，如果結(jié)構(gòu)狀態(tài)功能函數(shù)是非線性的，這兩種計(jì)算方法的第一步都是需要將結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)函數(shù)化為線性，作線性化處理按泰勒級數(shù)展開，取線性項(xiàng)，方便計(jì)算結(jié)構(gòu)功能 狀態(tài)函數(shù)的均值和方差。將結(jié)構(gòu)狀態(tài)功能函數(shù) ),( 21 nxxxgZ ?? 按照變換iixxii xu ? ??? 將 ? 空間變換到 U 空間得： ),( 2111 nuuugZ ?? ，這是一個(gè)當(dāng)量正態(tài)化的過程。蒙特卡羅法的適應(yīng)性強(qiáng)，而且模型簡單，精度較高。 玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)可靠性分析 利用故障樹分析法，對玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行故障樹構(gòu)件。最后，確定頂事件，建立故障樹。 錨固段失效作為中間事件，他的邏輯門事件是黏結(jié)失效和圍巖失效，邏輯關(guān)系為或，故障樹種用月牙來表示這種關(guān)系。分為三種情況， 固劑和桿體很好的黏結(jié)但與煤體沒有很好的黏結(jié)； ；錨固劑與桿體和圍巖都沒有很好的黏結(jié)。 圍巖失效導(dǎo)致玻璃鋼錨桿失效可能的原因有：煤體 本身松散破碎不利于安裝錨桿；鉆孔的深度不夠，錨固段處于煤幫淺部的塑性區(qū)內(nèi)；錨固段在彈塑性區(qū)內(nèi)，只是煤體受到采動(dòng)影響導(dǎo)致煤體破碎；錨固段在彈塑性區(qū)內(nèi)，由于塑性區(qū)的擴(kuò)容效應(yīng)使得錨固段所處的彈塑性區(qū)煤體松散破碎。如果桿體強(qiáng)度足夠大，但是圍巖應(yīng)力也足夠大時(shí)，這種應(yīng)力平衡便不存在，應(yīng)力平衡不存在，玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)會(huì)釋放這些應(yīng)力以達(dá)到平衡，桿體強(qiáng)度足夠大，錨固段完好， 釋放應(yīng)力的缺口只有錨尾，托盤失效或螺母失效。 桿體破斷作為頂事件的的中間事件，主要原因是因?yàn)椴Ａт撳^桿的桿體強(qiáng)度達(dá)不到預(yù)期要求。作用在錨桿上的軸向力達(dá)不到平衡，即原巖應(yīng)力大于錨桿的抗拉強(qiáng)度，錨桿發(fā)生破斷，直接失效。托錨力的計(jì)算如下：將托盤簡化為圓形薄板，半徑為 0r ，壓緊在托盤上的螺母的半徑為 1r ，作用在托盤上的均布載荷為 q ，根據(jù)彈性力學(xué)中環(huán)形薄板均布荷載分析得： ? ??? ?? 2 201m a x tqrk ? ?2012rktq ?? ? ? )()( 212020122120 rrrktrrqP ???? ??? 式中 max? —— 托盤所能承受的最大拉 應(yīng)力， MPa ； q —— 均布荷， MPa ； t —— 托盤厚度， m； 1k —— 隨 0r /1r 有關(guān)的一個(gè)相關(guān)系數(shù)； ??? —— 托盤材料抗拉強(qiáng)度， MPa ； P —— 托錨力， N 。錨固力是錨固段與煤黏結(jié)而產(chǎn)生的，等效應(yīng)力作用在托盤上，錨固力可以等效于托盤的托錨力。當(dāng) 玻璃鋼錨桿被剪斷時(shí)，直接失效；當(dāng)玻璃鋼錨桿發(fā)生劈裂但未被剪斷時(shí)，玻璃鋼錨桿內(nèi)部玻璃纖維束起到作用，即玻璃纖維束“藕斷絲連”，此時(shí)玻璃鋼錨桿仍然處于工作狀態(tài)，但是繼續(xù)這種狀態(tài)會(huì)演變成斷裂。破裂的情況要比破碎的情況好，托盤雖處于破裂的情形下，但是托盤仍處于支護(hù)的工作狀態(tài)；但是破碎，已經(jīng)失效達(dá)不玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)失效 抗剪強(qiáng)度不夠 錨固段失效 錨尾失效 桿體破斷 黏結(jié)失效 錨固劑和錨桿沒有很好黏結(jié) 錨固劑與圍巖和錨桿都沒有很好黏結(jié) 圍巖失效 錨固劑和圍巖沒有很好黏結(jié) 煤體本身松散破碎 煤體受采動(dòng)影響 螺母失效 托盤失效 抗拉強(qiáng)度不夠 到支護(hù)要求。根據(jù)界面力學(xué)應(yīng)力傳遞機(jī)理，錨桿支護(hù)時(shí)，圍巖應(yīng)力作用在錨尾處，圍巖抵觸到托盤。 圍巖失效會(huì)導(dǎo)致錨固劑不能很好的黏結(jié)圍巖，玻璃鋼錨桿不能獲得錨固力，使得系統(tǒng)失效。利用故障樹的定性分析法，分析黏結(jié)失效時(shí)，認(rèn)為圍巖完好，不存在圍巖失效的情況，兩者相互獨(dú)立。以分析玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)失效的形式和原因作為分析目的，以引起系統(tǒng)失效的原因作為主要內(nèi)容。 故障樹構(gòu)建的步驟：首先，確定分析范圍包括系統(tǒng)建立，定義系統(tǒng)；確定分析的目的和內(nèi)容；明確系統(tǒng)所作的初始假設(shè)。 玻璃鋼錨桿支護(hù)可靠性分析 由第二章可知玻璃鋼錨桿支護(hù)可靠性的影響因素，可知玻璃鋼錨桿支護(hù)失效的原因主要分為兩大類：圍巖失效和玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)的失效。它與 JC 法相似，首先將非正態(tài)分布的隨機(jī)便量，用一個(gè)與原來函數(shù)等效的正態(tài)分布函數(shù)代替，即將非正態(tài)的隨機(jī)變量先行當(dāng)量正態(tài)化。 當(dāng)量正態(tài)化分析法 拉克維茲 —— 斯考夫法是國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合委員會(huì)推薦的方法，又稱 JC法。將隨機(jī)變量的結(jié)構(gòu)功能 狀態(tài)函數(shù)若是非線性化為線性，線性的點(diǎn)不是選在平均值處，而是選在失效邊界上，并且該線性化點(diǎn)（設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)）是與結(jié)構(gòu)最大失效概率相對應(yīng)的。從而在 ? 中合理的反映了分布類型的影響。 有相同力學(xué)含義但不同表達(dá)式的極限狀態(tài)方程，由中心點(diǎn)法計(jì)算的可靠度指標(biāo)可能不同。由均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算可靠度為zz???? .具體表示如下： ?? ??????ni ixinzzixi xgxxxxg122221])[(),(????? ? 根據(jù)概率論中心極限定理得： ???1fP 中心點(diǎn)法特點(diǎn)： 計(jì)算簡單，不必知道基本變量的真實(shí)概率分布，只需知道其統(tǒng)計(jì)參數(shù)：均值、方差或變異系數(shù) ； ? 較小時(shí)， fP 較大， fP 對于基本變量聯(lián)合概率分布類型很不敏感，由合理分布計(jì)算 fP 在同一個(gè)數(shù)量級內(nèi)； ? 較大時(shí)， fP 較小， fP 對于基本變量聯(lián)合概率分布類型很敏感，由合理分布計(jì)算 fP 在幾個(gè)數(shù)量級范圍內(nèi)變化； 中心點(diǎn)法的不足： 不能考慮隨機(jī)變量的實(shí)際分布，只取隨機(jī)變量的一階矩和二階矩。 中心點(diǎn)法 中心點(diǎn)法 又稱一次二階矩法， 該法首先將結(jié)構(gòu)功能函數(shù)在隨機(jī)變量的平均值（中心點(diǎn)）處用泰勒級數(shù)展開并取線性項(xiàng)，然后近似計(jì)算功能函數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。 蒙特卡羅法是數(shù)值模擬隨機(jī)方法，用蒙特卡羅法解決問題是，絕大部分的運(yùn) 算工作都是用隨機(jī)數(shù)進(jìn)行的，但是運(yùn)算需要大量隨機(jī)數(shù)才能保證統(tǒng)計(jì)計(jì)算的結(jié)果精確性。 設(shè)模擬總數(shù)為 N ，失效總數(shù)為 F ，則零件可靠度的近似值為 NF /1??? 。對于隨機(jī)性 問題，有時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際物理背景的概率法則，用電子計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，從而求得問題的解答。即使聯(lián)合密度函數(shù)已知，但當(dāng)變量較多或功能函數(shù)為非線性是，上式積分也非常復(fù)雜?？煽啃缘恼Q生，充分解決了安全系數(shù)法存在的不足。 可靠性沒有誕生的時(shí)候，人們利用安全系數(shù)法來代替研 究某一構(gòu)件的可靠 性 ，當(dāng)構(gòu)件自身抗力效應(yīng)大于其受到荷載效應(yīng)時(shí)，構(gòu)件在完成工作時(shí)是安全可靠的。 可靠 度 的 計(jì)算方 法 及其基本原理 可靠性從發(fā)展至今，已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用于航空、軍事、電子、土木、機(jī)械、軟件行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)。 故障模式、影響和危害性分析法是一種前瞻性的可靠性分析和安全性評估方法。 是一種動(dòng)態(tài)的行為圖行表示方法。一般情況下， SN 曲線即可體現(xiàn)出構(gòu)件的屈服應(yīng)力和疲勞壽命，在工程生產(chǎn)過程中需要一定條件下的 SN 曲線，不同存活率下的 SN 曲線，這就必須使用 PSN 曲線。建立應(yīng)力譜和 PSN 曲線需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)實(shí)測。 礦井錨桿支護(hù)大多采用安全系數(shù)法，多數(shù)礦井采用加大支護(hù)密度來保證安全 系數(shù)，這種做法不僅浪費(fèi)人力物力，還不一定能夠達(dá)到預(yù)期的支護(hù)效果。 所得到 k 值再與以往的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)所得的 0k 值作對比。傳統(tǒng)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的方法都是根據(jù)安全系數(shù)法，都通過加大支護(hù)密度來保證 支護(hù)的安全性，緒論中已經(jīng)說過安全系數(shù)法所存在的問題， 通過加大支護(hù)密度來支護(hù)煤幫，不僅浪費(fèi)人力物力，還不一定能起到很好的支護(hù)效果，對于支護(hù)可靠性的研究刻不容緩。 采準(zhǔn)巷道內(nèi)，煤巷的圍巖受到采動(dòng)的影響。反映 煤巷 圍巖力學(xué)性質(zhì)的主要因素是煤層與頂?shù)装彘g界面的黏聚力 0C 和 內(nèi)摩擦角 0? ， 煤體的內(nèi)聚力 C 和內(nèi)摩擦角? ；煤 體的彈性模量 E ； 抗壓強(qiáng)度 c? 和殘余強(qiáng)度 ?c? ；側(cè)壓系數(shù) A ；應(yīng)力集中系數(shù) k ；頂板巖石容重 ? 等。施工參數(shù)：支護(hù)時(shí) 間、支護(hù)質(zhì)量、成巷質(zhì)量和后期維護(hù)參數(shù)。玻璃鋼錨桿支護(hù)中，存在的問題是不確定因素過多，而且非常復(fù)雜，很多參數(shù)具有隨機(jī)性、模糊性，對于支護(hù)問題還存在認(rèn)識上的局限性。 模型的不確定包括兩個(gè)方面，一方面是力學(xué)模型的不確定，現(xiàn)場支護(hù)的抗力有以及圍巖的應(yīng)力分布都具有不確定性；另一方面，即使力學(xué)模型建立完成，數(shù)值計(jì)算模型也具有不確定性。煤幫玻璃鋼錨桿支護(hù)的材料不確定主要體現(xiàn)在，玻璃鋼錨桿成型工藝、結(jié)構(gòu)、材料組成、性能以及玻璃鋼錨桿的桿體參數(shù)等。首先，取樣時(shí)，搬運(yùn)過程中可能對煤塊有不同程度的破壞，使其失去原有的狀態(tài)；其次，