【正文】 計算簡單，不必知道基本變量的真實概率分布，只需知道其統(tǒng)計參數(shù)：均值、方差或變異系數(shù) ； ? 較小時， fP 較大， fP 對于基本變量聯(lián)合概率分布類型很不敏感，由合理分布計算 fP 在同一個數(shù)量級內(nèi)； ? 較大時， fP 較小， fP 對于基本變量聯(lián)合概率分布類型很敏感，由合理分布計算 fP 在幾個數(shù)量級范圍內(nèi)變化； 中心點法的不足： 不能考慮隨機(jī)變量的實際分布，只取隨機(jī)變量的一階矩和二階矩。從而在 ? 中合理的反映了分布類型的影響。 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)合委員會推薦的方法，又稱 JC法。 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。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。 圍巖失效會導(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。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 煤體受采動影響 螺母失效 托盤失效 抗拉強(qiáng)度不夠 到支護(hù)要求。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。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。如果桿體強(qiáng)度足夠大，但是圍巖應(yīng)力也足夠大時，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。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)。最后，確定頂事件，建立故障樹。蒙特卡羅法的適應(yīng)性強(qiáng)，而且模型簡單，精度較高。 設(shè)計驗算點法與中心點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，方便計算結(jié)構(gòu)功能 狀態(tài)函數(shù)的均值和方差。 不以通過中心點的超切平面作為線性近似，而是以 0?Z 上的某一點 ),( 21 ???? nxxxX ? 的超切平面為線性近似，以避免中心點法的誤差。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。要獲得可靠的模擬計算結(jié)果，往往進(jìn)行上萬次的模擬，因此 ，隨機(jī)模擬需由計算機(jī)完成。 蒙特卡羅法 蒙特卡羅法是以概率和統(tǒng)計的理論方法為基礎(chǔ)的一種隨機(jī)模擬或統(tǒng)計試驗 方法，將所求解的問題同一定的概率模型相聯(lián)系，用電子計算機(jī)實現(xiàn) 統(tǒng)計模擬或抽樣，以獲得問題的近似解。后來人們逐漸意識到安全系數(shù)法不能完全反映出構(gòu)件在工作時的狀態(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。 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。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)生的原因時間組合，并求其概率的分析法。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。安全系數(shù)法依據(jù)抗力不得小于荷載 的原則。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 。 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)。 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)時間上，有的及時支護(hù)，有的未及時支護(hù)，有的需要進(jìn)行二次支護(hù)；安裝錨桿時打鉆孔的參數(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、鉆孔深度不一、操作沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、錨固劑與桿體和煤是否很好地黏結(jié)等。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。支護(hù)質(zhì)量不好主要體現(xiàn)在，錨桿打入后，錨固劑與錨桿沒有很好的黏結(jié)就擰上托盤和螺母，不能使錨固段獲得很好的錨固力；擰托盤和螺母時，沒有擰緊容易造成預(yù)緊力達(dá) 不到要求，錨尾處松動等。只是成巷質(zhì)量屬于施工質(zhì)量子系統(tǒng)，與人為因素有很大關(guān)系。一般情況下，便于施工，煤幫錨桿角度都選擇水平。玻璃鋼錨桿內(nèi)部玻璃纖維束呈縱向排列，而且玻璃鋼錨桿的 70%的成分為玻璃纖維。玻璃鋼錨桿支護(hù)煤幫時，常會發(fā)生桿體破斷的現(xiàn)象。一般情況下全錨時的錨固力要比端錨時的大，因為錨固劑與桿體和煤這兩種介質(zhì)接觸面積比端錨的大。煤層的普氏系數(shù)小于 2，硬度過小，這是導(dǎo)致支護(hù)困難的原因，支護(hù)越困難就越難保證支護(hù)有效。由上式可推導(dǎo)出支護(hù)力 P 的作用下，兩幫發(fā)生破壞（黏聚力變?yōu)?0）后的應(yīng)力狀態(tài)為： )sin1 sin1(2 ??? ??? mfx xPe )s in1 s in1(2s in1 s in1 ????? ????? mfyxeP 可見使兩幫單軸抗壓強(qiáng)度降為 0 而進(jìn)入松動變形狀態(tài)，在支護(hù)力的作用下，可承擔(dān)一定的載荷，而且承載能力與支護(hù)力大小以及至兩幫表面的距離成正比關(guān)系。此時，兩幫表面部分破壞嚴(yán)重的煤體抗壓強(qiáng)度完全喪失，形成 x? = y? =0 的應(yīng)力狀態(tài)，從而使深部煤體失去約束，并發(fā)生巷道圍巖的連鎖式破壞、失 穩(wěn)現(xiàn)象。巷道開挖后，煤層界面處將首先出現(xiàn)塑性變形和破壞，此時，塑性區(qū)中煤體最容易被擠出，沿煤層界面的破壞條件為： 1111 tan??? ?? cxy ， xy1? 、 1? 為煤層界面上的剪應(yīng)力和正應(yīng)力。回采巷道圍巖變形呈由煤壁向煤體深部逐漸變小 的趨勢，煤體淺部變形大，煤體深部變形小。 由于巷道周圍煤體中出現(xiàn)塑性區(qū)和片幫會造成跨度增大，而頂板巖梁內(nèi)的最大拉應(yīng)力是與巷道跨度的平方成正比的，因而會使得頂板巖梁內(nèi)的拉應(yīng)力顯著增大。 穩(wěn)定流的進(jìn)一步發(fā)展，使集粒沿剪切方向進(jìn)一步定向化，使這種重新組成的連結(jié)不牢固，這樣就使原有結(jié)構(gòu)連結(jié)的破壞得不到完全的補(bǔ)充，破壞了兩者間的平衡，這時應(yīng)變速率突然變大，使其進(jìn)入非穩(wěn)定塑性變形的第三階段，加速變形階段，導(dǎo)致破壞。初始變形階段經(jīng)歷的時間短，塑性變形發(fā)展很快，但位移速度呈減速發(fā)展；穩(wěn) 態(tài)變形階段的時間段較長，其特點是在此時間段內(nèi)煤體塑性變形的速度大致保持在一個較小的范圍內(nèi)波動，近似看做是一個常量；加速階段的特點是位移速度逐漸增大。 剪切破壞：對于軟煤層而言，在煤體自重及頂板壓力作用下，煤壁內(nèi)也會產(chǎn)生橫向的拉應(yīng)力，但是軟煤層的橫向及蠕動變形會釋放或緩解由于壓縮而產(chǎn)生的橫向拉應(yīng)力，最終由于煤壁內(nèi)的剪切應(yīng)力大于抗剪強(qiáng)度而發(fā)生剪切滑動破壞。在回采過程中，煤體受到采動影響后，會改變工作面處煤壁周圍原始應(yīng)力平衡的應(yīng)力分布狀態(tài)，表現(xiàn)為水平應(yīng)力迅速減小，甚至消失。這 n 個原件任意元件的可靠度為 )(tRi ，其中 ),2,1( ni ?? ，那么串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度是這 n 個原件可靠度的乘積，系統(tǒng)可靠度 串R 可以表示為： ??? ni i tRR 1 )(串 對于一個特定的系統(tǒng)，若這個系統(tǒng)包含 n 個原件 nRRR , 21 ? ，只有當(dāng) n 個原件全部失效時，系統(tǒng)才失效，那么這系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)。規(guī)定條件是井下巷道的環(huán)境下，規(guī)定時間是玻璃鋼錨桿整個服務(wù)時間，規(guī)定的任務(wù)是安全可靠地完成支護(hù)任務(wù)。 （ 3）支護(hù)可靠性的計算理論和設(shè)計方法 對 支護(hù)可靠性的概念以及可 靠性的計算理論 及其基本原理進(jìn)行闡述，根據(jù)影響支護(hù)可靠性的因素和數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場的礦壓觀測與錨桿受力觀測提出可行的設(shè)計方案。 （ 2）影響玻璃鋼錨桿的 支護(hù)可靠性的因素過多，除了確定的參數(shù)，絕大多數(shù)都具有不確定性；另外，支護(hù)可靠性的分析方法過多，但是各有各的適用性和局限性。 對構(gòu)件不斷施加荷載，至構(gòu)件剛好失效的臨界情況，得出構(gòu)件失效時的臨界許用應(yīng)力。楊軍偉等人基于蒙特卡羅法運(yùn)用Matlab 軟件計算了通過沿空留巷頂板錨桿支護(hù)系統(tǒng)錨桿結(jié)構(gòu)的可靠度。 在我國加入 WTO 之后，經(jīng)濟(jì)要與國際接軌，企業(yè)產(chǎn)品參與國際市場競爭，進(jìn)入國際經(jīng)濟(jì)的大循環(huán)圈 ，這是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。過后的很長一段時間，我國的可靠性研究基本屬于空白。 1944 年，德國試制 V2 火箭，提出火箭的可靠度是所有元器件的可靠度乘積； 1956 年，日本從美國引進(jìn)可靠性技術(shù)和經(jīng)濟(jì)管理技術(shù)，成立質(zhì)量管理委員會，并于同年科技聯(lián)合會召開了第一次可靠性學(xué)術(shù)討論會； 20 世紀(jì) 50 年代前蘇聯(lián)為了保證人造地球衛(wèi)星的發(fā)射與飛行的可靠性，開始了可靠性的一系列研究；同一年代為了解決作戰(zhàn)導(dǎo)彈的可靠性要求，一些國家也先后開展了可靠性的研究，使得可靠性 的發(fā)展進(jìn)入了興盛獨(dú)立的發(fā)展階段。 支撐體的可靠性不僅與 R? 和 S? 有關(guān)，還與它們的離散 程度或變異系數(shù)有關(guān)。但是玻璃纖維單向排列，玻璃鋼錨桿的抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度較低；抗拉強(qiáng)度大，有 Mpa600 。玻璃鋼錨桿的成型工藝也有很多種，手糊、噴射。 考慮到 這幾 點時，井下工作者不得不在初采工作面以及回采工作面上采取超前工作面拆除影響安全生產(chǎn)的的主要因素，拆除 煤壁上的金屬錨桿和金屬網(wǎng)，如此便增 加了采煤的生產(chǎn)工序，浪費(fèi)人力、物力，影響生產(chǎn)。 從我國開始使用錨桿支護(hù)到現(xiàn)在，錨桿支護(hù)越來越趨于成熟，技術(shù)也在不斷更新。我國從 1956 年開始研究和應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)，初期主要在較為可靠的巖巷中應(yīng)用，直到六七十年代才應(yīng)用于采準(zhǔn)巷道，不過也是在頂板極為完整的情況下用來代替工字鋼 、 U型鋼和混凝土支護(hù)。針對這一狀況，我國越來越多的專家、學(xué)者以及礦井技術(shù)人員開始探索采準(zhǔn)巷道的新的支護(hù)形式 —— 錨桿支護(hù)。這樣的支護(hù)的確可靠，但是不得不考慮以下 幾點 。玻璃鋼錨桿是一種以樹脂基復(fù)合材料 制成，它是以合成樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料。目前，玻璃鋼錨桿生產(chǎn)廠家基本采用拉擠成型工藝。但是安全系數(shù)法存在問題：如果說安全系數(shù) SRk ??? （ R? 、 S? 分別為支撐體的抗力與荷載的均值 ） 假設(shè)支撐體的抗力與圍巖荷載均服從正態(tài)分布，依據(jù)安全系數(shù)法，若 a 、 b 兩件支撐體的安全系數(shù)相同，那么 a 、 b 兩件支撐體的 支護(hù)效果相同，且 bSbRbbSaRa kk ???? ??? , 由 強(qiáng)度 —— 應(yīng)力干涉理論可知，它們失效概率卻相差很大（失效概率與圖中陰影面積 成正比 ） ， a 的失效概率 )(xfaP遠(yuǎn)小于 b 的失效概率 )(xfbP，如圖所示： 安全系數(shù)法并不能真正完全反映應(yīng)力分布和支護(hù)效果， 這也就是實踐中安全系數(shù)值與支護(hù)效果不相匹配的理論根源。這種方法不僅需要花費(fèi)更多的人力物力，而且不一定能達(dá)到理想的支護(hù)效果。主要表現(xiàn)在可靠性理論的研究、可靠性的工程方法包括可靠性管理、試驗、預(yù)計、設(shè)計等。 80 年代，我國的各種可靠性機(jī)構(gòu)，學(xué)術(shù)團(tuán)體像雨后春筍迅速發(fā)展。 可靠性理論研究概況 為了充分考慮不確定因素的影響，中南大學(xué)古德生院士系統(tǒng)研究了“地下金屬礦山無間柱連續(xù)采礦可靠性分析與設(shè)計”；遼寧工程 技術(shù)大學(xué)礦山災(zāi)害控制與可持續(xù)發(fā)展研究所在馬云東教授的帶領(lǐng)下，用力學(xué)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的辦法系統(tǒng)研究了“回采巷道錨桿支護(hù)可靠性設(shè)計”問題 ，通過對錨桿支護(hù)巷道圍巖應(yīng)力與錨桿支護(hù)抗力的預(yù)測與辨識、錨桿支護(hù)巷道圍 巖穩(wěn)定的基本判據(jù)與極限狀態(tài)方程、基于極限平衡的錨桿支護(hù)巷道可靠性設(shè)計理論研究、巷道錨桿支護(hù)可靠性設(shè)計參數(shù)的計算與預(yù)測和復(fù)雜地層巷道錨網(wǎng)支護(hù)可靠性設(shè)計與應(yīng)用等問題的研究，建立了“基于可靠性的錨桿支護(hù)可靠性設(shè)計理論”，并開發(fā)了相應(yīng)的計算機(jī)輔助系統(tǒng)。馬生徽等人通過選取錨桿直徑、長度、間排距和錨桿預(yù)緊力 5個參數(shù)進(jìn)行正交試驗設(shè)計，運(yùn)用 Flac3D 軟件對正交設(shè)計的各種參數(shù)組合進(jìn)行模擬，獲得了最優(yōu)支護(hù)參數(shù)組合。 現(xiàn)存的主要問題 國內(nèi)外學(xué)者及相關(guān)機(jī)構(gòu)團(tuán)體對玻璃鋼錨桿的結(jié)構(gòu)、性能做了大量的研究，研制了多中結(jié)構(gòu)形式的玻璃鋼錨 桿，并且進(jìn)行了設(shè)計開發(fā)，經(jīng)過試驗以及實