【正文】 ，對(duì)玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行故障樹構(gòu)件。故障樹分析可獲得的結(jié)果：可通過分析查出失效所在；指出系統(tǒng)中與失效有關(guān)的那些重要情況；向不直接接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)管理人員提供一種直觀的圖解；利用故障樹分析法既可以進(jìn)行定性的又可進(jìn)行定量的系統(tǒng)可靠性分析；分析人員一次只需集中注意一種特定的系統(tǒng)失效事件；揭示系統(tǒng)特性的內(nèi)部聯(lián)系。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)。其次，是對(duì)系統(tǒng)有詳細(xì)的了解，只有對(duì)系統(tǒng)深入了解，才能對(duì)頂事件正確的確立，更好建立故障樹。最后，確定頂事件，建立故障樹。故障樹分析：將玻璃鋼錨桿的桿體與螺母、托盤以及錨固劑看成是一個(gè)系統(tǒng)，玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)。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。確定的頂事件是玻璃鋼錨桿支護(hù)系統(tǒng)失效。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。黏結(jié)失效或者圍巖失效都會(huì)導(dǎo)致錨固段失效。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。黏結(jié)失效的主要原因是錨固劑與需要黏結(jié)的兩種介質(zhì)沒有很好的黏結(jié)。分為三種情況，；；錨固劑與桿體和圍巖都沒有很好的黏結(jié)。導(dǎo)致這三種情況可能的原因有：錨固劑種類選擇不適宜玻璃鋼錨桿的支護(hù)；工人施工時(shí)，沒有讓錨固劑充分?jǐn)嚢?，使得錨固劑與另外兩種介質(zhì)沒有很好的黏結(jié)。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。圍巖失效分為兩種情況，煤體本身松散破碎和煤體受到采動(dòng)影響。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。錨尾失效分為兩種情況，托盤失效和螺母失效。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。使得玻璃鋼錨桿處于應(yīng)力平衡狀態(tài)。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。托盤失效的形式有托盤破裂和破碎兩種。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)不到支護(hù)要求。在托盤完好的情況下，那么釋放應(yīng)力的缺口就是螺母，這時(shí)螺母會(huì)發(fā)生松動(dòng)，螺母向后移動(dòng)，玻璃鋼錨桿支護(hù)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。煤體之間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，玻璃鋼錨桿受到偏心荷載作用，當(dāng)剪應(yīng)力大于玻璃鋼錨桿的抗剪強(qiáng)度時(shí)，玻璃鋼錨桿或被剪斷或劈裂（未達(dá)到剪斷的情況）。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。煤體受到地應(yīng)力影響，會(huì)發(fā)生擴(kuò)容效應(yīng)，在錨固段、錨尾處完好的情況下，根據(jù)界面力學(xué)應(yīng)力傳遞機(jī)理，玻璃鋼錨桿的受到煤體的原巖應(yīng)力，玻璃鋼錨桿所受的原巖應(yīng)力作用主要集中在自由段，此時(shí)錨桿所受的應(yīng)力都為錨桿的軸向力。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。根據(jù)支護(hù)可靠性模型建立單一錨桿的系統(tǒng)可靠度框圖，單一錨桿的系統(tǒng)可靠度框圖模型大結(jié)構(gòu)為串聯(lián)模型，如圖所示單一錨桿的系統(tǒng)可靠度框圖模型為并串聯(lián)模型，如圖所示錨固段子系統(tǒng)桿體參數(shù)子系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)子系統(tǒng)施工質(zhì)量子系統(tǒng)對(duì)其子系統(tǒng)進(jìn)行劃分，單一錨桿的系統(tǒng)可靠度框圖模型為并串聯(lián)模型，如圖所示圍巖性質(zhì)錨固類型錨固方式錨固力錨桿強(qiáng)度 錨桿長度錨桿直徑錨桿密度 錨桿角度預(yù)緊力成巷質(zhì)量 支護(hù)時(shí)間支護(hù)質(zhì)量根據(jù)公式可計(jì)算出單一錨桿的系統(tǒng)可靠度。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。托盤的托錨力是托盤對(duì)圍巖的最大徑向支護(hù)力。托錨力的計(jì)算如下：將托盤簡化為圓形薄板，半徑為，壓緊在托盤上的螺母的半徑為，作用在托盤上的均布載荷為，根據(jù)彈性力學(xué)中環(huán)形薄板均布荷載分析得：式中——托盤所能承受的最大拉應(yīng)力，；——均布荷，；——托盤厚度，m；——隨/有關(guān)的一個(gè)相關(guān)系數(shù)；——托盤材料抗拉強(qiáng)度，；——托錨力。玻璃鋼錨桿支護(hù)煤幫時(shí)，若作用在圍巖錨固力的極限狀態(tài)方程托盤松動(dòng)就使得玻璃鋼錨桿不能獲得很好的錨固力。托盤不松動(dòng)就需要就足夠的預(yù)緊力。——螺母與錨桿螺紋間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；——螺母與托盤間滑動(dòng)摩擦系數(shù)；——螺紋中徑，mm；——托盤內(nèi)徑，mm；——螺母端部有效接觸面外接圓直徑，mm；——螺紋導(dǎo)程——螺母緊力矩，；——錨桿預(yù)緊力，KN；——螺紋頭數(shù)；——螺距，mm令，則錨桿長度錨桿長度必須使得錨固段在彈塑性區(qū)內(nèi)，一般情況下，錨固段不得小于25cm。LmL z托盤L w錨桿長度錨桿的外露長度錨桿的自由段長度錨桿的錨固段長度 錨固力和預(yù)緊力以及錨桿長度的自變量都超過兩個(gè)，再利用蒙特卡羅法求解時(shí)，一般采用蒙特卡羅法中的直接抽樣法來計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度。其中隨機(jī)變量均近似服從正態(tài)分布時(shí)，采用如下步驟計(jì)算支護(hù)工程結(jié)構(gòu)的可靠度。對(duì)于極限狀態(tài)方程，且，其中為的均值，為的方差。則支護(hù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)極限狀態(tài)方程：，并得出；：：，若不滿足，則按下式重新計(jì)算：~5步，直至前后兩次計(jì)算的差值為0或者小于允許的誤差范圍內(nèi)。求得單一錨桿可靠度，整個(gè)煤幫玻璃鋼錨桿為并聯(lián)，某一根錨桿的失效不影響其他錨桿。可根據(jù)并聯(lián)公式求得整個(gè)煤幫的系統(tǒng)可靠度。150405回風(fēng)巷巷道斷面如圖所示，巷道寬度4500mm，高幫4500mm，低幫3500mm。頂板由鋼錨索、鋼錨桿、金屬網(wǎng)和鋼帶聯(lián)合支護(hù)，煤幫由玻璃鋼錨桿和塑料網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。高幫打入5根玻璃鋼錨桿，低幫打入4根玻璃鋼錨桿，距離工作面沿回風(fēng)巷265m處，共統(tǒng)計(jì)2385根錨桿?，F(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)玻璃鋼錨桿失效形式有：托盤破裂、托盤破碎、煤壁松散、錨桿劈裂、錨桿破斷和錨桿。分別統(tǒng)計(jì)出每種失效形式錨桿數(shù)量，建立表格如下，破壞形式數(shù)量破壞比例托盤破裂29%托盤破碎15%煤壁松散38%錨桿劈裂3%錨桿破斷2%錨桿松動(dòng)5%表錨桿破壞的總數(shù)為92根，%依據(jù)蒙特卡羅法，可近似求出玻璃鋼錨桿的可靠度，顯然，滿足要求。為了掌握150403工作面在開采階段煤幫和巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、礦壓分布情況，搞好巷道圍巖變形破壞機(jī)理研究，確定玻璃鋼錨桿支護(hù)的可行性，從而進(jìn)一步驗(yàn)證玻璃鋼錨桿支護(hù)可靠度，為今后的玻璃鋼錨桿支護(hù)可靠性的研究提供建議和經(jīng)驗(yàn)，從2014年3月27日到5月7日對(duì)該工作面進(jìn)行觀測(cè)。、內(nèi)容和方法通過對(duì)段王煤礦150403工作面回風(fēng)巷的煤幫表面及深部位移進(jìn)行觀測(cè)，研究在工作面推進(jìn)的過程中，煤幫的變形特征，確定回風(fēng)巷煤幫表面及工作面的穩(wěn)定性，判斷玻璃鋼錨桿支護(hù)的合理性。并將該研究成果推廣應(yīng)用到類似的工作面巷道的設(shè)計(jì)過程中。 實(shí)測(cè)內(nèi)容為巷道深部位移。每個(gè)觀測(cè)站鉆孔內(nèi)布置7個(gè)深部點(diǎn)，依次是1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m。井下按要求鉆孔（鉆孔直徑待定），然后采用安裝桿將帶有測(cè)量鋼絲的固定器從深到淺順序安裝至設(shè)計(jì)位置。將與固定器相連的測(cè)量鋼絲外露部分用多點(diǎn)位移計(jì)外端口圓筒套住，蓋上筒蓋，并作出標(biāo)記線。每個(gè)測(cè)點(diǎn)井下測(cè)量時(shí)，以孔口圓筒上固定標(biāo)記線作為基準(zhǔn)線，讀測(cè)出每個(gè)位移計(jì)外露部分的長度，記為每個(gè)深部點(diǎn)的初讀數(shù)。以后每隔一段時(shí)間測(cè)讀的數(shù)據(jù)與初讀數(shù)據(jù)之差即為該深部點(diǎn)相對(duì)于巷道表面的位移值。采用鋼卷尺與測(cè)桿作為觀測(cè)儀器進(jìn)行表面位移觀測(cè)，在巷道頂?shù)装搴蛢蓭筒捎檬植贾眠M(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量的內(nèi)容包括巷道兩幫收斂、頂板下沉及底臌等。多點(diǎn)位移計(jì)是監(jiān)測(cè)井下巷道、 大壩等建筑物深部位移的一種常用儀器，主要監(jiān)測(cè)煤巖體在不同部位（測(cè)點(diǎn)上）的位移量，為判斷煤巖體的運(yùn)行狀態(tài)提供依據(jù)。儀器采用的是中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室暨巖石力學(xué)與土力學(xué)研究所研制的KDW1型多點(diǎn)位移計(jì)。KDW1型巷道多點(diǎn)位移計(jì)能有效的監(jiān)測(cè)巷道兩幫、巷道底臌等場(chǎng)所的煤巖體圍巖深部層里位移和裂縫量的監(jiān)測(cè)，為巷道設(shè)計(jì)和巷道支護(hù)提供定量化的依據(jù)。此設(shè)備具有監(jiān)測(cè)裝置實(shí)用性強(qiáng)、測(cè)量數(shù)據(jù)精度高、裝置穩(wěn)定、可靠及安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。儀器結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要是由基點(diǎn)錨頭、 鋼絞線、 測(cè)量基準(zhǔn)托筒、 鋼卷尺等組成。圖多點(diǎn)位移計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. Structure diagram of multipointdisplacement metre 主要技術(shù)特征如下（1）測(cè)量方法：量測(cè)式；（2）測(cè)量點(diǎn)數(shù)：7個(gè)（1m，2m，3m，4m，5m，6m,7m）；（3）基點(diǎn)固定方式：端頭錨固；（4）安裝鉆孔直徑：32mm；4. 實(shí)測(cè)方法設(shè)備于4月2日安裝完畢，并于當(dāng)日開始不間斷觀測(cè)數(shù)據(jù)，該工作面始終處于生產(chǎn)狀態(tài)。從此時(shí)回采工作面開始計(jì)算工作面推進(jìn)距離，對(duì)工作面的各種礦壓顯現(xiàn)特征量連續(xù)觀測(cè)和記錄。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)每天2人一組進(jìn)行，主要負(fù)責(zé)巷道內(nèi)相關(guān)儀器數(shù)據(jù)的采集、巷道表面位移的測(cè)讀、工作面推進(jìn)距離的統(tǒng)計(jì)觀測(cè)和記錄。觀測(cè)過程中，及時(shí)整理和分析有關(guān)數(shù)據(jù)，以便掌握工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，提供給生產(chǎn)技術(shù)管理部門參考，用以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。本次觀測(cè)共布置6個(gè)深部基點(diǎn)位移觀測(cè)站，觀測(cè)站編號(hào)為H1～H6，分別處于回風(fēng)巷內(nèi)兩側(cè)，回風(fēng)巷兩幫各3個(gè)測(cè)站。H1和H2分別在距離工作面10m處；H3和H4在距離工作面25m處；H5和H6在距離工作面45m處。井下打孔，使用錨桿鉆機(jī)，采用接長鉆桿，要求鉆孔深度7m，鉆孔直徑32mm，垂直于留設(shè)煤柱煤幫施工，鉆孔高度距巷道底板1m?；仫L(fēng)巷鉆孔分別布置在距工作面前方10m、25m和45m處。測(cè)點(diǎn)布置示意圖如下：5. 數(shù)據(jù)處理對(duì)于深部位移數(shù)據(jù)處理時(shí)，假設(shè)儀器的孔口不動(dòng)，測(cè)出每個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于孔口的距離，測(cè)點(diǎn)距離的初讀數(shù)，測(cè)量測(cè)點(diǎn)到孔口的距離減去前一次該測(cè)點(diǎn)到孔口的距離，稱為這個(gè)測(cè)點(diǎn)位移量，單位：mm；測(cè)點(diǎn)區(qū)間下次次位移量減去前一次測(cè)點(diǎn)區(qū)間位移量，稱為各測(cè)點(diǎn)段在各時(shí)段的位移量增量，單位：mm；測(cè)點(diǎn)區(qū)間每天對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)區(qū)間位移量增量稱為測(cè)點(diǎn)區(qū)間位移速度，單位：mm/d。其具體表達(dá)式如下： ；通過對(duì)H1～H6觀測(cè)站150403工作面進(jìn)行深部位移測(cè)量，由于安裝方法以及后期破壞，在布置的6個(gè)觀測(cè)站中，H2，H4觀測(cè)站遭到破壞，測(cè)量過程中HHH5和H6各測(cè)站測(cè)量讀取的數(shù)據(jù)符合煤幫變形的實(shí)際規(guī)律，具有工程參考價(jià)值。根據(jù)回風(fēng)巷兩幫多點(diǎn)位移計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行整理，得到兩幫圍巖深基點(diǎn)位移及速度變化曲線，如圖所示。通過對(duì)回風(fēng)巷兩幫深部位移測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析可知：隨著工作面的推進(jìn)，不同深度測(cè)點(diǎn)的位移值不斷增加，各深度測(cè)點(diǎn)的位移變形速度呈波浪型上升趨勢(shì)。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)各測(cè)站的深部位移變形為：1m深度測(cè)點(diǎn)位移量最小，并隨著深度的增加，各測(cè)點(diǎn)位移值增大，7m深度測(cè)點(diǎn)位移量最大。各測(cè)點(diǎn)間的位移量呈波浪型上升趨勢(shì)，測(cè)點(diǎn)深度增加， 位移量比較平緩，移動(dòng)速率也比較平緩。淺部區(qū)域可以看出移動(dòng)速率較大。經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)HH3和H6深部位移量較小，最大值為80mm。其中H5觀測(cè)站位移量達(dá)到最大，為120mm，在測(cè)量H5的同時(shí)，有地質(zhì)鉆機(jī)隊(duì)在H5觀測(cè)站下方打鉆孔抽采瓦斯，這樣就能解釋H5的位移量最大。從位移量圖和測(cè)點(diǎn)間位移量途中可以看出4m以上的測(cè)點(diǎn)變化都比較平穩(wěn)，淺部3m以下的變化較大。由于多點(diǎn)位移計(jì)的外筒蓋是固定在煤幫表面處，煤幫在移近的過程中，淺部多點(diǎn)位移計(jì)的固定器也跟著移動(dòng)。所以相對(duì)來講，淺部測(cè)點(diǎn)距孔口位移量小一點(diǎn)，深部測(cè)點(diǎn)距孔口位移量大一點(diǎn)；淺部移動(dòng)速率大一點(diǎn)，而深部的移動(dòng)速率比較平穩(wěn)。