煤礦論文關(guān)于煤礦論文可靠性分析在煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

1、煤礦論文關(guān)于煤礦論文：可靠性分析在煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用摘 要: 把可靠性理論引入煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析中，通過(guò)對(duì)錦界煤礦93401回風(fēng)巷道的分析，探討了可靠性分析方法在煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析中的可行性，結(jié)果表明，可靠性分析方法中的蒙特卡洛法和概率矩點(diǎn)估計(jì)法都適用于煤礦巷道頂板的穩(wěn)定性分析。為煤礦巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)提供了更多、更可靠的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞: 煤礦巷道頂板穩(wěn)定性;可靠性分析;蒙特卡洛法;概率矩點(diǎn)估計(jì)法1引言可靠性分析方法在工程建設(shè)領(lǐng)域受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，較傳統(tǒng)的極限平衡法而言，它能夠較好的處理工程建設(shè)中的諸多不確定因素，更加符合工程的實(shí)際情況，有較好的發(fā)展空間。較地面工程，煤田的

2、地質(zhì)條件更為復(fù)雜，煤礦巷道的不確定性更多，因此，可靠性分析方法和煤礦巷道頂板穩(wěn)定性有著很好的理論結(jié)合點(diǎn)，在煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析中有較好的應(yīng)用前景。本文應(yīng)用可靠性分析方法對(duì)錦界煤礦巷道頂板的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并把其結(jié)果和傳統(tǒng)極限平衡法的結(jié)果及巷道頂板的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，以此探究可靠性分析方法在煤礦頂板穩(wěn)定性分析中的適用性，為把可靠性分析方法引入煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析奠定了較好的基礎(chǔ)。2理論依據(jù)可靠性分析方法的理論依據(jù)是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的基本原理，認(rèn)為影響工程安全的各種因素是服從一定概率分布(一般認(rèn)為是正態(tài)分布)的隨機(jī)變量，因此安全系數(shù)也是服從特定分布的隨機(jī)變量，通過(guò)對(duì)各種因素概率分布、它們之間

3、關(guān)系及其與安全系數(shù)的關(guān)系的研究，得出安全系數(shù)的分布形式，進(jìn)而確定對(duì)象工程的可靠度及破壞概率。其評(píng)價(jià)結(jié)果不是絕對(duì)的“安全”或“破壞”，而是其發(fā)生破壞的概率。對(duì)于服從正態(tài)分布的功能函數(shù)值，其破壞概率與可靠度有表11所示的關(guān)系。功能函數(shù)是反映對(duì)象工程安全狀態(tài)的函數(shù)，其取值大于、等于和小于零分別對(duì)應(yīng)了對(duì)象工程安全、極限運(yùn)行和破壞三種狀態(tài)。考慮到煤礦地下條件的復(fù)雜性及破壞發(fā)生造成后果的嚴(yán)重性，參考煤礦巷道安全系數(shù)的取值(一般為36)。煤礦巷道頂板穩(wěn)定的功能函數(shù)建立為:g(x)=F(x)3(1)式中:F為應(yīng)用極限平衡法求得的安全系數(shù)。3工程實(shí)例錦界煤礦是神華集團(tuán)下屬的大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)，年原煤產(chǎn)量達(dá)1000

4、多萬(wàn)噸，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)對(duì)能源供給的需求做出了巨大的貢獻(xiàn)。巷道掘進(jìn)是為煤炭的大規(guī)模開(kāi)采服務(wù)的，93401回風(fēng)巷道的主要功能是為31煤層的開(kāi)采供污濁風(fēng)流的排放通道，同時(shí)也承擔(dān)小部分的輔助運(yùn)輸任務(wù)，巷道煤層及緊上部巖層力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表323。巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)采用了傳統(tǒng)的極限平衡法，其設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表24本文采用組合梁理論得出安全系數(shù)F5的表達(dá)式:F1=1L22025qB2(2)SF2=2d2BL23qa2B2(3)式中:F1為根據(jù)巷道中央頂板拉應(yīng)力條件求出的安全系數(shù);F為根據(jù)頂板總剪應(yīng)力條件求出的安全系數(shù);1為巷道頂板底層巖石的抗拉強(qiáng)度，Mpa;L2為錨桿的有效長(zhǎng)度，m;d為錨桿的直徑，m;q為頂板的荷載集

5、度，Mpa;B為巷道的跨度，m;為錨桿桿體材料的抗剪強(qiáng)度，Mpa;為頂板錨桿錨固的設(shè)計(jì)間排距。由(1)、(2)及(3)式得功能函數(shù)確定公式:g(x)=F(x)3=min(F1，F(xiàn)2)(4)“3法則”是一種計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的經(jīng)驗(yàn)方法，由Dai和Wang(1992)提出1。對(duì)于一個(gè)服從正態(tài)分布的參數(shù)，9973%的數(shù)據(jù)落于(3，+3)區(qū)間內(nèi)。因此，可以理解3和+3分別為該參數(shù)的最大可能值(HCV)和最小可能值(LCV)。所以當(dāng)能夠確定某一服從正態(tài)分布的參數(shù)的最大和最小可能值時(shí)，就可以根據(jù)式5確定這個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。=HCVLCV6(5)應(yīng)用蒙特卡洛法對(duì)于1和q的500組不同取值，由式4求

6、取功能函數(shù)的值，把計(jì)算所得值按照類(lèi)似4舍5入的處理方法精確到02，結(jié)果見(jiàn)圖1。應(yīng)用蒙特卡洛法及概率矩點(diǎn)估計(jì)法對(duì)錦界煤礦93401回風(fēng)巷道的計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5。4計(jì)算結(jié)果分析從表中可知，應(yīng)用傳統(tǒng)的極限平衡分析法頂板穩(wěn)定的安全系數(shù)為471。而可靠性計(jì)算得的破壞概率在105至104數(shù)量級(jí)之間，這與傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法所得的計(jì)算結(jié)果基本相符，驗(yàn)證了可靠性分析方法在煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析中的適用性。蒙特卡洛法的計(jì)算結(jié)果較概率矩點(diǎn)估計(jì)法的結(jié)果略偏保守，但兩種方法計(jì)算所得的頂板穩(wěn)定可靠度差異不大(滿足巷道設(shè)計(jì)精度要求)，都適用于錦界煤礦巷道頂板穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，其中蒙特卡洛法計(jì)算中需要進(jìn)行大量的模擬，概率矩點(diǎn)估計(jì)

7、法計(jì)算過(guò)程較蒙特卡洛法簡(jiǎn)單得多，故建議在錦界煤礦巷道頂板穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中優(yōu)先選用概率矩點(diǎn)估計(jì)法。5結(jié)論可靠性分析方法針對(duì)煤礦巷道中的不確定因素，從破壞概率角度評(píng)價(jià)巷道頂板的穩(wěn)定性，和傳統(tǒng)的極限平衡法一起為煤礦巷道掘進(jìn)提供更加可靠的依據(jù)，同時(shí)為煤礦巷道頂板穩(wěn)定性評(píng)價(jià)開(kāi)拓新的方法提供了思路參考。用傳統(tǒng)的極限平衡法和可靠性分析方法對(duì)錦界煤礦93401回風(fēng)巷道頂板穩(wěn)定性的分析結(jié)果可以說(shuō)明錦界煤礦93401回風(fēng)巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)合理，安全性較好。概率矩點(diǎn)估計(jì)法和蒙特卡洛法都適用于煤礦巷道頂板穩(wěn)定性分析，其中概率矩點(diǎn)估計(jì)法計(jì)算過(guò)程較為簡(jiǎn)便，建議優(yōu)先選用。參考文獻(xiàn)1陳祖煜土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析原理、方法、程序M北京:中國(guó)水利水電出版社，20032馬安威榆林市小煤礦安全監(jiān)督