1、煤礦論文關于煤礦論文：可靠性分析在煤礦巷道頂板穩定性分析中的應用摘 要: 把可靠性理論引入煤礦巷道頂板穩定性分析中，通過對錦界煤礦93401回風巷道的分析，探討了可靠性分析方法在煤礦巷道頂板穩定性分析中的可行性，結果表明，可靠性分析方法中的蒙特卡洛法和概率矩點估計法都適用于煤礦巷道頂板的穩定性分析。為煤礦巷道掘進設計提供了更多、更可靠的理論依據。關鍵詞: 煤礦巷道頂板穩定性;可靠性分析;蒙特卡洛法;概率矩點估計法1引言可靠性分析方法在工程建設領域受到越來越廣泛的關注，較傳統的極限平衡法而言，它能夠較好的處理工程建設中的諸多不確定因素，更加符合工程的實際情況，有較好的發展空間。較地面工程，煤田的

2、地質條件更為復雜，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定性有著很好的理論結合點，在煤礦巷道頂板穩定性分析中有較好的應用前景。本文應用可靠性分析方法對錦界煤礦巷道頂板的穩定性進行了分析，并把其結果和傳統極限平衡法的結果及巷道頂板的實際狀態進行對比，以此探究可靠性分析方法在煤礦頂板穩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定性分析奠定了較好的基礎。2理論依據可靠性分析方法的理論依據是概率論與數理統計的基本原理，認為影響工程安全的各種因素是服從一定概率分布(一般認為是正態分布)的隨機變量，因此安全系數也是服從特定分布的隨機變量，通過對各種因素概率分布、它們之間

3、關系及其與安全系數的關系的研究，得出安全系數的分布形式，進而確定對象工程的可靠度及破壞概率。其評價結果不是絕對的“安全”或“破壞”，而是其發生破壞的概率。對于服從正態分布的功能函數值，其破壞概率與可靠度有表11所示的關系。功能函數是反映對象工程安全狀態的函數，其取值大于、等于和小于零分別對應了對象工程安全、極限運行和破壞三種狀態。考慮到煤礦地下條件的復雜性及破壞發生造成后果的嚴重性，參考煤礦巷道安全系數的取值(一般為36)。煤礦巷道頂板穩定的功能函數建立為:g(x)=F(x)3(1)式中:F為應用極限平衡法求得的安全系數。3工程實例錦界煤礦是神華集團下屬的大型煤炭生產企業，年原煤產量達1000

4、多萬噸，為我國經濟高速增長對能源供給的需求做出了巨大的貢獻。巷道掘進是為煤炭的大規模開采服務的，93401回風巷道的主要功能是為31煤層的開采供污濁風流的排放通道，同時也承擔小部分的輔助運輸任務，巷道煤層及緊上部巖層力學性質見表323。巷道掘進設計采用了傳統的極限平衡法，其設計結果見表24本文采用組合梁理論得出安全系數F5的表達式:F1=1L22025qB2(2)SF2=2d2BL23qa2B2(3)式中:F1為根據巷道中央頂板拉應力條件求出的安全系數;F為根據頂板總剪應力條件求出的安全系數;1為巷道頂板底層巖石的抗拉強度，Mpa;L2為錨桿的有效長度，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度，Mpa;為頂板錨桿錨固的設計間排距。由(1)、(2)及(3)式得功能函數確定公式:g(x)=F(x)3=min(F1，F2)(4)“3法則”是一種計算參數標準差的經驗方法，由Dai和Wang(1992)提出1。對于一個服從正態分布的參數，9973%的數據落于(3，+3)區間內。因此，可以理解3和+3分別為該參數的最大可能值(HCV)和最小可能值(LCV)。所以當能夠確定某一服從正態分布的參數的最大和最小可能值時，就可以根據式5確定這個參數的標準差。計算結果見表4。=HCVLCV6(5)應用蒙特卡洛法對于1和q的500組不同取值，由式4求

6、取功能函數的值，把計算所得值按照類似4舍5入的處理方法精確到02，結果見圖1。應用蒙特卡洛法及概率矩點估計法對錦界煤礦93401回風巷道的計算，結果見表5。4計算結果分析從表中可知，應用傳統的極限平衡分析法頂板穩定的安全系數為471。而可靠性計算得的破壞概率在105至104數量級之間，這與傳統的穩定性分析方法所得的計算結果基本相符，驗證了可靠性分析方法在煤礦巷道頂板穩定性分析中的適用性。蒙特卡洛法的計算結果較概率矩點估計法的結果略偏保守，但兩種方法計算所得的頂板穩定可靠度差異不大(滿足巷道設計精度要求)，都適用于錦界煤礦巷道頂板穩定性的評價，其中蒙特卡洛法計算中需要進行大量的模擬，概率矩點估計

7、法計算過程較蒙特卡洛法簡單得多，故建議在錦界煤礦巷道頂板穩定性評價中優先選用概率矩點估計法。5結論可靠性分析方法針對煤礦巷道中的不確定因素，從破壞概率角度評價巷道頂板的穩定性，和傳統的極限平衡法一起為煤礦巷道掘進提供更加可靠的依據，同時為煤礦巷道頂板穩定性評價開拓新的方法提供了思路參考。用傳統的極限平衡法和可靠性分析方法對錦界煤礦93401回風巷道頂板穩定性的分析結果可以說明錦界煤礦93401回風巷道掘進設計合理，安全性較好。概率矩點估計法和蒙特卡洛法都適用于煤礦巷道頂板穩定性分析，其中概率矩點估計法計算過程較為簡便，建議優先選用。參考文獻1陳祖煜土質邊坡穩定分析原理、方法、程序M北京:中國水利水電出版社，20032馬安威榆林市小煤礦安全監督