安徽理工大学硕士学位论文
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?j?1??i?1?n（2）支护可靠性影响因素分析，将模型简化为分析煤帮破坏机理、煤帮支护机理和玻璃钢锚杆失效机理。影响因素具有不确定性和复杂性，将影响因素归类为自然因素和人为因素。
自然因素为人不可控制，需要对这些因素进行评估而且需要分析，才有助于进行支护设计。自然因素有，煤层与顶底板间界面的黏聚力C0和内摩擦角?0，煤
?体的内聚力C和内摩擦角?；煤体的弹性模量E；抗压强度?c和残余强度?c；侧
压系数A；应力集中系数k；顶板岩石容重?等。
在人力范围内，希望可以控制人为因素，有助于提高支护可靠性。人为因素有煤层开采厚度m，采深H；使用玻璃钢锚杆支护时，锚杆的支护阻力P；玻璃钢锚杆的直径d、长度L；以及支护参数和施工参数。
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3.玻璃钢锚杆支护可靠性分析
3玻璃钢锚杆支护可靠性分析
锚杆支护必须遵循两个规则：常规的安全分析、标准的安全规范。传统锚杆支护设计的方法都是根据安全系数法，都通过加大支护密度来保证支护的安全性，绪论中已经说过安全系数法所存在的问题，通过加大支护密度来支护煤帮，不仅浪费人力物力，还不一定能起到很好的支护效果，对于支护可靠性的研究刻不容缓。
3.1玻璃钢锚杆支护可靠性研究的必要性
常规的安全分析，大多采用安全系数法。安全系数法依据抗力不得小于荷载的原则。安全系数法主要是确定安全系数k值，安全系数k是抗力的平均值与荷载的平均值的比值。所得到k值再与以往的经验设计所得的k0值作对比。当k?k0时，认为此次支护是安全的。绪论中已通过应力干涉理论解释了相同的安全系数不能体现相同的失效概率，体现安全系数法的不合理性。
数学推导分析，安全系数k??R，要想支护安全，必须有抗力均值?R?k?S，?S当抗力R与荷载S均服从正态分布时， ??将分子分母同除以?S得
???S?Z (3-1) ?R22?Z?R??S ???R?1?S?????2R2S2S2S?k?1?????2R2S2S2S (3-2)
1n ???(Ri??R)2,i?(1,2,?,n) (3-3)
n12R1n ???(Si??S)2,i?(1,2,?,n) (3-4)
n12S令抗力R与荷载S的变异系数分别为?R和?S,即有
222 ?R??R?R (3-5)
22 (3-6) ?S??S2?S则上式可化为
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??k?1k???22R2S (3-7)
从上式可以看出可靠度不止与安全系数有关还与抗力和荷载的变异系数有关，安全系数取决于抗力和荷载的均值，这就是说可靠度不仅与抗力和荷载的均值有关还与它们的变异系数有关，再一次说明安全系数法的不合理性。
矿井锚杆支护大多采用安全系数法，多数矿井采用加大支护密度来保证安全系数，这种做法不仅浪费人力物力，还不一定能够达到预期的支护效果。在不影响支护效果的情况下，利用最少的资源来保证最佳的支护效果，研究可靠性具有相当的重要意义。加大支护密度也不一定能保证支护安全，研究可靠性具有一定的必要性。
3.2玻璃钢锚杆支护可靠性分析方法
1.疲劳强度可靠性分析法
建立实测应力谱和P-S-N曲线，然后对实测应力谱和P-S-N曲线进行分析。建立应力谱和P-S-N曲线需要进行大量实验实测。当构件在受到交变应力的作用下，当构件低于材料的屈服极限应变时，在构件的应力集中部位处会产生裂纹，裂纹继续发展会导致构件的破坏，整个过程称为疲劳破坏。对构件施加交变应力经过一定的循环次数，构件发生破坏，这个循环次数N称为疲劳寿命。P是构件在交变应力作用下的存活率，S是交变应力，N是循环次数（疲劳寿命）。一般情况下，S-N曲线即可体现出构件的屈服应力和疲劳寿命，在工程生产过程中需要一定条件下的S-N曲线，不同存活率下的S-N曲线，这就必须使用P-S-N曲线[46]。
S
屈服应力 N
图13 S-N曲线 Fig. 13 S-N curve
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3.玻璃钢锚杆支护可靠性分析
2.故障树分析法（FTA）
故障树分析法是以某构件不能完成特定条件下的任务为目标，跟着找出构成这些目标的原因，将这些原因再分解，一直到这些原因无法再分解，即找出直接原因。直接原因包括：导致构件不能完成任务的基本因素、事故模式比较明确的因素、不能再进行分解的因素和概率分布已知的因素，FTA是借助基本演绎法找出导致目标事件发生的所有原因或因素组合，且求其最小割集的分析方法。
故障树分析法主要是建立故障树，确定顶事件分解出直接事件，通过直接事件找出底事件，即再无分解的原因[46]。 3.Petri网分析法
是一种动态的行为图行表示方法。与静态行为图形表示法的故障树分析法相比，根据在Petri网上移动的信息，研究系统的动态过程，通常用来模拟两个或多个事件同时发生的情况。故障树分析法是一种静态分析法，确定了某个事件，这一事件对其他事件不影响；而Petri网分析法是一种动态分析法，两个事件之间若存在联系，一种一个事件的发生与否会影响另一个事件，且某一事件发生的同时，另一事件也发生，显现的是动态的影响，适用事件同时发生的模拟[46]。 4.故障模式、影响和危害性分析法
对过程装备进行分析，找出构件的会出现的故障模式，通过对故障模式进行分析，并根据故障模式来判断其对系统及系统功能、系统任务目标、人员安全等的影响及影响程度，判断影响程度发生的概率，评价其危害度。故障模式、影响和危害性分析法（FMECA）是一种前瞻性的可靠性分析法，它包括两个部分，故障模式、影响分析（FMEA）和危害性分析（CA），若要完成危害性分析必须先完成故障模式、影响分析[46]。
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明确系统的有关情况和目的 确定分析层次 绘制功能框图和可靠性框图 故障模式和影响分析步故障模式、影响和危害性分析法 确定故障的严重度类别 提出预防和纠正措施 骤 研究故障检测方法 确定故障原因和影响 建立故障模式清单 确定故障概率 确定产品故障率 危害确定故障模式频率比 性分析步骤 确定故障影响概率 确定工作时间 确定故障模式危害度
图14 FMECA分析步骤 Fig. 14 FMECA analysis steps
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