沿空留巷支护结构的可靠性分析

论文摘要

沿空留巷技术是煤矿开采及回采巷道支护技术的一项重大改革,对提高煤炭资源回收率、降低巷道掘进率、缓减采掘紧张关系和实现矿井集约化生产有显著效果,但是沿空留巷围岩松软破碎,受到两次采动影响,巷道围岩稳定性难以控制。本文针对沿空留巷围岩变形大、力学特性存在较大变异的特点,采用理论研究、数值模拟和实例分析等综合研究手段和方法,运用工程结构可靠性理论、岩石力学和弹塑性力学以及计算机技术等理论,围绕沿空留巷巷内锚杆支护、巷旁高水速凝材料充填支护方式的结构可靠性进行了比较系统的分析,取得了如下成果:1、根据沿空留巷围岩活动规律,建立了沿空留巷围岩结构力学模型,系统地研究了沿空留巷围岩稳定性控制的原理与方法。2、建立了沿空留巷巷内锚杆支护、巷旁高水速凝材料充填支护的结构可靠性和系统可靠性分析模型。3、分析了可靠度计算的各种方法,针对沿空留巷支护极限状态方程的高度非线性,采用蒙特卡罗法计算沿空留巷支护结构可靠度。4、基于蒙特卡罗法研制了计算沿空留巷支护结构可靠度计算辅助软件,提高了工程设计的效率,开辟了沿空留巷支护结构可靠度计算的新途径。5、采用数值计算方法模拟了基于可靠性设计的沿空留巷支护方案的支护效果,验证了沿空留巷支护结构可靠性判别准则和所采用的结构可靠度计算系统的合理性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外沿空留巷的研究现状
• 1.2.1 国内外沿空留巷的研究现状
• 1.2.2 国内外沿空留巷的应用现状
• 1.2.3 国内沿空留巷研究中的不足
• 1.3 工程结构可靠性研究现状
• 1.4 可靠性理论在矿井支护中的应用现状
• 1.5 矿井支护可靠性研究存在的问题
• 1.6 课题的研究内容与方法
• 1.6.1 研究的主要内容
• 1.6.2 研究思路
• 第二章 工程结构可靠性分析方法
• 2.1 工程结构可靠性与可靠度
• 2.1.1 不确定性因素的来源和分类
• 2.1.2 可靠度与极限状态
• 2.2 可靠性分析的常用方法
• 2.2.1 中心点法
• 2.2.2 验算点法（JC法）
• 2.2.3 随机有限元法
• 2.2.4 Matlab优化法
• 2.3 蒙特卡罗法
• 2.3.1 蒙特卡罗法的基本原理
• 2.3.2 伪随机数的产生
• 2.3.3 随机变量的抽样
• 2.4 结构体系的可靠性
• 2.4.1 串联系统的可靠度
• 2.4.2 并联系统的可靠度
• 2.4.3 k/n模型的可靠度
• 2.4.4 相关单元系统的可靠度模型
• 2.4.5 等相关单元体系的可靠度模型
• 2.5 围岩力学参数的统计
• 2.6 本章小结
• 第三章 沿空留巷支护系统的可靠性分析
• 3.1 沿空留巷围岩活动规律与控制
• 3.2 影响巷道围岩稳定性的因素分析
• 3.3 顶板锚杆支护的可靠性分析
• 3.3.1 顶板锚杆支护的失效模式
• 3.3.2 煤巷顶板稳定性判别准则
• 3.4 煤帮锚杆支护的可靠性分析
• 3.4.1 沿空留巷实体煤帮的应力分析
• 3.4.2 煤帮锚杆支护的失效模式
• 3.4.3 煤帮锚杆支护变形破坏分析
• 3.4.4 煤帮锚杆支护的可靠度
• 3.5 沿空留巷巷旁充填体的可靠性分析
• 3.5.1 沿空留巷巷旁支护载荷分析
• 3.5.2 巷旁充填体的参数设计
• 3.5.3 充填体稳定的可靠性
• 3.6 沿空留巷支护结构的可靠性分析
• 3.6.1 沿空留巷支护结构的系统可靠性模型
• 3.6.2 结构安全性判断标准
• 3.7 沿空留巷支护结构可靠性分析的计算机辅助程序开发
• 3.7.1 软件开发环境简介
• 3.7.2 软件设计思路与功能模块
• 3.7.3 软件流程
• 3.7.4 软件界面
• 3.8 本章小结
• 第四章 实例分析
• 4.1 工程地质条件
• 4.2 围岩力学参数统计
• 4.3 基于可靠性的支护方案设计
• 4.3.1 顶板锚杆支护设计
• 4.3.2 煤帮锚杆支护设计
• 4.3.3 巷旁充填体设计
• 4.3.4 基于可靠性的支护结构参数
• 4.4 支护方案的数值分析
• 4.4.1 数值分析方法
• 4.4.2 数值分析模型
• 4.4.3 支护方案的效果
• 4.5 本章小结
• 第五章 主要结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间发表的论文、参加的科研项目和获得的奖励