采空区稳定性的可靠度及其影响因素的敏感性分析

未破坏比
0.600 0.400 0.200 0.000 0 1 2 3 水平 4 5 6
岩石物理力学参数与未破坏比关系图
2.5 试验结果分析
1.000
最大拉应力(MPa)
0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0 1 2 3 水平 4 5 6
h S k α H
采空区形状及赋存状态与最大拉应力关系图
2.5 试验结果分析
1.000
最大拉应力(MPa)
0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0 1 2 3 水平 4 5 6
ρ E μ φ C σt
岩石物理力学参数与最大拉应力关系图
2.5 试验结果分析
12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 1 2 3 水平 4 5 6 h S k α H
未破坏比
最大拉应力
最大位移
波动范围总水平数
H >ρ=E = C > h =S >φ=μ=α= k>σt
3 采空区稳定的可靠度分析计算
3.1 可靠度的计算方法
一次二阶矩法
JC 法 蒙特卡洛方法
3.2 极限状态方程的建立
Z g ( X ) g ( X 1 , X 2 , X n ) 0
0.694
0.373 0.374 0.569
0.860
0.284 0.665 0.705
0.856
0.739 0.505 0.557
0.692
0.942 0.517 0.593
极差顺序
φ> H > E >σt >μ> C > k >α> h >ρ> S
2.5 试验结果分析
最大位移极差分析表
因素 水平 1 h 4.909 S 2.333 k 4.523 α 5.863 H 1.428 ρ 3.857 E 11.078 μ 4.583 φ 5.952 C 9.455 σt 4.496
0 Z g ( X ) 0 0
失效状态 极限状态 可靠状态
Z 3
1 sin 1 sin
2C
cos 1 sin
1
Z 0 .015 E 0 .117 2 .094 C 0 .037 h 0 .164 S 0 .023 H
失稳概率（%）
采空区高度与失稳概率关系图
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
80 79 78 77 76 75 74 73 72 2 2.4 2.8 3.2 3.6 4 顶板暴露面积（千m2 ）
失稳概率（%）
顶板暴露面积与失稳概率关系图
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
88 86 84 82 80 78 76 74 72 240
最大位移(mm)
采空区形状及赋存状态与最大位移关系图
2.5 试验结果分析
12.000 10.000 ρ E μ φ C σt
最大位移(mm)
8.000 6.000 4.000 2.000 0.000 0 1 2 3 水平 4 5 6
岩石物理力学参数与最大位移关系图
2.5 试验结果分析
各因素最大、最小水平表
2
3 4 5 极 差 极差顺序
5.373
5.662 4.125 8.220 4.095
4.913
5.946 9.037 6.060 6.704
5.571
9.235 4.443 4.517 4.792
6.054
5.295 4.046 7.031 2.985
2.547
4.874 7.470 11.970 10.542
因 素 指 标 最大 最小 最小 最大 最小 最大 h 2 4 5 1 4 5 7 S 2 4 4 2 1 4 7 k 2 5 3 1 4 3 6 α 3 2 5 1 4 5 6 H 1 5 1 4 1 5 11 ρ 1 5 3 5 1 3 8 E 4 1 4 3 5 1 8 μ 1 3 4 1 1 2 6 φ 5 4 4 2 5 2 6 C 4 1 1 3 4 1 8 σt 4 1 5 4 3 4 5
粘聚力与失稳概率关系图
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
75 70
失稳概率（%）
65 60 55 50 45 40 26 28 30 32 34 内摩擦角（°） 36 38
内摩擦角与失稳概率关系图
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
84 82 80 78 76 74 72 12 15 18 21 24 采空区高度（m） 27 30
失稳概率（%）
250
260
270 埋深（m）
280
290
300
埋深与失稳概率关系图
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
100 96 92 88 84 80 76 72 68 64 0 0.1 0.2 0.3 变异系数 0.4 0.5 0.6
失稳概率（%）
变异系数与失稳概率关系图（Z<0）
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
采空区稳定的可靠度 及其影响因素的敏感性分析研究
主 要 内 容
绪论
采空区稳定性影响因素敏感性分析
采空区稳定的可靠度分析计算
可靠度影响因素的敏感性研究
工程应用
结论及展望
1绪论
1.1 课题的提出及研究意义
目前我国大多数矿山，留下大量未处理的采空区。采空区 的存在，严重影响了矿山的安全生产。采空区对工程的危害 是显著的，主要体现在两个方面：一是采空区顶板大面积冒 落，产生气流冲击，对井下工作人员和设备产生重大伤害， 而且可能引起地表沉陷和开裂，地面建筑物的陷落、倒塌及
3.00
60
0.40
40
4.5
6.5
2.3 计算模型
2.4 试验方案及结果
试验方案及结果见论文中表2-3。
2.5 试验结果分析
未破坏比极差分析表
因素 水平 h S k α H ρ E μ φ C σt
1
2 3 4
0.558
0.600 0.445 0.344
0.496
0.545 0.434 0.418
* *
p 1 ( )
3.4 本章小结
在对采空区稳定影响因素敏感性分析的基础上，以弹性模 量、粘聚力、内摩擦角、采空区高度、顶板暴露面积和埋深 作为随机变量，根据莫尔强度理论，结合FLAC3D模拟计算结
果，回归出了采空区稳定的极限状态方程。采用蒙特卡洛法
和JC法对采空区稳定的可靠度进行分析计算，得出模拟次数 N=10000时，蒙特卡洛法可以满足工程评价精度要求，两种可 靠度计算方法计算结果一致。
76 74 72 70 68 66 64 25 30 35 40 45 弹性模量（GPa） 50 55
失稳概率（%）
弹性模量与失稳概率关系图
4.1 随机变量分布参数对可靠度的影响
80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.8
失稳概率（%）
1
1.2
1.4 1.6 粘聚力（MPa）
1.8
2
0.594
0.426
H> C >σt > h >μ>α>ρ> S > k >φ> E
2.5 试验结果分析
最大拉应力极差分析表
因素 水平 1 2 h 0.768 0.614 S 0.628 0.717 k 0.959 0.459 α 0.909 0.756 H 0.293 0.441 ρ 0.629 0.675 E 0.467 0.588 μ 0.942 0.734 φ 0.319 0.989 C 0.299 0.718 σt 0.349 0.617
3
4 5 极 差
0.570
0.750 0.415 0.353
0.619
0.524 0.629 0.193
0.433
0.532 0.734 0.526
0.564
0.456 0.432 0.477
0.606
0.974 0.803 0.681
0.467
0.640 0.706 0.239
0.933
0.300 0.829 0.633
矿区地震等形式的严重地压灾害；另一个就是在矿山开采过
程中，采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育，甚至 贯通地表或连通老窿积水，发生突水事故，从而淹没坑道和
工作面，造成损失。
影响采空区稳定性的因素很多，比如顶板暴露面积、矿柱
的形状及尺寸、岩体的物理力学性质、岩体中的结构面、采空 区赋存的条件、地下水、采矿时的爆破震动等。 影响采空区稳定性的因素很多而且复杂，从目前的研究现状 来看，没有将影响采空区稳定性的因素进行排序研究，也没有 从采空区顶板稳定性入手，对采空区稳定的可靠度进行研究。 为此，本文以云南景谷矿冶有限公司宋家坡矿段采空区为研究 背景，采用数值模拟、敏感性和可靠度分析相结合的方法进行
0.486
0.544 0.476 0.502
0.515
0.365 0.581 0.447
0.949
0.654 0.397 0.262
0.547
0.534 0.546 0.462
0.449
0.465 0.458 0.547
0.621
0.454 0.376 0.496
0.463
0.494 0.521 0.414
4.527
7.569 6.014 6.322 3.712
4.921
4.944 4.513 2.833 8.245
7.605
4.762 4.978 6.361 3.022