煤矿软岩巷道的锚喷支护同新奥法的关系
盾构法、矿山法和新奥法的区别

盾构法、矿山法和新奥法的区别新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工。
新奥法(NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称,在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。
采用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量也可以得到较好的保证。
使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的条件下必须降水后方可施工。
新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。
新奥法经过多年的完善与发展,又开发了“浅埋暗挖法”----就是矿山法---这一新方法,浅埋暗挖法又称矿山法,与新奥法的不同之处在于,它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。
它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。
顾名思义,浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。
其原理是:利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力,采取适当的支护措施,使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法,主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。
由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序,现被施工单位普遍采纳。
浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。
其主要的技术特点为:动态设计、动态施工的信息化施工方法,建立了一整套变位、应力监测系统;强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用;研究、创新了劈裂注浆方法加固地层;发展了复合式衬砌技术,并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。
小聊:盾构法、矿山法和新奥法的区别盾构法施工是以盾构(施工机械)在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。
新奥法、矿山法与浅埋暗挖法的阐述与比较

1.新奥法新奥法(New Austrian Tunnelling Method)是在利用围岩本身所具有的 承载效能的前提下,采用毫秒爆破 和光面爆破技术,进行全断面开挖施工, 并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身,即以喷混凝土、锚杆、 钢筋网、钢支撑等为外层支护形式,称为初次柔性支护,系在洞身开挖之 后必须立即进行的支护工作。
因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而 产生再分配,隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定,也就是说,承载地应 力的主要是围岩体本身,而采用初次喷锚柔性支护的作用,是使围岩体自 身的承载能力得到最大限度的发挥,第二次衬砌主要是起安全储备和装饰 美化作用。
新奥法施工基本原理:充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作 用,采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时对围岩进行加固,约 束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下 工程的设计与施工。
主要原则 (1)充分保护围岩,减少对围岩的扰动。
(2)充分发挥围岩的自承能力。
(3)尽快使支护结构闭合。
(4)加强监测,根据监测数据指导施工。
可扼要地概括为“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”。
支护-围岩共同作用原理围岩既是生产支护荷载的主体,又是承受岩层荷载的结构,支护-围岩作为整体相互作用,共同承担围岩压力。
摒弃了过去岩体作为对支护结构 的荷载采用厚衬砌的传统做法。
围岩压力是变形压力和松动压力的组合,大部分压力(特别是变形压力) 由围岩自身承担,只有少部分转移到支护结构上;支护荷载既取决于围岩 的性质,又取决于支护结构的刚度和支护时间;围岩的松动区和围岩内的 二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。
2.矿山法矿山法【mine tunnelling method】指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧 道的施工方法。
矿山法是一种传统的施工方法。
它的基本原理是,隧道开 挖后受爆破影响,造成岩体破裂形成松弛状态,随时都有可能坍落。
浅谈新奥法初期支护—喷锚支护在软弱围岩的应用

浅谈新奥法初期支护—喷锚支护在软弱围岩的应用福铁建设集团公司泉州分公司李小勇[摘要] 本文结合赣龙铁路考塘隧道中的Ⅲ类围岩地段初期支护中的锚杆数量与喷层厚度控制,介绍新奥法初期支护的作用原理以及此类支护在软弱围岩中的应用。
[关键词] 喷锚支护作用原理应用前言新奥法初期支护是喷锚联合支护使用较成熟的施工方法,它并不是一般的喷射混凝土和锚杆的联合支护,而是“设计、施工、监测”相结合的科学的隧道建造方法。
“喷射混凝土、锚杆和现场监控量测”是新奥法的三大支柱,它的工作原理在工程实践中不断地被充实与提高,从而获得了极为迅速的发展,特别是在控制围岩的高挤压变形方面,显示了很大的优越性。
下面首先介绍喷锚支护的工作原理,然后结合考塘隧道中的三级围岩地段的实施情况,阐述喷锚支护设计参数在实际中的应用。
工程概况考塘隧道为赣龙铁路的一座单线隧道,隧道埋深<50m,地质情况处于丘陵缓坡地带,表层为第四纪残积层棕黄色砂粘土,下伏γ52灰白色花岗岩,粗粒结构。
隧道全长550米,其中Ⅲ类围岩地段295米,里程为DK270+064~DK270+359,岩质为风化颇严重的粉砂岩,呈破碎状,初期支护设计采用喷射8cm的混凝土及每延米打入2.0m的普通砂浆锚杆3根的方案进行支护。
三、喷锚支护的作用原理新奥法初期支护的具体作法是随隧道掘进及时喷射一层混凝土,封闭围岩暴露面,形成初期柔性支护,随后按设计要求布置系统锚杆加固深部围岩。
锚杆、喷层和围岩共同组成承载环,支承围岩压力,形成了新奥法初期支护结构(称为外拱),在施工过程中,通过监测了解外拱围岩的变形情况,待支护抗力与围岩压力适应时进行封底,使变形收敛,隧道围岩趋于稳定,随后进行二次衬砌(称为内拱),内拱为储备强度。
新奥法的施工必须严格控制二次衬砌时间,以便支护性能呈现先柔后刚的特性。
喷射混凝土是将一定比例的水泥、河砂、碎石均匀搅拌后,装入混凝土喷射机,借助压缩空气作为动力,使混合料连续地沿管路压送至喷头处与水混合后,以较高压力及速度(30~100m/s)喷射在岩面上凝结硬化而成。
新奥法与矿山法支护结构的区别

新奥法与矿山法支护结构的区别新奥法和矿山法的支护结构,听起来就像是两个老朋友在讨论各自的工作。
这俩可都是矿山施工中必不可少的角色,虽然都在做支护,但风格和方法却是各有千秋。
新奥法,哎呀,听名字就感觉时髦,对吧?它可是一种新派的玩法,强调科学和技术。
想象一下,一群科学家在实验室里,拿着各种仪器研究着,最终把这些聪明的想法带到矿山里。
它主要是依靠对地质的精细分析,制定出一个精准的支护方案。
就像是给矿山穿上了量身定制的防护服,既美观又实用。
而矿山法则是一种比较传统的手法,简单粗暴,直接有效。
就像老祖宗传下来的智慧,靠经验和实战,没那么多花里胡哨的科技。
它主要是依靠对矿山环境的直接观察,往往一看就能判断出支护的需要。
比如说,矿工在矿里工作,看到哪个地方容易塌方,就赶紧加固。
没什么好犹豫的,直截了当,省时省力。
这种方法虽然传统,但在某些情况下,特别是小矿山,仍然是最靠谱的选择。
再说说支护的材料和结构吧,新奥法一般会用到现代化的材料,比如高强度的钢筋和先进的混凝土。
这些材料不但强度高,还轻便,施工起来也快。
就像穿上了新款的运动鞋,跑得又快又稳。
而矿山法常用的则是一些传统材料,比如砖石、木头等。
这些材料虽然简单,但经久耐用,像是我们小时候玩的积木,拼起来有种踏实感。
每种方法都有自己的道理,关键看用在什么地方。
接下来我们说说施工的过程,新奥法的施工过程就像是一场大型的演出,步骤多、要求高,需要很多人分工合作。
每一步都要精心设计,有点像是拍电影,要考虑各种因素才能确保效果。
而矿山法的施工过程就简单多了,通常都是干脆利落的方式,现场一片忙碌,矿工们各自负责,大家齐心协力,保证矿山的安全。
还有一点就是对环境的影响,新奥法在施工时,会特别注意环境保护,尽量减少对周围生态的破坏。
它会通过精细的技术手段,降低对土地和水源的影响,就像一个环保小卫士。
而矿山法虽然也讲究环保,但因为历史悠久,很多时候受制于技术限制,难免会造成一定的损伤。
地下结构工程施工技术第四章新奥法与锚喷支护

隧道施工的力学分析
围岩压力
围岩压力是隧道施工中的主要外力,其大小和分布对隧道施工的 安全性和稳定性有很大影响。
隧道支护结构受力分析
隧道支护结构是维持隧道稳定的重要措施,其受力分析是隧道设计 的重要依据。
隧道施工过程中的力学行为
隧道施工过程中的力学行为是一个动态变化的过程,需要根据实际 情况进行实时监测和分析。
隧道施工的稳定性分析
围岩稳定性分析
01
围岩稳定性是隧道施工安全性的重要保障,需要对围岩进行详
细的地质勘察和稳定性分析。
支护结构稳定性分析
02
支护结构是维持隧道稳定的重要措施,需要进行详细的结构设
计和稳定性分析。
施工过程稳定性分析
03
隧道施工过程中的稳定性分析是一个动态变化的过程,需要进
行实时监测和分析,以确保施工安全。
02 新奥法的基本原理
岩石力学的基本概念
岩石的物理性质
包括密度、孔隙率、含水量等,这些性质直接影响岩石的强度和稳 定性。
岩石的力学性质
包括抗压、抗拉、抗剪等强度指标,以及弹性模量、泊松比等弹性 指标,这些性质决定了岩石在受力时的行为和响应。
岩石的变形特性
岩石在受力过程中会发生变形,其变形特性包括弹性变形、塑性变形 和脆性变形等,这些变形特性对隧道施工的稳定性有很大影响。
锚喷支护技术的应用范围
01
隧道工程
在隧道施工中,锚喷支护技术常用于洞口段、浅埋段、断层破碎带等围
岩稳定性较差的地段,提供有效的支撑和加固作用。
02
地铁工程
在地铁施工过程中,由于地铁线路通常穿越城市繁华区域,周边建筑物
众多,采用锚喷支护技术可以减少对周边环境的影响,保障施工安全。
5.4 新奥法及喷锚支护

QQ'Q''
Q为锚杆所需的最小锚固力,由拉拔试验确定。
全长锚固式锚杆 锚杆的受力状态如图所示。
锚杆设计必须满足下式:
dL 1
d2
4
t
Q
式中:d——锚杆的直径;
σt——锚杆材料抗拉强度; Q——锚杆变形或移动所产生的最大拉力即 最小锚固力,由拉拔试验确定;
中的a以a1代替即可。
qvv(zH )a1t gc(1ea t1 gH )p ea t1 gH
若H→
∞,c=0,
p=0时,坑道顶压:
qv
v
a1 tg
C、 单位长度坑道上的顶压 为: pv 2aqv
D、支架受到的总的侧压力 Qh:
可按滑动土体上有均 H' 布荷载q作用的挡土墙上主 动土压力公式计算,即
3、在完全不接触的情况下,或支护不及时时, 围岩已发生松脱,则只承受松脱压力。
(二)喷锚支护
喷锚支护【shotcrete-bolt support】指的是借高压
喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用(根据 地质情况也可分别单独采用)加固岩层,分为临时性支护结 构和永久性支护结构。
喷混凝土是利用喷浆设备向地下洞室开挖面喷一定厚
实际上,自然平衡拱有各种形状,在岩层 倾斜的情况下,还会产生歪斜的平衡拱,如图 所示。
可见:松脱压力是有一定限度的, 不是无限增大;采用传统支护方法时, 要尽量使支护与围岩紧密接触,使支护 更好地发挥作用,有效控制围岩破坏。
普氏平衡拱理论适用于深埋洞室。
23
(二)太沙基理论计算围岩压力
对于软弱破碎岩体或土体,在巷道浅埋的情况下, 可以采用太沙基理论计算围岩压力。 1、太沙基理论的基本假设 (1)仍视岩体为具有一定粘结力的松散体,其强度服 从莫尔-库伦强度理论,即
新奥法在施工的应用

“新奥法”在粘土岩隧洞施工中的应用•“新奥地利隧道施工法”(NATM)法(以下简称:新奥法),由奥地利学派创始之一米勒教授提出的。
包括两方面的内容:1、支护-围岩共同作用原理。
围岩既是生产支护荷载的主体,又是承受岩层荷载的结构,支护-围岩作为整体相互作用,共同承担围岩压力。
摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚衬砌的传统做法。
围岩压力是变形压力和松动压力的组合,大部分压力(特别是变形压力)由围岩自身承担,只有少部分转移到支护结构上;支护荷载既取决于围岩的性质,又取决于支护结构的刚度和支护时间;围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。
2、柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。
支护刚度不必太大,当支护做完后,能与岩体一起生产一定的位移,释放部分变形能,但又能使支护足以保持平衡,保持围岩稳定。
柔性支护,尽早支护,既及时封闭围岩,防止风化,又能释放变形能,合理利用围岩与支护共同承担应力调整过程中的所有作用。
支护结构为闭合环,锚喷网综合支护主要支护手段。
优点:较好利用岩体力学特性,充分发挥围岩的自身的承载能力,合理设计支护结构和施工顺序。
1.概述玉溪河引水主干渠“肖家湾隧洞”工程位于玉溪河引水主干渠10+329.5~10+818.6,穿过天台山烂槽子古滑坡体,隧洞全长495米,其中洞挖474.7米。
隧洞为城门洞形,宽5.4m,高5.6m。
隧洞开挖采用进出口双头进尺,两个作业面同时掘进施工。
该隧洞岩层除进口有38.3米为砾岩裂缝十分发育,切割岩层为块体,十分破碎,属五类围;其余436.4米为粉砂质泥岩夹薄层砂岩,在有些地段还夹杂着灰绿色泥岩,属三、四类围岩。
为了抢工期,尽快完成隧洞工程,采用先全面贯通,后进行隧洞衬砌的方案施工。
由于隧洞开挖后曝露时间长,最长段为123天(开挖贯通后曝露时间为53天),加上地下水较丰富,共有27处之多(以散浸为主无法引排),单处最大可测渗流量约0.2Kg/s。
矿山法、新奥法、浅埋暗挖法原理简述

(三)喷锚暗挖法
【补充】矿山法:
钻爆发开挖(大爆破)→强支撑(钢木构件支撑,因为不考虑围岩自承能力)
钢木支撑将来被替换,工效低;用钢量大,混凝土层厚,造价比新奥法高;
对监测要求没有新奥法高。
每次开挖的进尺不能太大。
1、新奥法
利用围岩自承能力→支护与围岩一起撑(即“围岩成为支护体系的组成部分”),初期支护体系有一定的柔性(喷速凝混凝土→打锚杆,其作为永久性的初期支护)重监测。
新奥法为喷锚暗挖法的一种。
2、浅埋暗挖法
超前预支护→新奥法(浅埋暗挖法也为喷锚暗挖法的一种)
↓
(因为围岩弱,基本不考虑其自承能力,但要足以进行超前预支护作业)
所有用到喷速凝混凝土→打锚杆的工法均为喷锚暗挖法。
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煤矿软岩巷道的锚喷支护同新奥法的关系摘要论文总结了人们对地下空间结构及其支护性质认识的发展进程;通过对新奥法的起源、发展及其实质的系统分析,结合煤矿软岩巷道的变形破坏特征,论述了新奥法同巷道锚喷支护间的关系,阐明了用新奥法的基本原理解释软岩巷道的锚喷支护机制所存在的一些问题。
关键词软岩巷道新奥法锚喷支护RELATION BETWEEN BOLTING-SHOTCRETE SUPPORTAND NATM METMOD FOR SOFT ROCK DRIFTS IN COAL MINESLiu Changwu(China University of Mining and Technology)Abstract: In this paper,the course of knowing the underground space structure and its support characters is summarized;relation between bolting-shotcrete support and NATM(New Autrian Tunneling Method)is discussed through systematic analysis of origin,development and essence ofthe NATM method in combination with deformation failure characters of coal mine s soft rockdrifts;some problems in explaining the mechanism of bolting-shortcrete support by NATM basic principle are described.Keywords: Soft rock drift,NA TM method,Bolting-shortcrete support人类利用地下空间和地下有用矿物的历史可以追溯到遥远的古埃及和古罗马时代。
这些早期的地下工程主要用于宗教和引水等方面。
为了利用地下空间或开采地下的有用矿物,人们不仅掌握了隧道(巷道)等地下空间的开掘技术,而且还初步掌握了一些简单的隧洞砌衬方法。
古埃及修建了许多地下墓穴和教堂,以及开凿于软性石灰岩中的地下水道;而古罗马在隧道兴建方面更有令人称道的成就,他们不仅掌握岩石隧道的开挖方法,而且还掌握了将陶土磨成细粉,掺以石灰制成泥浆来对隧道进行砌衬的手段。
我国也是地下空间和地下有用矿物开采利用最早的国家之一。
1981年湖北大冶铜绿山发掘出土的东周时期的采矿遗址中,就发掘出架设于古巷道中的木质框形支架。
并且我国古人就开挖及开采过程中,这些支护的防塌作用都留有较详细的记载。
1以自然平衡拱学说为代表的早期地压理论对巷道维护的影响虽然中外古人对地下空间及其支护的性质有了一定程度的认识,但总的说来,人们的认识还较肤浅,认识的发展进程还相当缓慢。
在很长的一段时期内,人们都是按地面构筑物的观点来理解地下空间结构的,并按设计地面构筑物的方法和原理来进行地下支护结构的设计。
随着矿井开采深度的日益加深及各种巷道(隧洞)开挖条件的复杂多样化,按这种思想设计的地下空间支护结构同实际需要的出入越来越大。
这就促使人们不得不按新的思路来考虑地下空间结构及其支护性质的问题。
到本世纪初叶,以前苏联普氏(М.М.Протодьяконов)所提出的以散体地压理论为主体的自然平衡拱学说的出现为代表,标志着人类对地下空间结构的认识出现了第一次质的飞跃,如图1所示。
该学说的核心是巷道开掘后组成围岩的各单元体在自重的作用下向巷道空间方向移动,在下移过程中,原来占据曲线A 的各个单元体将下移到曲线B上,由于曲线B的长度小于曲线A的长度,因此各单元体被迫相互挤压而出现一个拱,拱以上的岩石重量通过此压紧的拱圈传递到两帮的岩体上,而无需支架承担,支架仅承担拱以下的由于单元体挤压程度不够而松脱的岩石。
虽然这一学说还比较简单,同时也不尽完善,但它却使人们从按地面构筑物的思想来考虑地下空间支护结构的传统中解放出来,以一种全新的角度来重新审视和考虑地下空间结构及其支护性质的问题。
此后,太沙基(K.Terzaghi)、金尼(Α.Η.Динник)、芬纳尔(Fenner)、卡斯特奈(Kastner)等众多学者,先后发展了平衡拱学说[FS:PAGE],并将弹性力学理论、塑性力学理论等引入与地下空间结构有关的分析计算之中,使地下空间的开挖及控制逐渐形成一门独立的学科。
图1自然平衡拱图这其间的地压(矿压)理论,都有一个共同的特点,即认为围岩是作用于支架上的外载荷,支架被动地承受围岩施加给它的压力。
与此同时,美国也在本世纪初创造了矿山巷道的锚杆支护方法,这种支护方法经过十几年的发展,在1940年前后先后在美国、欧洲,随即在世界各地普遍流行开来。
并且被广泛地应用到隧道、边坡治理、地基加固等其它岩土工程领域中。
锚杆支护方法的出现及其广泛应用,为人类认识地下空间结构及其支护性质的第二次飞跃——新奥法的出现奠定了基础。
2新奥法的实质及其对巷道维护的影响新奥法(NATM)是新奥地利隧道施工方法(New Austrian Tunnelling Method)的简称。
1980年奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为:“在岩体或土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支承环结构为目的的设计施工方法”。
这个定义扼要地揭示了新奥法最核心的问题——调动围岩的承载能力,变围岩本身为支护结构的重要组成部分,使围岩与构筑的支护结构共同形成为坚固的支承环。
新奥法是以拉布希维兹(L.V.Rabcewicz)、米勒(L.Muller)等人为代表的奥地利学者在总结前人经验的基础上,结合自己在隧道施工中的多年经验,于1962年在萨尔茨堡第二十届地质力学学术讨论会上提出,并于1964年《水力发电》杂志上公开发表的一套隧道施工步骤或理念(注*:不仅仅是一种具体的施工方法)。
米勒教授比较全面地论述了新奥法的基本指导思想,总结了22条新奥法的主要原则。
并在1978年的《隧道与隧道工程》杂志上发表的论文中,列举出了其中5个最重要的原则。
这些主要原则可以概括为:保持和调动岩土体的自身强度,使隧道周围形成一个能自承的土壤或岩石环,如图2所示;利用仪器监测孔洞的变形和支护或加强构件上荷载的增长情况;业主、包商、设计工程师和监察工程师都能深入理解和承认这个观点,而且在作出决定和解决矛盾中能保持合作的态度;以及新奥法所具有的多面性与灵活性等特点。
图2岩体是隧洞的主要承载部分(新奥法的主要原则之一)新奥法的价值不仅仅在于它改变了支架只能被动受载(围岩是施加荷载的主体)的观点,而且还在于它提倡用一种考虑周密的步骤来处理隧道施工中的问题,和强调力学原理与深入了解地层的工程动态。
许多包含在新奥法内的特征其实在新奥法系统地提出以前人们就已有所认识,但必须承认是新奥法的创始者和推广者把所有这些特征融成一体,对隧道施工的科学技术和工艺作出了突出的贡献。
新奥法自奥地利起源之后,先是在欧洲诸国,特别是在意大利、挪威、瑞典、德国、法国、英国、芬兰等大量修建山地与城市隧道的国家得以应用与发展,然后世界各国,特别是亚洲的日本、中国、印度;北美的美国、加拿大;南美的巴西、智利;非洲的南非、莱索托以及澳洲的澳大利亚、新西兰等国家都成功地把它应用于一些不同地质情况下的隧道施工之中。
并且从最初的隧道施工扩展到采矿、冶金、水力电力等其它岩土工程领域。
虽然新奥法的应用已如此广泛,但不同的应用者对它的解释还存在着许多矛盾和不同。
一些新奥法的支持者们错误地把它当作是一切隧道和巷道施工智慧的源泉,盲目地把新奥法应用于各种适宜或不适宜的地质条件下,以至造成许多按着所谓的新奥法施工出来的巷道(隧道)常常出现这样或那样的问题。
这种情况在我国也同样存在,尤其在煤矿,由于人们对新奥法所阐述的“软岩”等概念同煤矿实际所遇到的软岩之间还存有一定差异的理解不够、对利用仪器进行巷道变形及荷载测量的重要性认[FS:PAGE]识不够等,不仅时常出现错误地套用新奥法理论来解释煤矿采动影响巷道、极软弱膨胀松散围岩巷道的支护机理,而且也出现过因应用新奥法不当,而造成锚喷或锚喷网支护的巷道大面积垮落、坍塌等事故,造成人力、物力的巨大浪费与损失。
3煤矿软岩巷道实施锚喷支护不等于采用了新奥法由于煤矿巷道所穿越的地层大部分为沉积岩地层,尤其当这些地层为中生代和新生代的含有膨胀性矿物的粘土类岩石(泥岩、页岩等)或胶结程度较差的其它岩石时,相对于冶金等其它岩土工程领域的岩石而言,煤矿巷道围岩的软弱松散、碎胀流变等特点就显得更为突出,从而造成煤矿软岩巷道围岩的变形量往往很大,用所谓的“新奥法”——锚喷支护手段所维护的煤矿软岩巷道经常遭受严重的破坏。
究其原因在于人们对煤矿软岩巷道变形破坏机理认识得还不够深入,简单地把煤矿软岩巷道的普通锚喷支护认为是“新奥法”,这些认识上的误区及其所产生的不良影响主要表现在以下几个方面:(1)对煤矿软岩与其它领域软岩的区别重视不够。
软岩是岩土工程领域的所有分支都会遇到的问题之一,但由于各种隧洞、巷道的用途不同,对控制巷道围岩变形的要求也有所不同。
由于一般的煤矿井工巷道都具有一种临时构筑物的特点,巷道的服务时间相对较短(采区巷道几年,大巷几年到几十年),因此对控制变形量的要求没有像隧道等那样严格。
从某种意义上讲隧道等领域里所讲的软岩(总变形量可以控制在几十厘米甚至几十毫米范围内),如果在煤矿上应当属于比较好的围岩。
煤矿软岩巷道的总变形量往往超过几十至几百厘米,有些巷道的累计总变形量甚至比巷道的原始设计尺寸还要大。
因此同样讨论的是软岩问题,但煤矿软岩巷道在各个方面所表现出的特点是最为突出的。
(2)用传统的锚杆支护机理、如压力拱理论等来解释变形量与极限平衡范围都较大的软岩巷道的锚杆加固作用机制是有待商榷的。
众所周知:锚杆支护的压力拱理论,是在兰(ng)等人的光弹性实验的基础上得出的,如图3所示。
如果用点负荷方式的锚杆把弹性体固紧时,则作为顶点的锚紧部和固紧部的两个固定点在弹性体内部就会产生算盘珠式的压缩带。
假如把锚杆以适当的间隔,规则、正确地排列,就会形成连续的压缩带。
如果把锚杆沿巷道断面排列成拱形,则会形成拱形的压缩带,起着拱形压缩带效应或拱效应的作用,从而产生支护效果。
很显然,在围岩碎胀松软、巷道变形量较大的情况下,上述成拱机理所必须的一些条件是无法满足的。
一方面巷道周边的岩体在很大范围内已处于破碎或极限平衡状态,另一方面,如果整个锚杆杆体都处在巷道周边的破碎或极限平衡区范围内的岩体时,锚杆的内着力点也很难形成,从而也就无法形成所谓的拱。