软岩巷道支护

（3）当u=umax时，发生塌方，产生松弛荷载，不安全。
谢谢老师及各位同学
• 采矿1103班16404宿舍
3．由力学平衡方程可知，弹簧在P0作用时处于平衡状态； 弹簧在发生变形u后，在P的作用下又处于平衡状态，假设 弹簧的弹性系数为K，则有：
P0=P+Ku
讨论：（1）当u=0时，P0=P 即不允许围岩变形，采用刚性 支护，不经济；
（2）当u↑时，P↓；当u↓时，P↑。即围岩发生变形，可 释放一定的荷载（卸荷作用），所以要允许围岩产生一定 的变形，以充分发挥围岩的自承能力。是一种经济的支护 措施，围岩的自稳能力P=P0-P=Ku；
2）膨胀性，软岩在水作用下产生体积膨胀现象。 3）崩解性，软岩在物理、化学、力学、因素都作用下发生鳞片 状解体 4）流变性，有韧性的软岩受力发生流变，其过程与时间密切相 关的特性 5）易扰动性，由于软岩的内部结构特点，软岩对抗外界环境扰 动的能力极差，对施工震动、吸水膨胀、软化泥化、暴露风化等影响 极为敏感。
因此，要想有效地支护多种变形力学复合的软岩巷道，单一的支护方 法是难于奏效的，必须采取综合、联合支护方法，抓住关键变形力学机理， 连带附加变形力学机理，合理运用综合型支护，从而达到软岩巷道变形控 制的目的。
4 软岩巷道各种支护方法
软岩巷道各种支护方法
金属支架
1）棚式支护 由于松软岩层中巷道围岩变形较大，通常采用预留断 面可缩性金属支架支护，我国目前采用的架型有:梯形、拱 形和环形。架型的选择应根据转岩的变形和压力的大小等 指标来确定。
1 软岩分类及特征
软岩仅是地质岩体中一部分，但却是地质介质中极为复杂的部分。 按照软岩自然特征、物理化学特性。以及在上程力的作用下产生显著 变形的机理作为分类的主要依据，软岩分为五类:即低强度软岩、膨 胀性软岩、高应力软岩、节理化软岩和复合型软岩。软岩有别于硬岩 而独具的特性有以下几点：
1）可塑性，由于软岩胶结程度差，结构疏松，孔隙率高，强度 低，粘土矿物亲水性强，在工程力和水的作用下矿物质分子结构发生 变化，吸附水分子形成水化膜，从而使岩石具有极大的吸塑性，岩石 强度急剧降低，在无控制条件下失去自身支承能力。
砌碹支护
3）砌碹支护 在20世纪60年代以来，砌碹支护曾作为软
岩巷道的一种主要支护形式。该支护具有承载 能力大、稳定性强等特点，并且在料石间夹有
料石 砖 混泥土 钢筋混泥土
可缩垫层时，还具有一定的可缩变形能力。但
Байду номын сангаас
是，由于碹体属刚性支架，一般不适应围岩变 联合支护
形很大的软岩巷道支护
锚喷+注浆加固
锚喷+U型钢可缩性支架
软岩巷道支护简介
目录
1 软岩分类及特征 2 国内外软岩巷道支护的发展与现状 3 软岩巷道支护特点及围岩控制原理 4 软岩巷道支护方式及各种支护方法 5 对新奥法的认识
引言
软岩巷道工程是软岩工程的一个主要组成部 分。我国许多煤矿巷道布置在松软围岩中，而 松软围岩具有强度低、膨胀性和流变形严重等 特点，影响着矿井的安全生产和经济效益，随 着煤炭工业的发展，开采深度的日益增大，目 前在全国有许多矿井存在严峻的软岩巷道支护 技术问题。由于软岩巷道工程所处的复杂工程 地质条件，其支护问题一直是困扰我国煤炭生 产的一个主要问题，同时这也是采矿界和煤炭 生产企业关注和研究的主要对象。选择合理的 支护方式不仅对煤炭生产的安全至关重要，而 且对提高煤炭企业的经济效益也有着很大的影 响。
20世纪70年代，萨拉 蒙（M.D.Salamon） 等又提出了《能量支 护理论》
日本的山地宏和樱 井春提出了围岩的 《应变控制理论》
3 软岩巷道支护特点及围岩控制原理
软岩巷道 支护特点
围岩软，强度低 软岩易风化、遇水易膨胀
软岩巷道的地压大、来压快、变形大、 变形持续时间长。 软岩巷道围岩自承载能力低
2）锚喷支护 适用于软岩巷道锚喷支护类型主要有锚杆喷射混凝土 和锚杆钢筋网喷射混凝土。根据现场实际情况，设计参数 包括巷道断面、锚杆类型和布置方式、喷层厚度、钢筋网 规格等
棚式支护 梯形金属支架 拱形可缩金属支架 木支架 钢筋混泥土支架
锚喷支护 金属锚杆、锚索 木锚杆 竹锚杆 金属网
混凝土
4 软岩巷道几种支护方法
软岩巷道的地压特征是四周来压，不仅有顶压、侧 压，还有底压，因而软岩巷道都出现一定量的底鼓。
深度大，应力水平高
3 软岩巷道支护特点及围岩控制原理
软岩巷道围岩控制原理
软岩巷道支护控制原理体现在以下三方面:一是通过注浆或锚杆提高 围岩自身的强度，二是利用锚索充分调动深部围岩的强度，三是提高支护 强度，阻止围岩蠕变。
20世纪初发展的巷道支护 理论——古典压力理论， 代表有：海姆（A.Haim）、 朗金（W.J.M.Rankine） 和金尼克（A.H. Иник）理论
➢国外软岩 巷道支护理 论发展
散体压力理论，代表： 太沙基（K.Terzaghi） 和普氏（M.M. Протодъякο нов）理论
奥地利学者 Rabeewciz在20 世纪60年代提出 了《新奥法理论》
4）联合支护 联合支护系指采用多种不同性能的单一支
护的组合结构，根据我国近十年软岩工程支护 的经验，锚喷支护作为一次支护方法，是联合 支护的基础，组成了各种联合支护形式：锚
锚喷+弧板支架 U型钢可缩性支架+注浆 加固
锚喷+注浆型钢可缩性支 架等
喷—锚喷联合支护，锚喷—U型钢架联合支护，
锚喷—砌碹联合支护和锚喷—弧板联合支护等。
顶底板和两帮构成巷道承载结构，顶板、底板和两帮组成一个不可分 割的系统。支承压力通过两帮传递给底板，两帮岩体在巷道内移动的同时 挤压破碎底板岩层，引起破碎岩体之间的滑移、剪胀，从而旨起强烈底鼓， 同时加剧两帮的破坏。顶板软弱下沉，两帮向巷道内移动;两帮软弱，难 以承受顶板传递的支承压力，导致顶板下沉，两帮向巷道内移动顶板与底 板的相互作用通过两帮传递，当顶板为软弱岩层，两帮产生向巷道内位移， 底板岩层在水平应力的作用下向巷道内移动，加剧底鼓;当底板岩层为软 弱岩层时，受支承压力作用而下沉，导致顶板下沉甚至离层，影响顶板的 稳定性，从而进一步加剧底鼓。
6．二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本 稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个 整体，因而提高了支护体系的安全度。
上述新奥法的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、 早喷锚，勤量测、紧封闭”。
5 对新奥法的认识
用一个弹簧来理解新奥法原理
1．洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力（自重应力和构造应 力）处于一个平衡状态。如同一根弹性刚度为K的弹簧，在P0作 用下处于压缩平衡状态。
4 软岩巷道几种支护方法
锚网、锚索和预拉力桁 架“三位一体”支护
顶板预拉力锚索网梁组合支护
4 软岩巷道几种支护方法
大倾角复合顶板支护技术
4 软岩巷道几种支护方法
5 对新奥法的认识
新奥法的基本要点可归纳如下： 1．岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中 必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度 破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多， 开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。 2．为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体 的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环； 另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失 或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、 及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷 支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度 和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的 变形。
2 国内外软岩巷道支护的发展与现状
由董方庭教授 等人提出的 《围岩松动圈 理论》
以郑雨天教授、孙 钧教授和朱效嘉教 授为代表的学者在 联合支护的基础上 提出了《锚喷—弧 板支护理论》
陈宗基院士在20世 纪60年代从大量工 程实践中总结出 《岩性转化理论》
方祖烈教授提 出了《主次承 载区支护理论》
➢国内软岩 巷道支护理 论发展
3．为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快 闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面 形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。
4．通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测， 合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工 管理。
5．为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀， 围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载， 可采用复合式衬砌。
于学馥等人提出 了《轴变论理论》 和《开挖系统控 制理论》。
何满潮教授提出了 《关键部位耦合组 合支护理论》
何满潮教授提 出了《软岩工 程力学支护理 论》
冯豫、郑雨天、陆 家梁、朱效嘉等人 在总结新奥法支护 的基础上，提出了 《联合支护技术》
2 国内外软岩巷道支护的发展与现状
数值计算方法，如 有限元、有限差分、 边界元，离散元， 代表软件：ANSYS、 ADINA、UDEC、FLAC
技
术
发
90年代以来，采用锚喷支护与注浆锚杆注浆加固围岩相结合，以及
展
注浆加固与可缩性支架相结合，加强底角支护等，取得了较好的技
术经济效果，且在矿压理论和支扩理论方面都取得了较大进步。
2 国内外软岩巷道支护的发展与现状
国外软岩巷道支护技术发展
德国、英国、法国、波兰等西欧国家直至80年代巷道支护仍以金属支架 为主，在浅部巷道支护中金属支架用量约占支护总量的70%左右，并取得 良好的支护效果。20世纪90年代初，美国、澳大利亚等国大力发展高预应 力高强锚杆支护技术；美国、澳大利亚在近十年的煤矿深部井采中，一直 以锚喷支护为主体进行联合支护，深部不稳定围岩一般采用锚喷网、组合 锚杆(喷网)、高强超长锚杆(喷网)等支护形式，对于深部极不稳定围岩主要 采用组合锚杆析架与锚索支护、锚喷网与锚索联合支护等形式。目前，西 欧大多数国家各类型的锚杆支护、锚索支护及联合支护约占软岩巷道支护 总量的90%；俄罗斯顿巴斯地区深部巷道以支撑能力大的ACrl、ACrZ以及 AK新型锚杆，其支撑能力为190一330kN，同时可用高强度托板钢带，形 成锚网带联合支护137一l，取得了良好的支护效果和经济效益；德国主要 矿井开采进入深部岩层，深部软岩巷道支护主要采用锚杆、锚索、注浆和 封闭型的钢构混凝土衬砌组成的多重高强联合支护，支护效果显著，但导 致其开采支护成本昂贵。
2．洞室开挖后，A点在临空面失去约束，原始应力状态要调整， 如果围岩的强度足够大，那么经过应力调整，洞室可处于稳定 状态（不需支护）。然而大多数的地质情况是较差的，即洞室 经过应力调整后，如不支护，就会产生收敛变形，甚至失稳 （塌方），所以必须提供支护力P，才能防止塌方失稳。等同于 弹簧产生了变形u后，在P作用又处于平衡状态。
2 国内外软岩巷道支护的发展与现状
在50、60年代，我国煤矿平均开采深度基本在300m
国
以下，一般采用砌暄加固就可使巷道保持稳定
内
软
70年代吸收了国外新奥法施工经验，锚喷支护在软岩巷道中得到了很好
岩
的应用，并出现了锚喷网与料石谴联合支护及条带谴支护等方式。
巷
道
支 护
80年代大力发展了全封闭可缩性支架及锚喷网联合支护方式，并采用 锚喷支护方式与大型钢筋混凝土弧板联合支护，此外还出现了各种适 合软岩支护的新型锚杆、柔性喷层等。