软岩条件下新奥法施工工艺研究

摘要： 软岩巷道支护技术是巷道支护过程中遇到的难题之一，巷道开挖引起应力重新分布、巷道变形，特别是在 “三软”（顶板软、底板软、煤层软）条件下巷道变形尤为严重，仅靠锚网支护很难达到预期效果。通过对软岩条件下新奥法施工工艺研究，实践证明在清水营煤矿+965m水平车场使用新奥法施工技术，有效地降低了巷道维修成本，增加了巷道施工的安全性。

Abstract： Soft rock roadway technology is one of the problems encountered in the process of roadway support， roadway excavation caused the stress redistribution and roadway deformation， roadway deformation is particularly severe especially in "three soft" （roof soft， soft floor and soft coal seam）， and it is difficult to achieve the desired results only by the anchor net support. Through the research of construction technology of New Austrian Tunneling Method under the conditions of the soft rock， Practice has proved that it effectively reduce roadway maintenance costs， and increase the safety of the tunnel construction by using NATM in Qingshuiying mine+965 m level yard.

关键词： 新奥法；软岩巷道；巷道变形；安全施工

Key words： NATM；soft rock roadways；roadway deformation；safety construction

中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0108-03

1 工程地质概况

清水营煤矿+965m水平中部车场掘进层位由二煤底板穿二煤至二煤顶板，大部在二煤顶板中。掘进断面

30.66m2，净断面23.97m2，巷道总长244m，二煤顶板岩石为灰白色，黄褐色，以石英、长石为主，云母次之，泥质胶结，易碎，中部夹泥岩薄层，分选性较差，胶结松散、孔隙发育，属于IV类围岩，稳定性较差岩层，为主要含水层，在掘进过程中顶板出现滴水、淋水、涌水现象。正常涌水量为30～40m3/h，最大涌水量为60m3/h。底板灰白至黄褐色，夹薄层煤线，递变层理，底板为细粒砂岩薄层，岩层综合柱状图如图1。瓦斯含量低，煤尘具有爆炸性，二煤属于易自然煤层。

2 新奥法施工技术特点

锚网喷支护是新奥法施工的主要手段，通过这种方法可以最大限度的紧跟巷道迎头施工，防止围岩出现松动。在巷道开挖后，立即进行锚网喷支护（喷层厚度为30～50mm），可以有效地防止围岩变形，从而加强了围岩的稳定性，确保了支护的及时性和有效性。

巷道开挖后，及时进行锚网喷支护，混凝土高速射入裂隙中，封闭围岩，避免水化和风化作用损坏围岩，有效防止岩体的潮解和膨胀，并防止岩体强度的降低。

锚网喷支护同围岩全面粘结，填平凸凹处，防止局部岩石剥落，清除岩面不平引起的应力集中现象，避免因应力集中造成围岩破坏，并改善围岩周边应力状态，形成互相胶合承载能力的整体结构，提高围岩强度。

混凝土和围岩粘结在一起，由于喷层薄，有一定的柔性，和围岩共同产生变形，共同作用发挥支护作用，防止破碎区、塑性区范围扩大导致巷道严重变形。充分发挥围岩的自承能力[1]。

3 施工方案选择

根据二煤顶板岩性软弱，胶结松散、孔隙发育、遇水易软化、抗风化能力差，底板虽孔隙率不大，但吸水率较高，软化系数低，岩石强度低，不坚固的特点。+1065m水平车场采用锚网喷+钢支架支护，由于喷浆未及时紧跟迎头封闭围岩，二次支护严重滞后，未施工反底拱，造成围岩水化风化，潮解膨胀，强度降低，破碎区、塑性区范围扩大导致巷道严重变形，局部冒顶，后期进行了多次维修，维修不但增加了巷道成本、影响工作面准备工期，而且使施工安全性得不到保障。因此，在+965m水平车场应用新奥法施工技术，即全断面光面爆破，一次锚网喷支护，通过矿压观测，确定二次钢支架+反底拱永久支护刚度、强度及最佳支护时期，形成完整的应力承载拱圈。

4 施工工艺

由于受地质条件的限制，围岩类别的不同，其自稳时间是不同的，巷道开挖引起应力重新分布、导致局部巷道变形失稳，经一次支护后能够形成有效的应力承载圈，二次支护承担围岩变形后的残余应力[1-3]，在软岩巷道中使用新奥法施工，必须保证每个环节、每道工序严格按照程序化进行，采用软岩支护应根据围岩变形特征，采用“减震掘巷、一次支护、矿压监测、永久支护”的施工工艺，+965m水平车场平面布置图如图2。

4.1 减震掘巷 根据+965m水平中部车场围岩类别和工程地质条件，采用全断面光面爆破法施工，巷道开挖要尽量减少对围岩的震动，从根本上改善了支护结构的静力学工作条件，提高围岩的强度和稳定性，以保护围岩原始结构状态的强度，确保巷道的稳定和安全。

4.2 一次支护 软岩巷道开挖后及时锚网支护，全断面采用Ф20×2500mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距600mm，菱形布置，钢筋网采用Ф6.5mm的Q235圆钢焊制，网格规格为100×100mm，网边对接，全断面挂网。铁托板采用Q235钢板，尺寸150×150×10mm。钢带采用Ф16mm圆钢焊制，网目规格为500×50mm，沿拱基线以上与锚杆同排布置。

待锚网支护完成后紧跟迎头及时初喷厚度为50mm混凝土，强度等级不低于C20，须添加BR-2型防水剂，加入量为水泥重量的8%～10%。喷射混凝土及时封闭围岩，有效降低风化和水化作用，防止潮解产生膨胀压力导致巷道变形，在短时间内构成具有强抗力的柔性支护。

4.3 矿压监测 新奥法施工技术要及时掌握围岩变形情况，根据巷道变形量及时优化用永久支护参数，以适应围岩地质条件，到达安全施工的目的。一次支护后要立即进行矿压观测，每20m布置一组十字观测点。

通过矿压观测，一次支护完成后2-20天内变形量最大，拱顶沉降量为8-18mm，两帮变形量为5-10mm，底臌量最大达到20mm，25天以后巷道处于相对稳定状态。由于围岩应力改变引起应力重新分布，巷道产生二次变形，30-60天后巷道处于稳定状态。

4.4 永久支护 新奥法施工技术要充分发挥围岩和支护的共同作用，当岩体内应力达到峰值前，支护已经到位，岩体的进一步变形受到阻挡，构成围岩与支护共同体，形成互相间的共同作用，如果支护有足够的刚度和强度，则共同体是稳定的，否则，共同体将失稳。

当岩体内应力达到峰值时，未及时支护，甚至当岩体破碎并充分发展时，支护未仍起作用，从而导致巷道破碎区、塑性区范围扩大，致使围岩整体失稳、巷道严重变形，如此时支护，不仅承受松散围岩压力，而且承受其外部围岩传来的压力。

岩体应力达到峰值以后，岩体变形的发展在未完全破碎前，支护开始作用，此时可以充分发挥围岩和支护的共同作用[4]。因此，+965m水平中部车场在一次支护完成后

20-30天开始采用钢支架+反底拱形成永久支护，+965m水平车场断面图如图3。钢支架由29号U型钢制成，架间距为0.9m，卡缆采用12mm厚的钢板制作，采用M22型号高强度螺栓，滑动阻力不小于230KN[5]，在每个棚腿上打设两组锁腿锚杆，钢支架架好后及时喷射混凝土，厚度为174mm，强度等级要求不低于C20。并同时施工反底拱，反底拱矢高700mm，施工反底拱时要求先将混凝土铺底200mm，然后在铺底混凝土上面铺？准20mm螺纹钢，间排距为250×250mm，反底拱混凝土强度不低于C25，最后施工地坪及轨道的铺设，最终形成围岩和支护的共同作用体，支护及成巷见图4-6。

5 结论

围岩类别不同，巷道收敛变形情况不尽相同，新奥法施工技术要加强矿压观测，及时掌握巷道变形情况，根据矿压观测及相似岩性工程类比，在巷道开挖后及时进行锚网喷支护，改善围岩应力状态，提高围岩强度，合理确定永久支护时间和支护强度，充分发挥围岩和支护的共同作用是关键所在。清水营煤矿+965m水平车场采用“减震掘巷、一次支护、矿压监测、永久支护”的施工工艺。有效地降低了巷道维修成本，增加了巷道施工的安全性，提高经济效益。

参考文献：

[1]张利民.新奥法施工在工程中的应用.甘肃农业，2011（054）.

[2]刘高，聂德新，韩文峰.高应力软岩巷道围岩变形破坏研究[J].岩石力学与工程学报，2000，19（6）：726-730.

[3]何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程地质力学研究进展[J]. 工程地质学报，2000，8（1）：56-62.

[4]蔡美峰，何满潮，刘东燕.岩石力学与工程.科学出版社，ISBN7-03-010470-6.

[5]张荣立，何国伟，李铎主编.采矿工程设计手册.煤炭工业出版社，ISBN 7-5020-1956-1/TD802-62.