白芨沟矿锚杆支护及效益浅析培训课件

白芨沟矿锚杆支护及效益浅析培训课件CONTENTS目录01白芨沟矿概况与支护技术背景02锚杆支护技术基础理论03白芨沟矿锚杆支护推广应用历程04特殊地质条件支护案例分析CONTENTS目录05锚杆支护施工工艺与技术要点06白芨沟矿锚杆支护效益分析07锚杆支护技术创新与发展08总结与展望01白芨沟矿概况与支护技术背景白芨沟矿基本情况矿井产能与机械化水平白芨沟矿是一座年产150万吨的现代机械化矿井，随着机械化程度的提高，对巷道掘进支护材料的改革需求日益迫切。地理位置与开采范围白芨沟煤矿位于汾阳市城区东南8公里处，系汾河流域山西矿区之一，矿井开采面积约为1.5平方公里，采矿深度达800米。煤层地质特征矿井可采煤层厚度为1.3至3.3米不等，平均厚度4.39米，采煤方式为普通综采。煤层中有0～2层少量夹矸，直接顶和底板多为泥岩或砂质泥岩，老顶大部分为细粒砂岩，部分为粗砂岩。周边环境特点煤矿周围为城市及乡村居民点，矿山开采对周边环境的影响是社会关注的焦点，因此在支护技术选择上需兼顾安全与环境效益。矿井开采面临的支护挑战复杂地质条件的制约白芨沟矿在开采中面临断层破碎带（如南三采区1744中巷30m断层破碎带、南三轨上近40m断层破碎带）、采空区、动压区等特殊地质条件，常规砌碹或架棚支护施工安全性差、效率低。巷道断面与服务需求的提升随着矿井机械化程度提高，对大断面巷道（如2421（一）大切眼断面积20m²以上）的需求增加，传统支护方式难以满足断面扩大后的稳定性要求及不同服务年限巷道（开拓、准备、回采巷道）的差异化支护需求。传统支护方式的固有缺陷架棚支护、砌碹支护等传统方式存在费工、费时、费料问题，如砌碹支护施工复杂，架棚支护在爆破时易出现歪棚倒棚，影响工时利用率，且难以适应回采巷道受采动影响的动态矿压显现规律。安全与效率的双重压力矿井开采需兼顾安全生产与掘进效率，传统支护在特殊地质条件下易导致巷道失稳（如南四1700中巷50m破碎带），且月平均单进仅118m，难以满足高产高效矿井的建设需求。传统支护方式的局限性

01施工效率低下，工序复杂传统架棚支护、砌碹支护施工工艺复杂，如砌碹需支模、浇筑、养护等多道工序，费工费时。相比之下，锚杆支护施工简便，可大幅减少工序，提高工时有效利用率。

02材料消耗量大，成本高昂架棚支护需消耗大量钢材、木材等材料，砌碹支护则需大量水泥、砂石，材料成本高且运输量大。而锚杆支护材料用量少，能显著降低支护材料费用。

03安全性较差，施工风险高架棚支护在爆破时易出现歪棚、倒棚现象，增加施工安全风险；砌碹支护施工过程中，巷道围岩暴露时间长，易发生坍塌事故，对施工人员安全构成威胁。

04适应复杂地质条件能力弱在断层破碎带、采空区、动压区等特殊地质条件下，传统支护方式难以有效控制围岩变形，常出现巷道压垮、反复维修的情况，如白芨沟矿1756边界提料上山曾因传统支护年年压垮、年年修理。

05巷道断面利用率低，影响生产传统支护方式为保证支护强度，需占用较大巷道空间，导致有效断面减小。例如架棚支护巷道在净断面相同条件下，毛断面比锚杆支护巷道大，少掘断面可达25%，影响运输和通风效率。02锚杆支护技术基础理论锚杆支护的定义与作用原理01锚杆支护的定义锚杆支护是通过在地下工程（如矿山巷道、隧道等）的围岩中钻孔，植入杆体（如钢筋、钢索等），并利用锚固剂或机械装置将其与围岩牢固结合，形成整体受力结构，以维护围岩稳定的加固支护方式。02核心作用：改善围岩受力状态锚杆支护能改变围岩本身的力学状态，通过锚杆与围岩的共同作用，在巷道周围形成稳定岩石带，提高被锚固岩体的强度和承载能力，有效控制岩体变形与破坏。03主要力学作用机制包括悬吊作用（将软弱岩层悬吊于上部稳定岩层）、组合梁作用（将分层岩层锁紧成整体梁结构）、组合拱作用（形成连续压缩拱承载径向载荷）及加固作用（提高围岩整体稳定性）。锚杆支护的主要力学作用悬吊作用将巷道顶板较软弱岩层或易落岩体悬吊在深部稳定岩层上，增强软弱岩层稳定性，是锚杆支护的基本作用之一。组合梁作用在层状岩体中，锚杆将各分层锁紧成整体组合梁，减少弯曲应变和应力，降低挠度，提高顶板承载能力。组合拱作用通过预应力锚杆在围岩破裂区形成相互交错的压应力圆锥体，构成连续组合拱，承受上部岩石径向载荷，实现岩层补强。加固作用改善围岩受力状态，提高被锚固岩体强度，将锚杆与围岩形成统一力学系统，分散应力，避免应力集中，保护巷道稳定。常用锚杆类型及特点

全长粘结型锚杆锚杆与围岩沿全长粘结，适用于较稳定围岩。常见类型有普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆、水泥卷锚杆等，依靠粘结力实现锚固。

端锚型锚杆锚杆仅在端部锚固，适用于较破碎围岩。包括机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥卷锚固锚杆等，锚固力集中在锚杆端部，施工便捷。

摩擦型锚杆依靠摩擦力锚固，适用于较硬的围岩。如缝管锚杆、楔管锚杆、水胀锚杆等，通过杆体与孔壁之间的摩擦作用提供锚固力，安装快速。

预应力锚杆在安装后进行张拉，提高锚固强度和支护效果。能主动施加预应力于围岩，有效控制围岩变形，适用于高应力、大跨度等复杂地质条件下的巷道支护。03白芨沟矿锚杆支护推广应用历程应用初期：中小断面巷道阶段

应用时间范围白芨沟矿在20世纪70年代至80年代初处于锚杆支护应用初期阶段。

主要应用巷道类型此阶段锚杆支护仅在4～14m²的中小断面准备巷道和开拓巷道中采用。

应用特点应用范围较为局限，主要针对断面较小、地质条件相对简单的巷道进行支护尝试。发展阶段：大断面巷道应用应用历程：从中小到大型断面的突破

白芨沟矿20世纪70年代至80年代初，锚杆支护仅用于4～14m²的中小断面准备、开拓巷道；80年代中期起，成功将其应用于断面积20m²以上的大断面巷道。典型工程案例

北一四阶段运输下山绞车房、北四暗斜井绞车房、南二三阶段1676水仓、南二四阶段1660中巷各横川下口机头泵站硐室、2421（一）大切眼等大断面工程均采用锚杆支护完成施工。大断面支护技术优势

相较于传统架棚或砌碹支护，锚杆支护在大断面巷道中体现出施工便捷、安全性高、节省材料等优势，有效解决了大断面巷道支护难题，为矿井机械化生产提供了空间保障。突破阶段：特殊地质条件下的应用

从稳定岩层到特殊地质的跨越20世纪80年代中期以前，锚杆支护主要应用于岩性较硬、完整、稳定的岩层。面对断层、破碎带、采空区、动压区等特殊地质条件，传统采用架棚或砌碹支护，存在费工、费时、费料及施工安全性较差等问题。

断层破碎带中的成功实践80年代末起，白芨沟矿开始探索特殊地质条件下的锚杆支护。例如在南三采区1744中巷延长段（30m断层破碎带）、南三轨上（近40m断层破碎带）、南二1660中巷（多次超过100m破碎带）及南四1700中巷（50m破碎带）等服务年限较长的准备巷道，采用导硐法、预留光面层，配合浅打眼、少装药、放小炮的掘进方法，最后及时全断面挂网锚喷，顺利解决了砌碹难题。

采动影响区域的支护革新针对1756边界提料上山这一位于南二、南四采区中间，上方为4321采空区，下方为4421开采区的运输枢纽，该区域因采动影响年年维护年年压垮。2022年，白芨沟矿采用先挑顶扩帮、喷浆100mm，再全断面锚网索支护的方法，利用锚索的自承、组合梁及悬吊作用，成功解决了长期维护难题，为特殊地质条件应用锚杆支护开辟了新路。拓展阶段：回采巷道的推广使用

推广背景与前期准备2022年以前，白芨沟矿锚杆支护仅用于不受采动影响或采动影响较小的开拓、预备巷道。通过矿压观测，掌握了回采巷道在开凿、闲置、回采使用各阶段的矿压显现规律后，开始在回采巷道推行锚杆支护。

初期小井回采巷道应用2022～2023年，先后在1900小井、南四小井、北三小井、太华小井、西山小井等的回采巷道的回顺、运顺、运煤下山等巷道中进行锚杆支护，积累了宝贵经验。

大井综放工作面推广应用2024年起，在大井综放工作面的2421（一）切顶巷、运回顺、大切眼、瓦斯顶板巷等巷道中推广使用锚杆支护，采用锚网耦合、锚索加固支护或者玻璃钢锚杆及竹锚杆联合支护等方式。

采动影响区加强支护措施在回采阶段，于采动影响超前应力集中区的回顺、运顺20m内加强支护，采用单位液压支柱配合铰接顶梁上下帮各一排的支护形式，形成锚网索、支混合的支护构造，保障回采安全。04特殊地质条件支护案例分析断层破碎带支护案例

南三采区1744中巷延长段案例该巷道遇到30m断层破碎带，按常规需砌碹支护。白芨沟矿经研究采用导硐法，预留光面层，浅打眼、少装药、放小炮掘出全断面后，及时进行全断面挂网锚喷，顺利完成施工。

南三轨上断层破碎带案例面对近40m的断层破碎带这一特殊地质条件，白芨沟矿摒弃传统的砌碹或架棚支护，通过采用锚杆支护相关技术手段，成功解决了支护难题，保障了巷道施工。

南二1660中巷破碎带案例此巷道多次遇到超过100m的破碎带，服务年限较长。白芨沟矿在深入分析后，运用锚杆支护技术，先将岩巷断面挑顶扩帮，喷浆100mm，再及时进行锚网索支护，有效应对了破碎带带来的挑战。

南四1700中巷破碎带案例该巷道遇到50m破碎带，白芨沟矿利用锚杆支护的自承作用、组合梁作用和悬吊作用，取代了传统的砌碹和架棚支护，为特殊地质条件下的岩层应用锚杆支护积累了经验。采空区动压影响区域支护案例1756边界提料上山支护难题该巷道位于南二、南四采区中间，是南四采区运输枢纽，上方为4321采空区，下方为4421开采区，受采动影响显著，存在年年压垮、年年修理的问题。创新支护方案实施一改往昔挑扩喷修理或砌碹、架棚支护方法，采用先挑顶扩帮至设计断面，喷浆100mm，然后进行全断面锚网索支护，充分运用锚索的自承作用、组合梁作用和悬吊作用。支护效果显著成功解决了该处受采空区动压影响导致的巷道失稳难题，有效控制了巷道变形，避免了反复维修，保障了运输枢纽的长期安全稳定运行。大跨度硐室支护案例

北一四阶段运输下山绞车房白芨沟矿在大跨度硐室支护中，北一四阶段运输下山绞车房采用锚杆支护完成施工，其断面积在20m2以上。

北四暗斜井绞车房北四暗斜井绞车房同样为断面积20m2以上的大跨度硐室，应用锚杆支护技术顺利实现施工。

南二三阶段1676水仓南二三阶段1676水仓作为大跨度硐室，断面积超20m2，通过锚杆支护保障了施工任务的完成。

南二四阶段1660中巷机头泵站硐室南二四阶段1660中巷各横川下口机头泵站硐室，断面积在20m2以上，采用锚杆支护技术成功施工。

2421（一）大切眼2421（一）大切眼断面积超过20m2，运用锚杆支护技术，有效解决了大跨度硐室的支护难题。05锚杆支护施工工艺与技术要点施工前准备工作

地质条件勘察与分析详细勘察巷道岩性、结构面、断层破碎带等地质情况，如白芨沟矿在特殊地质条件下应用锚杆支护前，需掌握围岩稳定性、应力分布等数据，为支护设计提供依据。

支护方案设计与参数确定根据巷道断面尺寸（如20m²以上大断面）、服务年限及地质条件，确定锚杆类型（如树脂锚杆、预应力锚杆）、长度、直径、间距、预应力等参数，遵循“因地制宜、优化参数”原则。

施工材料与设备准备准备高强度锚杆材料（如螺纹钢锚杆、玻璃纤维复合材料锚杆）、锚固剂（树脂、水泥浆）、托盘、螺母等附件，以及锚杆钻机、注浆设备等，确保材料质量符合设计要求。

施工人员技术培训与安全交底对施工人员进行锚杆支护施工工艺、操作规程及安全注意事项培训，明确钻孔、清孔、安装、张拉等关键环节技术要求，确保施工质量与人员安全。钻孔与锚杆安装工艺

钻孔施工要点根据巷道地质条件确定钻孔直径（18~32mm）、深度和方向，采用浅打眼、少装药、放小炮的方式控制掘进断面，确保钻孔质量满足设计要求。

清孔与锚固剂注入钻孔完成后需清除孔内泥土、碎石等杂物，采用树脂锚固剂或水泥砂浆注入孔内，树脂锚固剂固化时间不大于10min，确保锚固效果。

锚杆安装与预应力施加将锚杆插入孔内并与围岩紧密接触，通过张拉设备施加预应力，使锚杆与围岩形成整体受力结构，预应力锚杆需控制张拉力符合设计要求。

质量检测与验收采用拉拔试验检测锚固力，确保锚杆支护强度；检查锚杆间距、角度及托盘安装质量，保障支护系统稳定可靠。锚固剂选择与使用要求

锚固剂类型及适用条件常见锚固剂包括树脂锚固剂、水泥锚固剂（普通水泥砂浆、早强水泥砂浆、水泥卷）等。树脂锚固剂固化时间短（不应大于10min）、强度高，适用于自稳时间短、需快速锚固的复杂地质条件；水泥锚固剂成本较低，适用于较稳定围岩，普通水泥砂浆强度等级不应低于M20，早强水泥砂浆可加快施工进度。

锚固剂性能核心要求锚固剂需保证良好的粘结强度，确保锚杆与围岩有效结合。树脂锚固剂应具有快速固化特性以适应紧急支护需求；水泥锚固剂需控制水灰比，保证硬化后的强度和耐久性，其杆体钢筋保护层厚度不应小于8mm（采用水泥砂浆时）。

施工操作规范要点使用前需检查锚固剂保质期及外观，确保无破损、硬化。树脂锚固剂应在钻孔清理干净后立即放入，并用锚杆杆体匀速搅拌至规定时间；水泥锚固剂需按配比搅拌均匀，确保注浆饱满，避免空洞，安装后需养护至设计强度方可承载。支护质量控制要点钻孔质量把控严格控制钻孔的孔径、深度和方向，确保锚杆安装位置精准，为后续锚固效果奠定基础。锚固剂性能与配比选择凝固时间快、强度高的锚固剂，如树脂锚固剂或早强水泥砂浆，并严格按照配比要求进行搅拌和使用，保证锚固强度。锚杆安装规范操作确保锚杆插入孔内深度符合设计要求，托盘、螺母等附件安装到位并紧固，使锚杆与围岩紧密接触。预应力施加与检测对于预应力锚杆，严格控制张拉力符合设计要求，安装后进行张拉，并通过检测确保锚固力达到规定标准。施工过程监督与记录加强施工过程中的现场监督，对每道工序进行检查，详细记录锚杆类型、规格、安装数量、锚固剂型号等信息，便于追溯和质量评估。06白芨沟矿锚杆支护效益分析掘进速度提升效益

锚杆支护与架棚支护掘进速度对比2022-2022年期间，锚杆支护巷道月平均单进176m，架棚支护的巷道月平均单进118m，锚杆支护巷道掘进速度提高49%。

施工工艺简化提升效率锚杆支护施工工艺相对简单，而架棚支护施工工艺复杂，简化的工艺有助于加快施工进度。

断面有效利用率提高在支护后净断面一样条件下，锚杆支护比架棚支护少掘巷道断面积25%，提高了断面有效利用率，间接提升掘进效率。

减少爆破影响与工时浪费架棚支护的巷道爆破时常出现歪棚或倒棚现象，需花费时间扶棚；锚杆支护的巷道爆破时无此问题，提高了工时有效利用率。生产成本降低分析

材料成本节约锚杆支护相比砌碹和架棚支护，减少了木材、钢材等支护材料的消耗，材料成本显著降低。

人工成本降低锚杆支护施工工艺相对简单，所需人工减少，降低了人工费用支出。

维修费用减少锚杆支护巷道稳定性好，减少了巷道后期的维修次数和费用，如南二1660中巷等采用锚杆支护后，维护成本降低。

综合成本效益综合材料、人工和维修等方面，锚杆支护显著降低了巷道支护的综合生产成本，为矿井带来良好的经济效益。安全生产保障效益

降低煤层失稳风险锚杆支护凭借高度的稳定性，显著降低了白芨沟煤矿在采煤过程中煤层失稳的概率，有效减少了矿体坍塌的风险，为矿井的安全运作提供了坚实保障。

减少矿山事故发生锚杆支护技术的应用有效保护了地下工作人员的安全，通过对岩体的加固和稳定，减少了因巷道垮塌、冒顶等引发的矿山事故，降低了相关经济损失。

改善复杂地质条件下施工安全在断层破碎带、采空区、动压区等特殊地质条件下，白芨沟矿通过锚杆支护技术（如导硐法、浅打眼少装药、及时锚喷等），顺利完成施工任务，保障了复杂环境下的施工安全性。巷道维护成本节约减少重复维修投入白芨沟矿南二1660中巷等巷道采用锚杆支护后，有效解决了特殊地质条件下巷道年年维护、年年压垮的难题，避免了传统架棚或砌碹支护反复维修的高额投入。降低材料消耗成本锚杆支护相比架棚支护减少了木材、钢材等支护材料的消耗，且施工工艺简化，材料利用率提升，直接降低了巷道支护的材料采购成本。减少人工维护费用锚杆支护巷道稳定性提高，大幅降低了日常巡检和维修的人工需求，同时避免了因巷道失稳导致的停工维修，间接节约了人工成本和工期损失。延长巷道服务寿命通过锚网索联合支护等技术，巷道抗变形能力增强，服务寿命延长，减少了因巷道提前报废或大修产生的重建成本，实现长期成本节约。07锚杆支护技术创新与发展锚杆附件技术优化锚杆附件力学性能匹配性研究深入分析锚杆螺母、托板、调心球垫及减摩垫片的力学特性及其相互匹配性，明确不同强度等级锚杆的附件选择原则和力学参数，是提升锚杆支护系统整体性能的关键。锚杆附件技术标准与选择原则研究提出锚杆附件的技术标准，例如建议500号锚杆杆体的螺母强度不低于6级，齿高不小于0.7H，螺母厚度不小于20mm；托板拱高需