煤矿安全巷架加固技术措施

煤矿安全巷架加固技术措施引言煤矿巷道作为井下生产的“动脉”，其支护结构的稳定性直接关系到安全生产与作业效率。受地质构造应力、采动影响及支护材料老化等因素影响，巷架（巷道支护架体）易出现变形、开裂甚至垮塌，不仅威胁人员设备安全，还会影响通风、运输系统的正常运行。因此，科学有效的巷架加固技术措施，是保障巷道长期稳定、延长服务年限的关键手段。本文结合煤矿现场实践，从加固需求分析、技术措施优化、施工质量控制等方面，探讨巷架加固的实用路径。一、巷架加固的必要性分析巷道支护体系在服役过程中，面临多重因素的挑战：1.地质应力作用：深井开采中，地压随埋深增加呈非线性增长，原有巷架的承载能力难以匹配高应力环境，导致棚架变形、锚杆（索）失效。2.采动影响：回采工作面推进时，超前支承压力与采空区侧向应力叠加，使巷道围岩应力重新分布，巷架受载剧增，易出现“缩颈”“折梁”等破坏。3.支护缺陷：早期支护设计偏保守或施工质量失控（如架棚间距超标、锚杆锚固力不足），导致巷架先天“带病”运行，后期需通过加固弥补。4.围岩劣化：高含水率、软岩地层中，围岩遇水软化、流变，对巷架的侧压、底鼓作用持续增强，加速支护结构失效。二、巷架加固核心技术措施（一）架棚支护补强技术针对U型钢、工字钢等刚性/可缩性棚架的加固，需从“结构补强”与“围岩约束”双维度入手：棚架结构优化：在变形区段增设“辅助棚”或“加强棚”，棚距缩小至原设计的1/2~2/3；对棚梁、棚腿的薄弱部位（如焊缝、接头），采用等强度钢板焊接补强，或加装“抱箍”（Φ10mm钢带卷制）增强连接刚度。棚间协同支护：沿巷道轴向每隔1.5~2m，设置“十字形”或“三角形”棚间拉杆（Φ18~22mm圆钢），拉杆两端通过异形卡缆与棚架锁定，形成“整体桁架”结构，分散局部应力集中。底鼓治理：对底鼓严重的巷道，采用“反拱棚”加固，即沿巷道底板浇筑混凝土反拱（厚度≥300mm，强度C30），反拱与原有棚腿通过预埋钢板焊接，限制底板围岩向上变形。（二）锚杆（索）联合加固技术利用锚杆（索）的主动支护特性，对巷架与围岩进行“组合支护”：锚杆补强：在架棚巷道的棚梁、棚腿外侧，按“五花形”布置补强锚杆（树脂锚固，杆体Φ22mm，长度2.5~3.5m），锚杆尾部通过“L”形托板（厚10mm）与棚架紧密贴合，使棚架荷载通过锚杆传递至稳定围岩。锚索加固：针对高应力区段，沿巷道顶板（或两帮）每隔3~5m施工锚索（钢绞线Φ15.24mm，长度6~8m），锚索托盘采用“井”字形钢梁（长×宽=800×300mm），覆盖2~3架棚梁，将巷架群与深部稳定岩体“串联”，形成“棚架-锚杆-锚索”协同承载体系。网索封闭：在巷架表面铺设菱形金属网（网孔50×50mm），并用Φ12mm钢丝绳（间距1.0~1.2m）横向张拉，网绳与锚杆（索）托盘绑扎固定，封闭围岩裂隙，防止碎胀变形挤压巷架。（三）注浆加固技术通过注浆改良围岩性质，同时填充巷架与围岩间的空隙，实现“围岩-巷架”共同承载：壁后注浆：沿巷道周边钻孔（孔径Φ42mm，孔深1.5~2.0m，间距2.0~3.0m），注入水泥-水玻璃双液浆（水灰比0.8~1.0，凝胶时间30~60s），填充棚架与围岩间的空隙，增强接触界面的摩擦力与握裹力。围岩注浆：对破碎围岩区段，采用“深孔注浆”（孔深5~10m，间距3~5m），注入水泥浆（或高分子化学浆），使浆液在围岩裂隙中扩散、胶结，形成“注浆结石体”，提高围岩自身强度与完整性。注浆工艺控制：注浆压力控制在1.5~3.0MPa（根据围岩强度调整），采用“由下至上、间隔跳孔”的注浆顺序，避免浆液串孔；注浆结束后，对注浆孔进行封孔处理，防止漏风或渗水。三、施工流程与质量控制要点（一）施工前准备现场勘查：采用“地质雷达+钻孔窥视”技术，探明巷道围岩破碎带范围、巷架变形特征（如收敛量、偏斜率），为加固方案设计提供依据。方案优化：结合巷道用途（运输巷、回风巷）、服务年限，制定“一巷一策”的加固方案，明确加固技术参数（如锚杆间排距、注浆压力）、材料选型（如U型钢型号、注浆材料配比）。安全交底：对施工人员进行专项培训，重点讲解巷架失稳风险（如片帮、冒顶预兆）、应急处置流程（如临时支护、避灾路线）。（二）施工过程控制加固顺序：遵循“先加固后掘进（或维修）”原则，对变形严重区段采用“由外向内、分段加固”，每段长度控制在10~15m，防止施工扰动引发次生灾害。参数执行：严格按设计参数施工，如锚杆钻孔深度误差≤50mm，注浆量偏差≤10%；架棚补强时，棚梁与棚腿的夹角偏差≤2°，确保结构受力均匀。动态监测：采用“应力传感器+收敛计”实时监测巷架受力与变形，当监测数据超过预警值（如日变形量＞50mm）时，立即停止施工，分析原因并调整加固方案。（三）质量验收标准架棚加固：棚架间距偏差≤50mm，棚梁水平度偏差≤3‰，拉杆与棚架连接牢固（扭矩≥150N·m）。锚杆（索）加固：锚杆锚固力≥80kN，锚索张拉应力≥150kN，托盘与巷架、围岩贴合紧密（间隙≤2mm）。注浆加固：注浆后围岩渗透率≤10⁻⁵cm/s，巷架与围岩间空隙填充率≥90%（钻孔窥视验证）。四、安全保障与应急管理（一）施工安全防护临时支护：加固作业前，在施工区段前方5~10m架设“超前临时棚”（棚距≤0.8m），或采用“单体液压支柱+金属顶梁”支护，防止空顶作业。通风与瓦斯管理：施工点配备局部通风机（风量≥100m³/min），确保瓦斯浓度≤0.8%；注浆作业时，采用防爆型注浆泵，防止电气火花引燃瓦斯。个人防护：施工人员佩戴“安全帽+防尘口罩+护目镜”，架棚作业时使用防坠器，高空作业（如锚索施工）系好安全带。（二）应急处置预案冒顶/片帮处置：现场储备“应急棚架+木垛”，发生局部冒顶时，立即停止作业，在安全区域架设临时支护，逐步清理矸石、修复巷架。注浆泄漏处置：若注浆过程中出现浆液大量泄漏（压力骤降），立即关闭注浆泵，采用“棉纱+速凝剂”封堵漏浆孔，待围岩稳定后重新钻孔注浆。逃生路线：在巷道明显位置设置避灾路线标识，施工人员需熟记“迎着新鲜风流、就近进入硐室”的逃生原则。五、工程案例：某矿运输大巷巷架加固实践某煤矿-500m水平运输大巷（服务年限15年），受采动影响出现严重变形：巷宽由4.2m缩至3.5m，棚梁下挠≥200mm，底鼓量达450mm，威胁运输安全。采用“锚杆+注浆+架棚补强”联合加固技术：1.架棚补强：更换变形棚架为29U型钢可缩性支架，棚距由0.8m缩小至0.6m，增设“十字形”棚间拉杆（Φ20mm圆钢），增强整体稳定性。2.锚杆加固：在棚梁、棚腿外侧布置Φ22mm树脂锚杆（间排距800×1000mm），锚杆尾部通过“L”形托板与棚架贴合，传递荷载至围岩。3.壁后注浆：沿巷道周边钻孔（孔深1.8m，间距2.5m），注入水泥-水玻璃双液浆（水灰比0.9，凝胶时间45s），填充棚架与围岩间隙。加固后，巷道收敛变形量控制在日均值≤10mm，底鼓量稳定在≤30mm/月，运输系统恢复正常，巷道服务年限延长至设计寿命，直接经济效益超