
咱煤矿人下井,锚杆就是巷道的 “安全保镖”,而锚固力就是这保镖的 “战斗力”。可一提起锚固力,总绕不开设计锚固力、锚固力、拉拔力这仨 “孪生兄弟”,不少人都被它们绕得晕头转向。今天咱就用唠家常的方式,把这仨的关系扒得明明白白,保准你看完就懂(本文的“设计锚固力”不是指支护设计中设计锚固力,该文设计锚固力只指材料所能提供的最大锚固力)。
In our coal mines, the anchor bolt serves as the “security guard” for the tunnels, while the anchoring capacity is its “combat power.” However, when it comes to anchoring capacity, we can’t escape discussing the three “twin brothers”: design anchoring capacity, anchoring capacity, and pull-out force. Many people get confused by them. Today, we’ll clarify the relationship among these three in a conversational way, ensuring you understand by the end (in this article, “design anchoring capacity” refers specifically to the maximum anchoring force that the material can provide, rather than the design anchoring capacity in support design).
先说说这三个词的 “出身”,都有正经 “官方背书”:拉拔力、锚固力在《煤矿安全规程》里有明确说法;设计锚固力则是《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法》出现,三兄弟都是有规可依的硬指标!
咱再逐个 “揭秘”,用生活里的事儿打比方,就好理解多了。
设计锚固力:相当于咱盖房子前,设计师算好的 “承重标准”— 比如这根柱子得能扛住多少吨重量,才能保证房子安全。它是在设计阶段,通过精确计算得出的,能让锚杆发挥最大 “战斗力” 的 “目标值”。
锚固力:指锚杆在实际工程中持续承受的“有效锚固力”,它得靠锚杆杆体、锚固剂、围岩 / 基体这一整套 “团队” 共同发力,才能抵抗住被 “拔出来” 的风险,是锚杆在服役状态下的“真实性能值”。
拉拔力:用专用设备(比如锚杆拉拔仪)给锚杆 “加压力测试”,测出来的是锚杆锚固力的 “最低合格线”。好比咱买衣服前,得拉一拉、拽一拽,看看最少能承受多大拉力才不会坏,是个动态的“测量值”。
听着好像挺复杂?其实总结下来就三个阶段
设计-----实际锚固-----验证
设计锚固力是 “目标值”(设计阶段),锚固力是 “实际值”(实际锚固阶段),拉拔力是 “检测值”(验证阶段)。那这仨值之间,到底啥关系呢?
咱先看第一组关系:锚固力和设计锚固力
锚固力(实际 “战斗力”)得至少达到设计锚固力(目标 “战斗力”),这锚杆才算 “合格上岗”,所以平时咱说的锚固力其实就是说的锚固力最低值,其实就等于设计锚固力,也就是说锚固力 = 设计锚固力。
再看第二组关系:拉拔力和设计锚固力
拉拔力是检测锚固力的 “最低合格线”,这个 “合格线” 也得跟设计锚固力对齐,总不能设计要求扛 100 斤,检测时能扛 50 斤就算合格吧?所以拉拔力 = 设计锚固力。
这么一梳理,答案就很明显了
拉拔力 = 锚固力 = 设计锚固力
只要知道了设计锚固力的数值,另外俩值就跟着定了!那关键问题来了:设计锚固力到底咋算出来的?
其实设计锚固力的计算,就像咱算 “水桶能装多少水”—— 得先知道水桶的 “容量”(锚杆材质、直径、长度),才能算出来。只有先确定了锚杆的材质、直径、长度这些 “基础参数”,才能算出设计锚固力的大小。
这里就得提咱中学学过的弹性形变、塑性形变知识了,别觉得这是书本上的 “老古董”,在锚杆这儿用处大着呢!咱把锚杆想象成一根弹簧,受力时先会 “轻轻拉长”(弹性形变),再继续用力就会 “拉坏变形”(塑性形变),从弹性形变到塑性形变的转折点,就是 “屈服强度”。
锚杆弹性形变到塑性形变
也就是上图的
弹性形变阶段到屈服阶段
这里就出现了屈服强度
锚杆的材质定了,屈服强度就定了。咱常说的 MG335、MG400、MG500,就像不同型号的 “弹簧”,屈服强度分别是 335MPa、400MPa、500MPa,数值越高,“抗变形能力” 越强。
要算设计锚固力,还得先算屈服力,公式很简单:屈服力 = 屈服强度 × 截面积。就像算 “水管能过多少水”,得知道水管的 “横截面积” 一样,锚杆的截面积也得算准。
锚杆截面积的计算公式是S=πr²(r 是锚杆半径)。咱井下常用的锚杆直径有 18mm、20mm、22mm,对应的截面积咱也给算好了:18mm 的是 0.000254469㎡,20mm 的是 0.000314159㎡,22mm 的是 0.000380133㎡。
举个例子更直观:MG335 材质的 18mm 锚杆,屈服强度 335MPa(换算成 Pa 是 335000000Pa),直径 18mm(换算成米是 0.018m),半径就是 0.009m。代入公式算屈服力:335000000×π×(0.009)²≈85247N,约等于 85KN。这就是这根锚杆的屈服力,设计锚固力也跟着定了!
下面这张表格,把常用的左旋无纵筋锚杆(符合国标 GB/T35056-2018)的参数都列得清清楚楚,咱下井前对照着找,一看就知道自家巷道锚杆的 “战斗力” 该是多少:
左旋无纵筋锚杆的锚固力(国标GB/T35056-2018)
|
||||||
型号
|
直径 |
屈服强度
MPa
|
屈服力 KN
|
设计锚固力
KN
|
锚固力
KN
|
拉拔力
KN
|
MG335
|
18
|
335
|
85
|
85
|
85
|
85
|
20
|
335
|
105
|
105
|
105
|
105
|
|
22
|
335
|
127
|
127
|
127
|
127
|
|
MG400
|
18
|
400
|
102
|
102
|
102
|
102
|
20
|
400
|
126
|
126
|
126
|
126
|
|
22
|
400
|
152
|
152
|
152
|
152
|
|
MG500
|
18
|
500
|
127
|
127
|
127
|
127
|
20
|
500
|
157
|
157
|
157
|
157
|
|
22
|
500
|
190
|
190
|
190
|
||
亲,对照表格找找咱巷道用的锚杆型号,对应的数值一眼就明了,再也不用对着一堆数据犯愁啦!
最后咱再划划 “官方重点”,这些规定可得记牢
2022年《煤矿安全规程》第一百零二条采用锚杆、锚索、锚喷、锚网喷等支护形式时,应当遵守下列规定:锚杆拉拔力、锚索预紧力必须符合设计。煤巷、半煤岩巷支护必须进行顶板离层监测,并将监测结果记录在牌板上。对喷体必须做厚度和强度检查并形成检查记录。在井下做锚固力试验时,必须有安全措施。
2025年《煤矿安全规程》第一百二十四条采用锚杆、锚索、锚喷、锚网喷等支护形式时,应当遵守下列规定:锚杆(索)锚固力、预紧力必须符合设计。煤巷、半煤岩巷支护必须进行顶板离层监测。对喷体必须做厚度和强度检查并形成检查记录。在井下做锚固力试验时,必须有安全措施。
2024年《煤矿安全生产标准化管理体系基本要求及评分方法》掘进质量与安全内在质量中锚网索巷道锚杆(索)安装、扭矩、拉拔力、网的铺设连接符合设计要求,锚杆(索)的间、排距偏差-100~100mm,锚杆露出螺母长度10~50mm(全螺纹锚杆10~100mm),锚索露出锁具长度150~300mm,锚杆角度与设计偏差不大于5°,预应力不小于设计值的90%,拉拔力值不小于设计锚固力值。
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