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锚杆支护技术中一些问题的探讨 关键词 锚固力 拉拔力 预紧力 预紧力矩 锚杆的制作和检测 锚杆支护作为一种有效的采准巷道支护方式，由于对围岩强度的强化作用，可显著提高围岩的稳定性，加之成巷速度快、劳动强度低、提高巷道断面利用率、简化回采面的端头维护工艺，明显改善作业环境和安全生产条件，成为矿井巷道的主要支护形式，得到了大力推广应用。但在应用中存在一些错误认识，具体表现在以下几个方面。 1 锚固力与锚杆拉拔力 1.1 定义 锚固力指锚杆对围岩产生的约束力[2-4][注1-3]。可细分为锚杆工作时的锚固力和设计锚固力，锚杆工作时锚固力包括初锚力和正常工作时的锚固力。通常说的锚固力指锚杆正常工作时的锚固力。 拉拔力也称抗拉拔力或抗拔力，指阻止锚杆从岩体中拔出的力[2-4] [注1-3]。拉拔力可分为设计拉拔力和检测拉拔力。通常说的拉拔力指设计拉拔力，其值应大于锚杆破断力。检测拉拔力用于锚杆施工质量检测，其值应不小于设计锚固力。 1.2 锚固力与锚杆拉拔力区别 ① 锚固力是锚杆对围岩产生的约束力，是限制围岩变形，起支护作用的力。锚杆拉拔力是锚杆锚固后拉拔实验时，所能承受的极限载荷，反映的是杆体、锚固剂、岩石粘结到一起后，锚杆破断或失效的最大拉力。 ② 锚固力随着被支护围岩变形、围岩的膨胀而增大，因此锚固力是一个动态发展并不断变化的力。锚杆拉拔力是一个固定值，不随围岩变形和锚杆受力而改变。如果围岩不发生变形且不考虑杆体的松驰效应，锚固力等于初锚力。 ③ 锚固力检测使用安装于锚杆螺母和托盘之间的锚杆测力计，一般在锚杆安装时把锚杆测力计安好。检测锚固力是为了监测锚杆受力状况，需要进行长期观测。锚杆拉拔力检测使用锚杆拉力计，检测可以在锚杆安装完成后任何时候进行，检测锚杆拉拔力是为了查验锚杆杆体、锚固剂、岩石粘结效果。在施工中，检测锚杆拉拔力时，一般只要达到设计锚固力即可；在做破坏性检测时，则要求锚杆被拉断或锚杆被拉出才终止。 ④ 检查锚杆施工质量时，一般检查锚杆拉拔力。监测分析锚杆工作情况时，测锚固力。测量锚固力是为了验证支护的可靠性，为以后修改支护设计提供依据。设计和施工时，必须保证锚杆拉拔力大于杆体破断力这一基本原则，即锚杆杆体受力超过其破断力后，锚杆可能被拉断，但锚杆不能被拉出。常见错误是设计的锚杆拉拔力小于杆体破断力。 ⑤ 施工、设计中锚固力与锚杆拉拔力经常混淆、混用。二者混淆原因一方面是由于一些标准、教课书说法不一，造成混乱；另一方面对二者内涵认识理解有误，辨识不清。 2 预紧力和预紧力矩 2.1 定义 预紧力也称初锚力，在安装锚杆（锚索）时，通过拧紧螺母或采用张拉方法施加在锚杆（锚索）上的拉力，单位kN。预紧力矩是拧紧螺母使锚杆达到设计预紧力时，施加到螺母上的力矩，单位N·m。 2.2 预紧力和预紧力矩关系 ① 二者有定性的关系，通常预紧力矩越大，预紧力越大，但非线性关系。 ② 预紧力是力，是施加在锚杆（锚索）上的拉力，单位kN；预紧力矩是力矩，施加在压紧螺母上，单位N·m。 ③ 二者测量仪器不同。预紧力可以通过安装在锚杆托盘与螺母间的锚杆测力计观测；预紧力矩可以通过数字显示或带有刻度显示的锚杆扭力扳手观测。 ④ 锚杆施工设计要求的是预紧力，而不是预紧力矩。但在实际施工中，由于预紧力矩测读方便而预紧力测量相对复杂，且预紧力随着预紧力矩增大而增大，为了检测方便，通过直接检测预紧力矩而达到间接检测锚杆的预紧力的目的。因此，锚杆安装时通常检测预紧力矩，而不检测预紧力。 ⑤ 增大锚杆预紧力方法可以从两方面入手，一是提供足够大的原动力，二是上紧螺母。 3.3 预紧力的作用及要求 ① 预紧力能够发挥锚杆主动支护作用，特别是在层状岩层、破碎围岩条件下，增大预紧力能够改变围岩性质，防止围岩破坏，保持围岩稳定，有利于对围岩支护。 ② 试验证明，如果顶板围岩有整体离层冒落的趋势时，只有预紧力大于潜在冒落围岩重量时，才能阻止围岩离层趋势的出现和继续发展，才能发挥锚杆主动支护作用。 ③ 锚杆预紧力矩越大越好。由于受锚杆施工机具限制，手动锚杆安装机具预紧力在100～200N·m，产生初锚力可达到10～20kN；机载锚杆机具预紧力可达200～300N·m，产生初锚力可达30 kN。例如，一根长度2.4m的锚杆，间排距为800×800（mm）时，单根锚杆支护围岩重量约3.5t。由于受到锚杆安装工艺、施工机具的限制，35 kN的预紧力较难达到。所以定性说：锚杆预紧力矩越大越好，以获得较大的预紧力。 ④ 只有达到一定的预紧力后，锚杆才能发挥主动支护的作用，形成组合梁、组合板结构。随着新的施工机具出现，预紧力将会逐渐增大，合适的预紧力范围为：下限大于支护的围岩重量，上限为锚杆屈服强度的70％。 ⑤ 现场常见问题：一是预紧力偏低，甚至为零，发挥不了锚杆主动支