有一條規則寫出了螺栓可以掉多少預拉力,而那個數字大概不是你會猜的那個

問一個接頭可以掉多少夾持力、才輪到有人要處理,幾乎每一份文件都會安靜下來。本站自己那篇講螺絲為什麼會鬆的文章,把機制寫得很細,卻始終沒有走到一個門檻,因為來源裡沒有。有一個地方把門檻寫進了法規,而那個場景是你能想到最不舒服的一個:把岩石天花板撐在底下工作的人頭上的螺栓。

頂板螺栓那條規則裡,關於「已經裝上去的螺栓」: 若受測螺栓中的過半數 「do not maintain at least 70 percent of the minimum torque or tension specified in the roof control plan, 50 percent if the roof bolt plates bear against wood」 (未維持頂板控制計畫所定最小扭矩或張力的百分之七十;承壓板壓在木材上時為百分之五十), 或 「have exceeded the maximum specified torque or tension by 50 percent」 (超出所定最大值百分之五十),即須採取矯正措施。

千萬不要把那個七成搬到任何別的接頭上。 這是美國針對地下煤礦的聯邦規則,那個百分比量的是「該礦自己那份核准計畫裡寫的最小值」, 跟法蘭、輪圈或機台結構沒有任何一點是可以轉移的。 本頁報告的是一條規則寫了什麼。 它不給任何採礦、頂板支撐、檢查或鎖緊建議,本站也不是那個行業的供應商。

本篇不是從論壇提問來的。 關於「可接受的預拉力損失」的三組搜尋都空手而回, 所以這一篇改從本站自己的覆蓋缺口出發,沿用過去兩次在慣用來源不可用時的做法。 本站平常用的瀏覽器工具仍然連不上。

這份文件,以及它為什麼不尋常

《美國聯邦規則彙編》第 30 篇第 75 部分 Subpart C 的標題是 Roof Support(頂板支撐)。 依本站計數,它有二十個條號,本篇用的是 § 75.204《Roof bolting》(頂板螺栓施作)。 它的沿革註記記著:1988 年發布,1990 年與 1998 年各修訂過一次。

這是本站第三次透過那個公開的法規介面讀聯邦規則, 前兩次都在職業安全那一篇的兩個部分,而這是第一次進到第 30 篇。 前兩次分別在講鋼構吊裝與電氣連接,其中 一篇談的是吊車鬆鉤前要先上幾顆螺栓。 那兩篇的內容在這裡都不重複。

這條規則值得一頁的原因是它裡面數字的密度。 大部分緊固件文件會規定要鎖多緊,然後對「之後會怎樣」保持沉默。 這一條把安裝、抽樣、保留、紀錄,連鑽頭都規定了。

邊做邊查,四分之一

在「保留」那條規則之前還有一條安裝規則,而它的抽樣率大概會讓多數產業覺得太重。 在每一個頂板螺栓施作循環裡, 每一個鑽頭所裝的第一顆張拉螺栓,在裝好後立即量測實際扭矩或張力。 之後,每一個使用中的鑽頭,每裝四顆至少量一顆

依本站算術,那是百分之二十五的製程中檢查,而且是每個鑽頭各自重新起算, 所以鑽頭多的機器不能把同一批樣本攤得更薄。 任何一顆量到的螺栓落在計畫所定範圍之外,就要採取矯正措施。

那個範圍本身不在規則裡。它在該礦的頂板控制計畫裡,而規則從兩邊夾住它: 安裝的扭矩或張力範圍 「shall not exceed the yield point of the roof bolt nor anchorage capacity of the strata」,不得超過螺栓的降伏點,也不得超過岩層的錨碇能力。 兩個天花板,一個在緊固件裡,一個在岩石裡,誰低誰說了算。

之後再查一次,十分之一

接下來這段,在多數緊固件實務裡找不到對應物。 在二十四小時內任何一段時間有出煤的作業處所, 已安裝的機械錨碇張拉螺栓,每十顆至少量一顆, 而且範圍是明確劃定的:在每一個推進中的區段,從最後一個開口橫巷的外側角落一直到工作面。

合格判準就是本頁開頭引的那一段。細讀之下有三件事跳出來。

  • 有下限,而且是「所定最小值」的百分比。百分之七十;承壓板壓在木材上時是百分之五十,因為木材會繼續被壓縮
  • 也有上限。超出所定最大值百分之五十同樣算不合格。太緊是缺陷,不是額外的保險
  • 觸發條件是受測螺栓的過半數,不是一顆。一個低讀值不會啟動程序,超過一半才會

依本站算術,一顆已經在頂板上的螺栓,合格帶是從最小值的百分之七十 到最大值的百分之一百五十,而墊板壓木材時下限降到百分之五十。 那是一條很寬的帶,而且它被寫下來了,寫下來才是稀有的部分。

這些量測不是隨手做的。經營者或其指定人 要簽名並註記日期加以證明,證明紀錄保存至少一年, 並供部長授權代表與礦工代表查閱。

那是一個試驗值,不是目標值

不做張拉的灌漿螺栓另有一條規則,而它精簡得像一件小作品。 每個循環裡裝的第一顆非張拉灌漿螺栓,要在第一排裝完的當下或緊接著受測。 如果它 「does not withstand at least 150 foot-pounds of torque without rotating in the hole」,也就是承受不了一百五十呎磅的扭矩而在孔裡轉動,就要採取矯正措施。

那個一百五十不是鎖緊的數字。沒有人在追它。 扳手放上去是為了確認灌漿有沒有咬住,而螺栓通過的方式是「不動」。 一個長得像扭矩規格的數字,實際上在對錨碇做證明載重。

值得注意的是這條規則裡沒有的東西。 依本站計數,整個 subpart 裡「resin」(樹脂)一次都沒有出現。 這個類別是用「它做什麼」來命名的,非張拉、灌漿,而不是用做這件事的化學品來命名。 同樣的直覺本站在別處也遇過,那次是 一份維修文件用量測、而不是用「用過幾次」來判定一顆防鬆螺帽

承壓板、墊圈、鑽頭與角度

這一條的其餘部分提醒了一件事:緊固件從來不是整個系統。

  • 每一支頂板螺栓都要確實裝上一片承壓板。直接靠著頂板的至少六吋見方或等效;頂板堅實且不易剝落時可用五吋;與木材或金屬材料併用時至少四吋見方。存在三年以上的區域裡,夾在承壓板與頂板之間的木材必須經處理以減緩劣化
  • 墊圈是用形狀規定的,不是用等級。使用時,墊圈「應與頂板螺栓頭部及承壓板的形狀相符」。沒有硬度、沒有厚度、沒有等級
  • 鑽頭有公差。finishing bits 的直徑必須在所用錨碇件之製造商建議孔徑的正負 0,030 吋以內;而分開使用時,它們必須能與其他鑽頭區別
  • 超過五度就要用角度補償裝置,角度是相對於垂直於承壓板的方向量的

最後這一條的形狀很眼熟。斜著打的緊固件不是單純少了一點能力,它改變了接頭在做的事, 這也是為什麼 斜著鎖的螺絲會推動接頭,而不是夾住它。 在這裡,規則把界線定在五度,並要求用硬體去修正,而不是交給現場判斷。

還有一條禁止規定,值得為它的精確而引用。支撐型式裡的張拉螺栓 「shall not be used to anchor trailing cables or used for any other purpose that could affect the tension of the bolt」,不得用來錨定拖曳電纜或任何可能影響螺栓張力的用途; 但掛電纜、風簾或電話線這類 「which do not place sudden loads on the bolts are permitted」, 不會對螺栓施加突加載重的,是允許的。 界線不在「掛不掛」,而在「穩定載重」與「突加載重」之間。

我們讀不到的東西

三個缺口,寫出來,不填補。

頂板控制計畫不是公開文件,本站沒有。 這條規則裡每一個扭矩與張力的數字,都是相對於一份逐礦的、經 District Manager 核准的計畫裡的數字。 我們能報告的是百分比,不是它們所乘的那個值。

ASTM F432-95 沒有讀。 規則要求:該規範涵蓋的頂板螺栓與配件,經營者須取得製造商證明其係依該規範製造與試驗, 並供部長代表與礦工代表查閱。 但那份規範本身在付費牆後,而該網站對本站封鎖過,所以這裡不摘述它的任何內容。 它沒有涵蓋的材料仍可使用,須經 District Manager 依示範或試驗核准,而在試驗過程中 「access to the test area shall be limited to persons necessary to conduct the test」,進入試驗區域的人限於進行試驗所必要者。

我們讀的是一個 subpart 裡的一條。 旁邊那些關於臨時支撐、礦柱回收、長壁系統與計畫核准準則的條文都沒有讀, 只在下一條裡看了幾個間距規定當作對照。

這篇確定了什麼,又沒確定什麼

  • 預拉力損失的成文門檻確實存在,在一條規則裡、對一種螺栓:所定最小值的百分之七十,承壓板壓木材時是百分之五十
  • 同一條規則也設了上限,是超出所定最大值百分之五十,所以過度張拉同樣是缺陷
  • 要受測樣本的過半數才會觸發動作,不是一個讀值
  • 安裝時每個鑽頭四顆查一顆,且每個鑽頭的第一顆要立即量;事後的保留檢查是十顆查一顆
  • 量測要簽名、註記日期,並保存至少一年
  • 灌漿螺栓是用「承受一百五十呎磅而不轉動」來證明的,那是試驗,不是鎖緊值
  • 這些數字沒有一個可以轉移。它們屬於一條特定的規則、一種特定的螺栓、一片岩石做的天花板,而且是我們沒看過的那份計畫裡某些數值的百分比

這一頁真正的用處是答案的形狀,不是那個數字。 「掉多少算可以接受」原來是回答得出來的,但只在有人非決定不可的地方: 一個指定範圍、以它為基準的下限與上限百分比、一個抽樣率、一條過半數規則,加上一個簽名。 那些迴避這個問題的文件,通常是六樣一起迴避。

同一套立法傳統,在接頭本來就該動的地方會產出相反的要求: 軌道接頭螺栓是鎖到讓鋼軌能滑動的, 而那條規則從頭到尾沒用過 torque 這個字。

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步,或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的,見指定一顆螺絲,那篇寫的是順序,以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

一顆螺栓可以掉多少預拉力?

一般而言,公開的緊固件文件不會講。這裡找到的例外是一條針對美國地下煤礦頂板螺栓的聯邦規則:若受測螺栓的過半數未維持該礦頂板控制計畫所定最小扭矩或張力的百分之七十(承壓板壓在木材上時為百分之五十),即須採取矯正措施。那個數字屬於那條規則,不能轉移到其他接頭。

我可以把那個百分之七十用在自己的接頭上嗎?

不行。那是美國針對「撐住岩石頂板的特定一種螺栓」的規則,百分比量的是主管機關核准的逐礦計畫裡所寫的最小值,而且它還配著一套抽樣方式與過半數判定。本頁不對任何應用給鎖緊或檢查建議。

同一條規則有限制鎖太緊嗎?

有。若受測螺栓的過半數超出所定最大扭矩或張力百分之五十,同樣要採取矯正措施。另外,安裝範圍本身不得超過頂板螺栓的降伏點,也不得超過岩層的錨碇能力。

要查多少顆螺栓?

有兩個不同的比率。安裝時,每個鑽頭裝的第一顆張拉螺栓要立即量測,之後每個鑽頭每四顆至少量一顆。對已經裝好的螺栓,在二十四小時內任何一段時間有出煤的作業處所,每十顆已安裝的機械錨碇張拉螺栓至少量一顆,範圍是每個推進區段裡一段明確劃定的距離。

一顆鬆掉就會觸發處理嗎?

在保留那條規則下不會。它寫的是:受測螺栓的過半數不合格才採取矯正措施。安裝那條的寫法不同:任何一顆量到的螺栓落在所定範圍之外,就要採取矯正措施。

那一百五十呎磅是做什麼用的?

那是證明,不是目標。每個循環的第一顆非張拉灌漿螺栓,要在第一排裝完的當下或緊接著受測,必須承受至少一百五十呎磅的扭矩而不在孔裡轉動。沒有人要把它鎖到那個值,螺栓是靠「不動」通過的。

規則對墊圈怎麼說?

只說:與頂板螺栓一起使用墊圈時,墊圈應與頂板螺栓頭部及承壓板的形狀相符。沒有出現硬度、厚度或等級。

承壓板有尺寸規定嗎?

有,而且依它壓著什麼而不同。直接壓在礦坑頂板上時,至少六吋見方或等效;頂板堅實且不易剝落時可用五吋見方。與木材或金屬材料併用時,至少四吋見方。存在三年以上的區域裡,夾在承壓板與頂板之間的木材必須經處理以減緩劣化。

斜著裝有規定嗎?

有。張拉頂板螺栓的安裝角度大於「垂直於承壓板」五度時,必須使用角度補償裝置。

實際的扭矩數值從哪裡來?

來自該礦的頂板控制計畫,那是一份逐礦的、由 District Manager 核准的文件。規則設的是相對於那份計畫的百分比,並限制其範圍,但本身不含那些數值。本站沒有那樣一份計畫,也不從中報告任何扭矩值。

參考資料

§ 75.204 透過公開法規介面以該篇最新版次全文讀取,並讀了 § 75.205 作為對照。這是本站第三次使用那個介面,也是第一次進到這一篇。本篇不是從論壇提問來的:關於可接受預拉力損失的三組搜尋都沒有結果,所以改從本站自己的覆蓋缺口出發,如同過去兩次慣用來源不可用時的做法。本站平常用的瀏覽器工具仍然連不上。以下是本站自己數的與算的,不是規則說的:Subpart C 有二十個條號;四分之一等於百分之二十五且每個鑽頭各自起算;保留合格帶是從最小值的百分之七十到最大值的百分之一百五十;以及整個 subpart 裡「resin」一次都沒有出現。ASTM F432-95 沒有讀,它在付費牆後、且該網站曾對本站封鎖,這裡除了「規則引用它並要求製造商依它出具證明」之外,不涉及它的任何內容。本站沒有看過任何一份頂板控制計畫,也不從中報告任何扭矩或張力數值,只報告規則施加在那些數值上的百分比。該 subpart 的其他條文沒有讀。本頁不給任何採礦、頂板支撐、檢查或鎖緊建議,不點名任何設備或緊固件廠牌,而那個百分之七十絕對不可搬到其他任何種類的接頭上。

詢價

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