文/徐忠正

AQ 1116—2020《煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料通用安全技術(shù)規(guī)范》于2020年11月10日發(fā)布，2021年5月1日起實(shí)施，本文將對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行解讀。

煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料，作為解決煤礦安全生產(chǎn)重大危害問題的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在圍巖控制、瓦斯治理、防滅火、防治水等重大煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)方法難以解決的諸多問題，其應(yīng)用領(lǐng)域甚至已拓展到重大事故應(yīng)急搶險(xiǎn)救援中。由于其安全、高效、快捷，近20年來，煤礦用高分子材料已逐漸成為煤礦安全生產(chǎn)不可或缺的安全保障技術(shù)。各類礦用高分子材料的具體應(yīng)用如下。

一是煤礦加固煤巖體用高分子材料，解決工作面塌冒治理及頂板維護(hù)、巷道加固和破碎地質(zhì)條件下的圍巖固化等安全問題。主要應(yīng)用有：煤、巖體加固，包括井巷工程加固、工作面片幫、冒頂治理、過斷層施工等；重大事故救援，包括超大范圍冒頂、大范圍塌方等災(zāi)后快速救援和恢復(fù)生產(chǎn)。

二是煤礦堵水用高分子材料，解決煤礦井巷工程堵水、工作面涌水封堵和頂板涌水治理等安全問題。主要應(yīng)用有：防治水，包括井筒、巷道、硐室等防治水處理、涌水通道快速封堵等；重大事故救援，包括突涌水、大水等災(zāi)后快速救援和恢復(fù)生產(chǎn)。

三是煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，解決煤礦瓦斯治理、井下火災(zāi)防治和礦井通風(fēng)控制等安全問題。主要應(yīng)用有：瓦斯防治，包括瓦斯抽放鉆孔密封、瓦斯抽采鉆場的密閉、煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯異常涌出快速封堵等；充填密閉，包括頂板垮落區(qū)、冒空區(qū)充填、主動(dòng)接頂充填，工作面上/下隅角密閉，密閉墻體構(gòu)筑、壁后充填等；重大事故救援，包括大范圍塌方冒頂、瓦斯和一氧化碳大量涌出的災(zāi)前控制、火區(qū)封閉等災(zāi)后快速救援和恢復(fù)生產(chǎn)。

四是煤礦噴涂堵漏風(fēng)用高分子材料，解決煤巖體噴涂堵漏風(fēng)、瓦斯治理和礦井防滅火等問題。

鑒于煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料在預(yù)防和解決煤礦安全生產(chǎn)問題中的重要性，為了規(guī)范行業(yè)內(nèi)煤礦用高分子材料的應(yīng)用，2011年7月，原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒布了AQ 1089—2011《煤礦加固煤巖體用高分子材料》、AQ 1087—2011《煤礦堵水用高分子材料技術(shù)條件》、AQ 1088—2011《煤礦噴涂堵漏風(fēng)用高分子材料技術(shù)條件》和AQ 1090—2011《煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料》4項(xiàng)強(qiáng)制性行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)，于2011年12月1日正式實(shí)施。此4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)規(guī)范煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料的生產(chǎn)和供應(yīng)市場，指導(dǎo)各煤礦企業(yè)招標(biāo)采購安全型高分子注漿材料，以及為保證其安全使用等方面，起到了規(guī)范性和導(dǎo)向性作用。

但是，隨著煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料的普遍使用，行業(yè)內(nèi)從事礦用高分子材料生產(chǎn)和供應(yīng)的企業(yè)從2011版標(biāo)準(zhǔn)頒布時(shí)的3家激增到目前的60多家，這60多家企業(yè)中，多數(shù)為小作坊式非專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，供應(yīng)的產(chǎn)品也形成了幾大類別、40多個(gè)品種，各生產(chǎn)企業(yè)在安全責(zé)任意識(shí)、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制和技術(shù)水平等方面都有著很大差異，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，市場競爭秩序混亂，出現(xiàn)了劣質(zhì)產(chǎn)品低價(jià)中標(biāo)等亂象，導(dǎo)致煤礦井下因使用高分子材料而出現(xiàn)的著火、冒煙事故時(shí)有發(fā)生。仔細(xì)究其原因，是2011版標(biāo)準(zhǔn)中，部分安全要求太低，或缺少一些安全要求，無法避免劣質(zhì)、低價(jià)的低安全性產(chǎn)品進(jìn)入煤礦使用，不能滿足煤礦井下安全生產(chǎn)的需要。因此，為保障煤礦安全生產(chǎn)和礦工生命健康，出臺(tái)更高安全要求的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。

結(jié)合2016年國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)對(duì)現(xiàn)行強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的整合行動(dòng)，根據(jù)國務(wù)院標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)推進(jìn)部際聯(lián)席會(huì)議關(guān)于《強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)整合精簡結(jié)論清單》的結(jié)論要求，將2011版4項(xiàng)行業(yè)強(qiáng)制性AQ標(biāo)準(zhǔn)整合制定為一項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，在剔除非安全性能指標(biāo)要求后，把2011版4項(xiàng)AQ標(biāo)準(zhǔn)中的安全指標(biāo)整合到一起，并根據(jù)現(xiàn)實(shí)的煤礦安全需求，調(diào)整和新增相應(yīng)的安全指標(biāo)，形成新的安全標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)范當(dāng)前形勢下的礦用高分子材料供應(yīng)市場。因此，行業(yè)強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)AQ 1116—2020《煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料通用安全技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱“本標(biāo)準(zhǔn)”）于2020年11月10日發(fā)布，2021年5月1日起實(shí)施。

標(biāo)準(zhǔn)的亮點(diǎn)及重要內(nèi)容

第一，本標(biāo)準(zhǔn)集中規(guī)定了煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料的安全性能要求，強(qiáng)制設(shè)定了與煤礦安全生產(chǎn)、礦工身體健康以及環(huán)保有潛在危險(xiǎn)/危害關(guān)聯(lián)的閃點(diǎn)、最高反應(yīng)溫度、氧指數(shù)、阻燃及延燃、抗靜電、有害物質(zhì)限量、抗老化性能、水質(zhì)影響、延燃性能、煙氣毒性指數(shù)等指標(biāo)的安全范圍。不再對(duì)力學(xué)性能指標(biāo)等非安全性指標(biāo)作規(guī)定，而是把這些指標(biāo)的選擇權(quán)交回給用戶，以便更好地適應(yīng)使用現(xiàn)場的實(shí)際條件。

第二，針對(duì)煤礦加固煤巖體用高分子材料，提高了對(duì)最高反應(yīng)溫度的要求，并新增了氧指數(shù)要求（見表1）。

最高反應(yīng)溫度：本標(biāo)準(zhǔn)將煤礦加固煤巖體用高分子材料的最高反應(yīng)溫度設(shè)定為≤100℃，大幅提高了要求（2011版標(biāo)準(zhǔn)的要求是≤140℃），以保證材料在煤礦井下的使用安全。煤礦加固煤巖體用高分子材料的現(xiàn)場反應(yīng)溫度是其最重要的安全性能之一，由于材料在煤礦井下使用過程中，直接與井下煤體進(jìn)行接觸和熱量交換，在施工過程中進(jìn)行化學(xué)放熱反應(yīng)，注漿量大時(shí)，大量材料積聚還會(huì)導(dǎo)致材料反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高的問題。注漿材料產(chǎn)生的高溫，會(huì)加速其周邊煤體的氧化過程，一旦氧化過程進(jìn)入到加速氧化階段，不久后就會(huì)出現(xiàn)注漿過程中或注漿完成后，煤體冒煙或著火的危險(xiǎn)事故。因此，必須限制材料的最高反應(yīng)溫度，避免煤體進(jìn)入加速氧化過程而導(dǎo)致的著火冒煙事故。

表1 煤礦加固煤巖體用高分子材料亮點(diǎn)指標(biāo)

設(shè)定本指標(biāo)的依據(jù)如下：根據(jù)現(xiàn)行的AQ/T1019—2006《煤層自然發(fā)火標(biāo)志氣體色譜分析及指標(biāo)優(yōu)選方法》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，標(biāo)志氣體C2H4的出現(xiàn)，在一定程度上反映了煤自然發(fā)火的加速氧化階段，因而可按照出現(xiàn)標(biāo)志氣體C2H4的臨界溫度，來確定煤礦煤巖體加固用高分子材料的最高反應(yīng)溫度?？刂撇牧系淖罡叻磻?yīng)溫度，低于出現(xiàn)C2H4的加速氧化階段的臨界點(diǎn)溫度，使注漿區(qū)域的煤體不能進(jìn)入加速氧化階段，就可有效避免煤自燃的潛在隱患發(fā)生。

為此，在收集匯總?cè)珖鞑擅簠^(qū)域代表性煤礦開采煤層的自燃標(biāo)志性氣體試驗(yàn)報(bào)告65份后，對(duì)各代表礦煤層進(jìn)入加速氧化階段的臨界溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果是臨界溫度大于100 ℃的煤礦/煤層占比超過80%，也就是說，當(dāng)規(guī)定最高反應(yīng)溫度≤100 ℃時(shí)，能夠使80%以上的煤礦/煤層完全避免高分子材料注漿時(shí)的著火冒煙事故風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，征集行業(yè)內(nèi)各方意見和建議的行業(yè)研討會(huì)也驗(yàn)證了，當(dāng)前國內(nèi)煤礦加固煤巖體用高分子材料生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝水平，能夠做到關(guān)于最高反應(yīng)溫度≤100 ℃的要求。

氧指數(shù)：本標(biāo)準(zhǔn)新增加了氧指數(shù)要求，并規(guī)定氧指數(shù)≥28，以此來確保煤礦加固煤巖體用高分子材料自身是難燃或不燃材料，從而保證使用安全。氧指數(shù)指在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，試樣在氧氮混合氣流中進(jìn)行有焰燃燒所需的最低氧濃度，以氧所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值來表示。一般來說，氧指數(shù)＜22的材料為易燃性材料，它們?cè)诳諝庵芯湍苎杆偻耆厝紵谎踔笖?shù)＞22的材料具有自熄性，即離開火源后火焰會(huì)自動(dòng)熄滅；氧指數(shù)＞28時(shí)，材料即具有不燃特性，屬于難燃性材料。

煤礦加固煤巖體用高分子材料是在煤礦井下使用最多和最普遍的注漿用高分子材料，要求其具有難燃或不燃的特性，這樣才能保證其在井下應(yīng)用時(shí)不會(huì)變成有著火安全隱患的材料。當(dāng)材料的氧指數(shù)≥28時(shí)，意味著材料燃燒時(shí)的氧濃度應(yīng)達(dá)到28%以上，而煤礦井下環(huán)境中的氧氣濃度一般不會(huì)超過20%，因而氧指數(shù)大于28的材料就成為了難燃材料。

第三，針對(duì)煤礦堵水用高分子材料，細(xì)化了抗老化性能和水質(zhì)影響的要求（見表2）。

抗老化性能：為了保證堵水安全，要求堵水材料具有抗老化性能，以避免由于材料快速老化失去強(qiáng)度，而出現(xiàn)二次涌水的安全事故。為適應(yīng)行業(yè)新材料技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，更客觀地反映煤礦堵水用高分子材料真實(shí)的抗老化性能，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抗老化性能的評(píng)判指標(biāo)為“表面無變化，抗壓強(qiáng)度損失≤5%”。

表2 煤礦堵水用高分子材料亮點(diǎn)指標(biāo)

由于環(huán)境的影響，如在光、熱、高能輻射的長期作用下，高聚物的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生物理和化學(xué)的變化，產(chǎn)生如塑性變脆、強(qiáng)度降低、龜裂等現(xiàn)象，統(tǒng)稱為高聚物的老化。高分子堵水材料使用于井下堵水工程，必須滿足一定工程使用期限內(nèi)的功能需求。

水質(zhì)影響：堵水用高分子材料在使用中與水直接接觸，部分水源與生活水源直接或間接聯(lián)通，考慮生活用水的安全性和環(huán)保性，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其對(duì)水質(zhì)影響的要求，并根據(jù)材料特性，細(xì)化規(guī)定總硬度、氯化物、硫酸鹽、鋅、砷、鎘、鉛、汞和化學(xué)需氧量共9項(xiàng)指標(biāo)必須符合GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的質(zhì)量要求。

第四，針對(duì)煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，本標(biāo)準(zhǔn)新增了延燃性能和煙氣毒性指數(shù)兩項(xiàng)要求，以進(jìn)一步考核發(fā)泡材料在阻燃方面和環(huán)境健康方面的性能（見表3）。

延燃性能：煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料在井下一般是大體積使用，充填容積從幾十立方米到上千立方米，如果材料的延燃性不符合規(guī)定，在煤礦火災(zāi)情況下，泡沫材料極易成為傳遞火勢和助燃的物品，放大火災(zāi)危害。為此，必須對(duì)其延燃性能進(jìn)行規(guī)定。參照英國標(biāo)準(zhǔn)BS 5946—1980《Method of test for determination of the punking behaviour of phenolformaldehyde foam》，設(shè)定了材料延燃性能的試驗(yàn)方法和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

表3 煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料亮點(diǎn)指標(biāo)

煙氣毒性指數(shù)：煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料經(jīng)常在煤礦井下用于火區(qū)封閉，材料易受到火焰的灼燒，出于對(duì)井下作業(yè)工人安全和健康的考慮，泡沫材料灼燒后產(chǎn)生的煙氣不應(yīng)對(duì)人體產(chǎn)生任何危害。參照英國標(biāo)準(zhǔn)NES 713《Determination of the Toxicity Index of the Products of Combustion from Small Specimens of Materials》設(shè)定了煙氣毒性指數(shù)要求，此指數(shù)越大，說明釋放的氣體的毒性越高。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定根據(jù)英國NES 713標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行煙氣毒性指數(shù)檢測，并設(shè)定煙氣毒性指數(shù)≤5的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

第五，針對(duì)煤礦噴涂堵漏風(fēng)用高分子材料，本標(biāo)準(zhǔn)新增了氧指數(shù)≥28的要求（見表4）。

氧指數(shù)：為了保證噴涂材料的使用安全，本標(biāo)準(zhǔn)新增了氧指數(shù)要求，且規(guī)定噴涂材料的氧指數(shù)應(yīng)≥28，使井下使用的噴涂材料都達(dá)到難燃級(jí)別。噴涂堵漏風(fēng)用高分子材料在煤礦井下應(yīng)用時(shí)一般是大面積表面噴涂，如果其阻燃性能不達(dá)要求，表面噴涂材料容易變成助燃和延燃的物質(zhì)。

表4 煤礦噴涂堵漏風(fēng)用高分子材料亮點(diǎn)指標(biāo)

第六，關(guān)于檢驗(yàn)規(guī)則，除了常規(guī)的出廠檢驗(yàn)、型式檢驗(yàn)外，本標(biāo)準(zhǔn)新增了針對(duì)礦用高分子材料的使用方現(xiàn)場檢驗(yàn)，為保證只有安全性能合格的高分子材料方能入井使用增設(shè)了最后一道關(guān)口。

標(biāo)準(zhǔn)尚存在的不足

由于起草時(shí)間上的倉促，加上煤礦井下實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展和變化，本標(biāo)準(zhǔn)尚存在一些不足，一是對(duì)于煤礦充填密閉用高分子發(fā)泡材料，所引用的有害物質(zhì)限量的測試方法存在適應(yīng)性問題，該測試方法造成高分子發(fā)泡材料在測試過程中發(fā)生逆向反應(yīng)，致使測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，且極少有發(fā)泡材料能通過該方法的檢測，需要盡快修改有害物質(zhì)限量的檢測方法。

二是關(guān)于噴涂堵漏風(fēng)用高分子材料，隨著噴涂用高分子材料在我國煤礦應(yīng)用的自我發(fā)展和不斷增多，現(xiàn)在所用的噴涂材料都是多組分現(xiàn)場反應(yīng)型高分子材料，已超出了2011版標(biāo)準(zhǔn)定義的適用范圍。所以修改標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)范圍和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，來適應(yīng)煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用需求的變化，是接下來要做的修訂工作。