AQ1116—2020標準解讀

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規范》于2020年11月10日發布，2021年5月1日起實施，本文將對此標準的重點內容進行解讀。

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重大危害問題的關鍵技術，已經廣泛應用在圍巖控制、瓦斯治理、防滅火、防治水等重大煤礦安全生產領域，解決了傳統方法難以解決的諸多問題，其應用領域甚至已拓展到重大事故應急搶險救援中。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不可或缺的安全保障技術。各類礦用高分子材料的具體應用如下。

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、巷道加固和破碎地質條件下的圍巖固化等安全問題。主要應用有：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、大范圍塌方等災后快速救援和恢復生產。

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、大水等災后快速救援和恢復生產。

三是煤礦充填密閉用高分子發泡材料，解決煤礦瓦斯治理、井下火災防治和礦井通風控制等安全問題。主要應用有：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、冒空區充填、主動接頂充填，工作面上/下隅角密閉，密閉墻體構筑、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前控制、火區封閉等災后快速救援和恢復生產。

四是煤礦噴涂堵漏風用高分子材料，解決煤巖體噴涂堵漏風、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防和解決煤礦安全生產問題中的重要性，為了規范行業內煤礦用高分子材料的應用，2011年7月，原國家安全生產監督管理總局頒布了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條件》、AQ 1088—2011《煤礦噴涂堵漏風用高分子材料技術條件》和AQ 1090—2011《煤礦充填密閉用高分子發泡材料》4項強制性行業安全標準，于2011年12月1日正式實施。此4項標準的實施，對規范煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料的生產和供應市場，指導各煤礦企業招標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，起到了規范性和導向性作用。

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，行業內從事礦用高分子材料生產和供應的企業從2011版標準頒布時的3家激增到目前的60多家，這60多家企業中，多數為小作坊式非專業生產企業，供應的產品也形成了幾大類別、40多個品種，各生產企業在安全責任意識、生產管理、質量控制和技術水平等方面都有著很大差異，產品質量參差不齊，市場競爭秩序混亂，出現了劣質產品低價中標等亂象，導致煤礦井下因使用高分子材料而出現的著火、冒煙事故時有發生。仔細究其原因，是2011版標準中，部分安全要求太低，或缺少一些安全要求，無法避免劣質、低價的低安全性產品進入煤礦使用，不能滿足煤礦井下安全生產的需要。因此，為保障煤礦安全生產和礦工生命健康，出臺更高安全要求的強制性標準勢在必行。

結合2016年國家標準化委員會對現行強制性標準的整合行動，根據國務院標準化協調推進部際聯席會議關于《強制性標準整合精簡結論清單》的結論要求，將2011版4項行業強制性AQ標準整合制定為一項強制性標準，在剔除非安全性能指標要求后，把2011版4項AQ標準中的安全指標整合到一起，并根據現實的煤礦安全需求，調整和新增相應的安全指標，形成新的安全標準，用以規范當前形勢下的礦用高分子材料供應市場。因此，行業強制性安全標準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規范》（以下簡稱“本標準”）于2020年11月10日發布，2021年5月1日起實施。

標準的亮點及重要內容

第一，本標準集中規定了煤礦加固、堵水、充填和噴涂用高分子材料的安全性能要求，強制設定了與煤礦安全生產、礦工身體健康以及環保有潛在危險/危害關聯的閃點、最高反應溫度、氧指數、阻燃及延燃、抗靜電、有害物質限量、抗老化性能、水質影響、延燃性能、煙氣毒性指數等指標的安全范圍。不再對力學性能指標等非安全性指標作規定，而是把這些指標的選擇權交回給用戶，以便更好地適應使用現場的實際條件。

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

最高反應溫度：本標準將煤礦加固煤巖體用高分子材料的最高反應溫度設定為≤100℃，大幅提高了要求（2011版標準的要求是≤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場反應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，直接與井下煤體進行接觸和熱量交換，在施工過程中進行化學放熱反應，注漿量大時，大量材料積聚還會導致材料反應溫度進一步升高的問題。注漿材料產生的高溫，會加速其周邊煤體的氧化過程，一旦氧化過程進入到加速氧化階段，不久后就會出現注漿過程中或注漿完成后，煤體冒煙或著火的危險事故。因此，必須限制材料的最高反應溫度，避免煤體進入加速氧化過程而導致的著火冒煙事故。

表1 煤礦加固煤巖體用高分子材料亮點指標

設定本指標的依據如下：根據現行的AQ/T1019—2006《煤層自然發火標志氣體色譜分析及指標優選方法》標準的規定，標志氣體C2H4的出現，在一定程度上反映了煤自然發火的加速氧化階段，因而可按照出現標志氣體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溫度。控制材料的最高反應溫度，低于出現C2H4的加速氧化階段的臨界點溫度，使注漿區域的煤體不能進入加速氧化階段，就可有效避免煤自燃的潛在隱患發生。

為此，在收集匯總全國各采煤區域代表性煤礦開采煤層的自燃標志性氣體試驗報告65份后，對各代表礦煤層進入加速氧化階段的臨界溫度數據進行統計分析，結果是臨界溫度大于100 ℃的煤礦/煤層占比超過80%，也就是說，當規定最高反應溫度≤100 ℃時，能夠使80%以上的煤礦/煤層完全避免高分子材料注漿時的著火冒煙事故風險。同時，征集行業內各方意見和建議的行業研討會也驗證了，當前國內煤礦加固煤巖體用高分子材料生產企業的技術水平和生產工藝水平，能夠做到關于最高反應溫度≤100 ℃的要求。

氧指數：本標準新增加了氧指數要求，并規定氧指數≥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。氧指數指在規定的試驗條件下，試樣在氧氮混合氣流中進行有焰燃燒所需的最低氧濃度，以氧所占的體積百分數的數值來表示。一般來說，氧指數＜22的材料為易燃性材料，它們在空氣中就能迅速完全地燃燒；氧指數＞22的材料具有自熄性，即離開火源后火焰會自動熄滅；氧指數＞28時，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用時不會變成有著火安全隱患的材料。當材料的氧指數≥28時，意味著材料燃燒時的氧濃度應達到28%以上，而煤礦井下環境中的氧氣濃度一般不會超過20%，因而氧指數大于28的材料就成為了難燃材料。

第三，針對煤礦堵水用高分子材料，細化了抗老化性能和水質影響的要求（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度，而出現二次涌水的安全事故。為適應行業新材料技術的發展和應用，更客觀地反映煤礦堵水用高分子材料真實的抗老化性能，標準規定抗老化性能的評判指標為“表面無變化，抗壓強度損失≤5%”。

表2 煤礦堵水用高分子材料亮點指標

由于環境的影響，如在光、熱、高能輻射的長期作用下，高聚物的組成和結構發生物理和化學的變化，產生如塑性變脆、強度降低、龜裂等現象，統稱為高聚物的老化。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的功能需求。

水質影響：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通，考慮生活用水的安全性和環保性，本標準規定了其對水質影響的要求，并根據材料特性，細化規定總硬度、氯化物、硫酸鹽、鋅、砷、鎘、鉛、汞和化學需氧量共9項指標必須符合GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》規定的質量要求。

第四，針對煤礦充填密閉用高分子發泡材料，本標準新增了延燃性能和煙氣毒性指數兩項要求，以進一步考核發泡材料在阻燃方面和環境健康方面的性能（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定，在煤礦火災情況下，泡沫材料極易成為傳遞火勢和助燃的物品，放大火災危害。為此，必須對其延燃性能進行規定。參照英國標準BS 5946—1980《Method of test for determination of the punking behaviour of phenolformaldehyde foam》，設定了材料延燃性能的試驗方法和評判標準。

表3 煤礦充填密閉用高分子發泡材料亮點指標

煙氣毒性指數：煤礦充填密閉用高分子發泡材料經常在煤礦井下用于火區封閉，材料易受到火焰的灼燒，出于對井下作業工人安全和健康的考慮，泡沫材料灼燒后產生的煙氣不應對人體產生任何危害。參照英國標準NES 713《Determination of the Toxicity Index of the Products of Combustion from Small Specimens of Materials》設定了煙氣毒性指數要求，此指數越大，說明釋放的氣體的毒性越高。本標準規定根據英國NES 713標準進行煙氣毒性指數檢測，并設定煙氣毒性指數≤5的評判標準。

第五，針對煤礦噴涂堵漏風用高分子材料，本標準新增了氧指數≥28的要求（見表4）。

氧指數：為了保證噴涂材料的使用安全，本標準新增了氧指數要求，且規定噴涂材料的氧指數應≥28，使井下使用的噴涂材料都達到難燃級別。噴涂堵漏風用高分子材料在煤礦井下應用時一般是大面積表面噴涂，如果其阻燃性能不達要求，表面噴涂材料容易變成助燃和延燃的物質。

表4 煤礦噴涂堵漏風用高分子材料亮點指標

第六，關于檢驗規則，除了常規的出廠檢驗、型式檢驗外，本標準新增了針對礦用高分子材料的使用方現場檢驗，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了最后一道關口。

標準尚存在的不足

由于起草時間上的倉促，加上煤礦井下實際應用的發展和變化，本標準尚存在一些不足，一是對于煤礦充填密閉用高分子發泡材料，所引用的有害物質限量的測試方法存在適應性問題，該測試方法造成高分子發泡材料在測試過程中發生逆向反應，致使測試數據不穩定，且極少有發泡材料能通過該方法的檢測，需要盡快修改有害物質限量的檢測方法。

二是關于噴涂堵漏風用高分子材料，隨著噴涂用高分子材料在我國煤礦應用的自我發展和不斷增多，現在所用的噴涂材料都是多組分現場反應型高分子材料，已超出了2011版標準定義的適用范圍。所以修改標準的適應范圍和相關技術指標要求，來適應煤礦井下的實際應用需求的變化，是接下來要做的修訂工作。