AQ1116—2020标准解读

文/徐忠正

AQ 1116—2020《煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料通用安全技术规范》于2020年11月10日发布，2021年5月1日起实施，本文将对此标准的重点内容进行解读。

煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料，作为解决煤矿安全生产重大危害问题的关键技术，已经广泛应用在围岩控制、瓦斯治理、防灭火、防治水等重大煤矿安全生产领域，解决了传统方法难以解决的诸多问题，其应用领域甚至已拓展到重大事故应急抢险救援中。由于其安全、高效、快捷，近20年来，煤矿用高分子材料已逐渐成为煤矿安全生产不可或缺的安全保障技术。各类矿用高分子材料的具体应用如下。

一是煤矿加固煤岩体用高分子材料，解决工作面塌冒治理及顶板维护、巷道加固和破碎地质条件下的围岩固化等安全问题。主要应用有：煤、岩体加固，包括井巷工程加固、工作面片帮、冒顶治理、过断层施工等；重大事故救援，包括超大范围冒顶、大范围塌方等灾后快速救援和恢复生产。

二是煤矿堵水用高分子材料，解决煤矿井巷工程堵水、工作面涌水封堵和顶板涌水治理等安全问题。主要应用有：防治水，包括井筒、巷道、硐室等防治水处理、涌水通道快速封堵等；重大事故救援，包括突涌水、大水等灾后快速救援和恢复生产。

三是煤矿充填密闭用高分子发泡材料，解决煤矿瓦斯治理、井下火灾防治和矿井通风控制等安全问题。主要应用有：瓦斯防治，包括瓦斯抽放钻孔密封、瓦斯抽采钻场的密闭、煤巷掘进工作面瓦斯异常涌出快速封堵等；充填密闭，包括顶板垮落区、冒空区充填、主动接顶充填，工作面上/下隅角密闭，密闭墙体构筑、壁后充填等；重大事故救援，包括大范围塌方冒顶、瓦斯和一氧化碳大量涌出的灾前控制、火区封闭等灾后快速救援和恢复生产。

四是煤矿喷涂堵漏风用高分子材料，解决煤岩体喷涂堵漏风、瓦斯治理和矿井防灭火等问题。

鉴于煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料在预防和解决煤矿安全生产问题中的重要性，为了规范行业内煤矿用高分子材料的应用，2011年7月，原国家安全生产监督管理总局颁布了AQ 1089—2011《煤矿加固煤岩体用高分子材料》、AQ 1087—2011《煤矿堵水用高分子材料技术条件》、AQ 1088—2011《煤矿喷涂堵漏风用高分子材料技术条件》和AQ 1090—2011《煤矿充填密闭用高分子发泡材料》4项强制性行业安全标准，于2011年12月1日正式实施。此4项标准的实施，对规范煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料的生产和供应市场，指导各煤矿企业招标采购安全型高分子注浆材料，以及为保证其安全使用等方面，起到了规范性和导向性作用。

但是，随着煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料的普遍使用，行业内从事矿用高分子材料生产和供应的企业从2011版标准颁布时的3家激增到目前的60多家，这60多家企业中，多数为小作坊式非专业生产企业，供应的产品也形成了几大类别、40多个品种，各生产企业在安全责任意识、生产管理、质量控制和技术水平等方面都有着很大差异，产品质量参差不齐，市场竞争秩序混乱，出现了劣质产品低价中标等乱象，导致煤矿井下因使用高分子材料而出现的着火、冒烟事故时有发生。仔细究其原因，是2011版标准中，部分安全要求太低，或缺少一些安全要求，无法避免劣质、低价的低安全性产品进入煤矿使用，不能满足煤矿井下安全生产的需要。因此，为保障煤矿安全生产和矿工生命健康，出台更高安全要求的强制性标准势在必行。

结合2016年国家标准化委员会对现行强制性标准的整合行动，根据国务院标准化协调推进部际联席会议关于《强制性标准整合精简结论清单》的结论要求，将2011版4项行业强制性AQ标准整合制定为一项强制性标准，在剔除非安全性能指标要求后，把2011版4项AQ标准中的安全指标整合到一起，并根据现实的煤矿安全需求，调整和新增相应的安全指标，形成新的安全标准，用以规范当前形势下的矿用高分子材料供应市场。因此，行业强制性安全标准AQ 1116—2020《煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料通用安全技术规范》（以下简称“本标准”）于2020年11月10日发布，2021年5月1日起实施。

标准的亮点及重要内容

第一，本标准集中规定了煤矿加固、堵水、充填和喷涂用高分子材料的安全性能要求，强制设定了与煤矿安全生产、矿工身体健康以及环保有潜在危险/危害关联的闪点、最高反应温度、氧指数、阻燃及延燃、抗静电、有害物质限量、抗老化性能、水质影响、延燃性能、烟气毒性指数等指标的安全范围。不再对力学性能指标等非安全性指标作规定，而是把这些指标的选择权交回给用户，以便更好地适应使用现场的实际条件。

第二，针对煤矿加固煤岩体用高分子材料，提高了对最高反应温度的要求，并新增了氧指数要求（见表1）。

最高反应温度：本标准将煤矿加固煤岩体用高分子材料的最高反应温度设定为≤100℃，大幅提高了要求（2011版标准的要求是≤140℃），以保证材料在煤矿井下的使用安全。煤矿加固煤岩体用高分子材料的现场反应温度是其最重要的安全性能之一，由于材料在煤矿井下使用过程中，直接与井下煤体进行接触和热量交换，在施工过程中进行化学放热反应，注浆量大时，大量材料积聚还会导致材料反应温度进一步升高的问题。注浆材料产生的高温，会加速其周边煤体的氧化过程，一旦氧化过程进入到加速氧化阶段，不久后就会出现注浆过程中或注浆完成后，煤体冒烟或着火的危险事故。因此，必须限制材料的最高反应温度，避免煤体进入加速氧化过程而导致的着火冒烟事故。

表1 煤矿加固煤岩体用高分子材料亮点指标

设定本指标的依据如下：根据现行的AQ/T1019—2006《煤层自然发火标志气体色谱分析及指标优选方法》标准的规定，标志气体C2H4的出现，在一定程度上反映了煤自然发火的加速氧化阶段，因而可按照出现标志气体C2H4的临界温度，来确定煤矿煤岩体加固用高分子材料的最高反应温度。控制材料的最高反应温度，低于出现C2H4的加速氧化阶段的临界点温度，使注浆区域的煤体不能进入加速氧化阶段，就可有效避免煤自燃的潜在隐患发生。

为此，在收集汇总全国各采煤区域代表性煤矿开采煤层的自燃标志性气体试验报告65份后，对各代表矿煤层进入加速氧化阶段的临界温度数据进行统计分析，结果是临界温度大于100 ℃的煤矿/煤层占比超过80%，也就是说，当规定最高反应温度≤100 ℃时，能够使80%以上的煤矿/煤层完全避免高分子材料注浆时的着火冒烟事故风险。同时，征集行业内各方意见和建议的行业研讨会也验证了，当前国内煤矿加固煤岩体用高分子材料生产企业的技术水平和生产工艺水平，能够做到关于最高反应温度≤100 ℃的要求。

氧指数：本标准新增加了氧指数要求，并规定氧指数≥28，以此来确保煤矿加固煤岩体用高分子材料自身是难燃或不燃材料，从而保证使用安全。氧指数指在规定的试验条件下，试样在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度，以氧所占的体积百分数的数值来表示。一般来说，氧指数＜22的材料为易燃性材料，它们在空气中就能迅速完全地燃烧；氧指数＞22的材料具有自熄性，即离开火源后火焰会自动熄灭；氧指数＞28时，材料即具有不燃特性，属于难燃性材料。

煤矿加固煤岩体用高分子材料是在煤矿井下使用最多和最普遍的注浆用高分子材料，要求其具有难燃或不燃的特性，这样才能保证其在井下应用时不会变成有着火安全隐患的材料。当材料的氧指数≥28时，意味着材料燃烧时的氧浓度应达到28%以上，而煤矿井下环境中的氧气浓度一般不会超过20%，因而氧指数大于28的材料就成为了难燃材料。

第三，针对煤矿堵水用高分子材料，细化了抗老化性能和水质影响的要求（见表2）。

抗老化性能：为了保证堵水安全，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强度，而出现二次涌水的安全事故。为适应行业新材料技术的发展和应用，更客观地反映煤矿堵水用高分子材料真实的抗老化性能，标准规定抗老化性能的评判指标为“表面无变化，抗压强度损失≤5%”。

表2 煤矿堵水用高分子材料亮点指标

由于环境的影响，如在光、热、高能辐射的长期作用下，高聚物的组成和结构发生物理和化学的变化，产生如塑性变脆、强度降低、龟裂等现象，统称为高聚物的老化。高分子堵水材料使用于井下堵水工程，必须满足一定工程使用期限内的功能需求。

水质影响：堵水用高分子材料在使用中与水直接接触，部分水源与生活水源直接或间接联通，考虑生活用水的安全性和环保性，本标准规定了其对水质影响的要求，并根据材料特性，细化规定总硬度、氯化物、硫酸盐、锌、砷、镉、铅、汞和化学需氧量共9项指标必须符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》规定的质量要求。

第四，针对煤矿充填密闭用高分子发泡材料，本标准新增了延燃性能和烟气毒性指数两项要求，以进一步考核发泡材料在阻燃方面和环境健康方面的性能（见表3）。

延燃性能：煤矿充填密闭用高分子发泡材料在井下一般是大体积使用，充填容积从几十立方米到上千立方米，如果材料的延燃性不符合规定，在煤矿火灾情况下，泡沫材料极易成为传递火势和助燃的物品，放大火灾危害。为此，必须对其延燃性能进行规定。参照英国标准BS 5946—1980《Method of test for determination of the punking behaviour of phenolformaldehyde foam》，设定了材料延燃性能的试验方法和评判标准。

表3 煤矿充填密闭用高分子发泡材料亮点指标

烟气毒性指数：煤矿充填密闭用高分子发泡材料经常在煤矿井下用于火区封闭，材料易受到火焰的灼烧，出于对井下作业工人安全和健康的考虑，泡沫材料灼烧后产生的烟气不应对人体产生任何危害。参照英国标准NES 713《Determination of the Toxicity Index of the Products of Combustion from Small Specimens of Materials》设定了烟气毒性指数要求，此指数越大，说明释放的气体的毒性越高。本标准规定根据英国NES 713标准进行烟气毒性指数检测，并设定烟气毒性指数≤5的评判标准。

第五，针对煤矿喷涂堵漏风用高分子材料，本标准新增了氧指数≥28的要求（见表4）。

氧指数：为了保证喷涂材料的使用安全，本标准新增了氧指数要求，且规定喷涂材料的氧指数应≥28，使井下使用的喷涂材料都达到难燃级别。喷涂堵漏风用高分子材料在煤矿井下应用时一般是大面积表面喷涂，如果其阻燃性能不达要求，表面喷涂材料容易变成助燃和延燃的物质。

表4 煤矿喷涂堵漏风用高分子材料亮点指标

第六，关于检验规则，除了常规的出厂检验、型式检验外，本标准新增了针对矿用高分子材料的使用方现场检验，为保证只有安全性能合格的高分子材料方能入井使用增设了最后一道关口。

标准尚存在的不足

由于起草时间上的仓促，加上煤矿井下实际应用的发展和变化，本标准尚存在一些不足，一是对于煤矿充填密闭用高分子发泡材料，所引用的有害物质限量的测试方法存在适应性问题，该测试方法造成高分子发泡材料在测试过程中发生逆向反应，致使测试数据不稳定，且极少有发泡材料能通过该方法的检测，需要尽快修改有害物质限量的检测方法。

二是关于喷涂堵漏风用高分子材料，随着喷涂用高分子材料在我国煤矿应用的自我发展和不断增多，现在所用的喷涂材料都是多组分现场反应型高分子材料，已超出了2011版标准定义的适用范围。所以修改标准的适应范围和相关技术指标要求，来适应煤矿井下的实际应用需求的变化，是接下来要做的修订工作。