贵州盘江精煤股份有限公司 553536
摘要：高分子材料广泛用于煤矿井下煤岩体加固、注浆和堵漏等场所，近年全国煤矿在使用高分子材料中发生的事故已超过百起，其中使用加固煤岩体高分子材料居多，故高分子材料的使用与安全管理亟待加强。介绍了高分子材料的类型特点，并指出了煤矿用高分子材料生产使用中存在的主要问题。为充分了解高分子材料在煤矿井下使用过程中存在的安全隐患，通过实验室模拟，对高分子材料的安全特性进行实验分析研究，并为提高我国煤矿高分子材料使用的安全提出了合理化建议。
关键词：高分子材料；加固煤岩体高分子材料；安全特性；试验研究
引言
1高分子材料存在的主要安全问题
1.1产品生产环节
1.1.1 原材料质量与产品配方的控制
化工类产品的原材料质量等级决定着产品的最终质量，该行业生产原材质量不合格、以次充好、添加剂不能按量添加、反应釜的反应时间、反应温度、反应进程不能严格控制等情况大量存在，从而导致产品质量的下降。
1.1.2 产品的行业管理失控
用于同一用途的高分子材料，其组分相差较大，部分产品组分已属危险化学品范畴，但该产品的生产、运输、存储、使用等均未按危险化学品进行管理，缺乏相应的规章制度、安全技术措施及应急防护措施。对此类情况，应对各类产品进行筛选，对确属危险化学品的，应严格按国家 《危险化学品管理条例》 以及相关行业要求进行管理。
1.2产品采购验收及储存
1.2.1 采购验收
目前，采购人员对产品了解不足，对产品的技术指标、适用环境等均不了解。用户对高分子化学材料产品了解较少，缺少相应的验收人员和手段，对采购产品验收时走过场，有些验收也仅取少量产品测试反应温度、反应时间等简单指标。此外，许多高分子化学材料的包装物强度、阻燃、抗静电指标均不符合要求，包装上缺少明确标示、标志，各厂家以技术秘密为由，不告知化学品成分，已有情况表明产品组分存在假冒、以次带好的现象。
1.2.2 产品储存高分子材料
一般是由主剂和各种助剂复配而成，在常温下混合就能发生反应，因此，应在常温下避光保存，且每种高分子材料的储存都有特殊要求，如酚醛树脂存放温度要求低温保存。未按要求存放的材料会影响材料的使用性能，如强度降低、阻燃性能下降等。从国内现状看，绝大部分各煤矿也未对高分子材料的储存环境进行特殊管理。
2高分子注浆加固材料模拟试验
图 1 及实验过程可以看出：（1）未加水时，A组分和 B组分的凝胶时间约为 1.5 min；加水后，两组分的凝胶时间增长，约为 2 min。（2）未加水时，在 23 ℃环境温度下进行测试，分别采用总体为 200、250、2 000 mL 的 A/B料反应，最高反应温度变化不大（131~135 ℃）。（3）未加水时，在 23 ℃环境温度下进行测试，分别采用总体为 200、250、2 000 mL 的 A/B料反应，反应温度的保持时间和降温时间随着用量的增加而增大。（4）加水后，在 23 ℃环境温度下进行测试，分别采用总体为 200、250 mL的 A/B料反应，最高反应温度明显变大，增加到 >140 ℃。同时，材料开始发泡，其体积急剧膨胀，反应温度的保持时间增加，温降时间缩短。（5）加水后，在 23℃环境温度下进行测试，分别采用总体为 200、250 mL的 A/B料反应，随着反应用量的增加，反应温度的保温时间增大，温降时间也增加。3.3 阻燃实验依据 MT113-1995 试验方法，来对比加水之后的煤矿加固煤岩体用高分子材料的阻燃特性的变化情况。
3预防措施的建议
为进一步提高高分子材料的安全性，改善高分子材料的现状，提出如下建议：1）提高产品生产制造准入门槛，提升产品专业化水平。该类产品生产属于化工产品生产过程，企业应建立健全安全生产责任制和相关的安全生产制度。生产时，要做好生产员工的个人安全防护，严格按照操作规程和工艺规程进行操作。应严格控制原材料质量，当原材料发生大的变化时需进行配方调整，保证生产出合格的煤矿用高分子材料。2）科学使用，加强维护管理。目前市场使用的加固煤岩体用材料主要有聚氨酯类和硅酸盐类。而酚醛树脂类、脲醛树脂类由于其使用性能（如抗压性能、黏接强度等）不能满足加固类标准的要求，主要用于煤矿的充填密闭。高分子注浆材料在煤矿井下使用时应严格按照以下要求进行：（1）准确把握注浆材料用量，A、B 组分类装运，分类存放，井下不得存储高分子材料。（2）同一施工地点不得使用不同类型、不同性能、不同厂家的高分子材料及其他化学材料。（3）严禁多孔同时注浆，单孔一次注入最大剂量不得超过 5 组（每组 A、B 组分别不得超过 125kg）；当注浆时，端面顶帮出现掉渣及片帮等现象，应立即停止注浆；注浆眼及顶帮端面出现浆液也应立即停止注浆，一般每眼注浆时间以 10 ～ 20 min为宜。（4）严禁向冒高区、空洞区等较大空间内注浆，只能向松散煤岩体注浆，防止注浆材料大量聚积放热反应。（5）施工前高压供水管路延接到施工地点，干粉、CO2灭火器材配备齐全；施工地点设专人监测一氧化碳、氧气和温度变化情况。注浆过程中每 10min 至少观测 1 次，当发现煤体温度及一氧化碳异常时，立即停止工作面内全部作业，按照事先制定的应急预案及时处理。（6）注浆结束后，施工现场继续监测一氧化碳、氧气和温度变化情况，连续观测时间不得低于16 h，每20 min 至少观测一次。3）加强标准体系研究，完善标准和法规。2011年发布实施的 AQ 1087 ～1090 四项标准，在规范煤矿堵水、喷涂堵漏、加固煤岩体和充填密闭用高分子材料的生产、检验等方面发挥了一定作用。但在实际使用中发现：一是有部分内容规定不合理，如对“闪点”及试验方法的规定；二是“最高反应温度”一项不能反映实际使用过程中的安全性；三是部分项目可操作性不强，如对“抗冻融性能”要求 200 个循环，一个循环至少需要24 h；四是标准中“有害物质限量”表述比较模糊，应当根据材料类型进行具体化。建议增加材料烟气毒性检测，定量检测有毒有害气体含量（HCN、NO、CO、卤酸气体等）。可采用GB /T 20285—2006《材料产烟毒性危险分级》 进行危险等级划分。建议在《煤矿安全规程》中增加对高分子材料使用场所的规定。4）加强制度建设，落实岗位责任制。为保障作业人员的安全健康、防范事故，煤矿在使用产品前应当进行安全性、环保性评估。因为有些高分子注浆材料有刺激性气味，操作不当会危及自身和他人的安全健康，同时因不当的注浆施工工艺引发的煤层着火事故也时有发生。煤矿注浆施工人员和现场管理人员需要接受安全技术教育和专业培训，并取得相应的资格证书方能上岗。同时，应加大执法和监管力度，杜绝隐患。
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图 1 不同质量聚氨酯的反应温度
结束语
综合以上安全特性的试验研究，得出以下几点结论：①高分子材料温度对闪点影响较大，降低了闪点值；②加水量对凝胶时间、最高反应温度、反应温度保温时间、阻燃性能均有正向影响；③AB料容量大小对反应温度产生影响，反应温度的保持时间和降温时间随着用量的增加而增大。为进一步提高高分子材料的安全性，改善高分子材料的安全现状，提出以下几点建议。（1）加强产品质量控制，生产方应严格按照操作规程和工艺规程进行操作，严格控制原材料质量，当原材料发生较大变化时需进行配方调整，保证生产过程中有效控制。（2）采购方材料验收应严格按照行业标准及企业的规定执行，避免只核查采购数量，不验收产品质量，最好做到每批检验，每半年或 1 a 进行 1次型式检验。（3）使用方准确把握注浆材料用量，不同组份分类装运，分类存放，井下不得存储高分子材料；同一施工地点不得使用不同类型、不同性能、不同厂家的高分子材料及其他化学材料。（4）安全使用、管理等存在薄弱环节，应制定规范性的法律法规文件，对高分子材料的储存、运输、使用等方面进行规范和要求。（5）加强生产企业和煤矿用户的安全意识，责任意识，同时增强安全监管，保证相关安全技术措施的审批能够贯彻落实
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