安全生产行业标准.docx
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安全生产行业标准
安全生产行业标准
煤矿用高分子化学充填密闭泡沫
（征求意见稿）
编制说明
济宁浩珂矿业工程设备有限公司
2009年4月
煤矿用高分子化学充填密闭泡沫
编制说明
一、任务来源和工作过程
《煤矿用高分子化学充填密闭泡沫》安全生产行业标准项目是由国家安全生产监督管理总局安监总政法（2008）144号文件批准，中国煤炭工业协会中煤协会科技〔2008〕107号文件下达，标准项目计划编号：
2008-AQ-004。
该标准项目由全国安全生产标准化技术委员会煤矿安全分会提出并归口；由济宁浩珂矿业工程设备有限公司、中国煤炭工业协会生产力促进中心、中国矿业大学、淮北矿业集团公司共同参加起草。
本标准在编制过程中，对国内外高分子化学充填密闭泡沫的性能特点、制造水平、使用情况、检测水平进行了全面调查、深入研究和分析对比。
。
国家采煤机械质量监督检验中心、山东大学土建与水利学院测试中心、山东省分析测试中心、中国矿业大学岩层控制实验室、中国矿业大学能源与安全工程学院进行反复试验并广泛征求了煤矿用户的意见，参考了国际国内相关标准的基础上，起草了《煤矿用高分子化学充填密闭泡沫》AQ标准征求意见稿。
并于2009年3月13日-14日召开了煤矿安全标准（初稿）研讨会，召集行业内厂家、科技单位和用户对标准初稿的总体框架和主要技术内容等进行了修订意见的讨论。
本标准征求意见稿由郑厚发、李学俊、张凯、李峰、屈凡瑞、李钊、刘国栋、尹爱国、孙铁霞、金兆涛、周海贞等人参与起草。
二、标准编制目的和原则
我国现已成为世界贸易组织正式成员，市场全球化、经济一体化成为世界潮流。
煤炭行业作为中国能源结构的主体，已经融入到世界经济一体化之中。
随着煤炭工业安全生产信息与技术国际化交流的日趋广泛与深入，高分子化学材料作为解决煤矿安全生产的先进技术，已被国内引进、消化、吸收。
高分子化学充填密闭泡沫在解决煤矿瓦斯治理、井下火灾防治和矿井通风控制等安全问题中，以其安全、高效和快捷等特点得到广泛的推广和应用。
目前，在德国、美国、澳大利亚、南非、波兰等主要采煤国家，对高分子化学材料在煤矿的应用均有相关标准和规范性文件。
国内煤矿采用高分子化学充填密闭泡沫也已有十余年的历史，并且已有部分企业生产此类材料，应用技术也趋于成熟。
但目前国内没有统一的煤矿用高分子化学材料标准，不利于其安全应用及有效推广。
虽然一些生产厂制定了企业标准，在检验与控制产品质量、保证煤矿充填与密闭工程质量中发挥了积极作用，但是由于各企业技术指标及试验方法不够统一，造成了产品的安全性能与质量的参差不齐，不利于在整个行业的推广和应用。
鉴于上述情况，为了适应国内煤矿安全形势需要，与国际接轨，规范材料的检验和应用，使材料自身安全性能及应用中的可靠性有据可依，在全国范围内统一技术指标、要求与试验方法，制定《煤矿用高分子化学充填密闭泡沫》行业标准就非常必要。
本标准征求意见稿按照以下原则进行编制：
1）在调研及试验验证的基础上，参照国内外相关标准，以满足现代煤矿工程使用需要为目的，充分考虑目前煤矿用高分子化学材料的生产现状和发展方向，力求制定的标准既科学先进，又切合国内实际情况；
2）重点突出、科学合理，按照科学发展观的要求，体现当今技术进步、经济发展与对标准需求相适应的原则；
3）本标准应在确保煤矿安全生产的前提下，对煤矿入井实施充填和密闭行为的高分子化学泡沫材料的产品性能和安全要求进行规范管理；
4）本标准应根据成熟的高分子化学泡沫充填密闭工艺和技术水平，制订高分子充填密闭泡沫材料的技术指标；
5）协调一致、系统配套，体现结构合理、层次分明，标准间互相协调、互为补充的原则；
6）贯彻落实“采标”方针，不断提高我国安全生产行业标准化水平，体现积极采用国际标准和国外先进标准的原则；
7）根据行业发展需要，制定切实可行的行业标准，体现行业标准为行业安全、高效、健康发展服务的宗旨。
三、编制依据
此次制定标准的依据：
1）总结了国内生产和使用煤矿用高分子化学充填密闭泡沫的实践经验和科学研究的成果；
2）根据工程使用要求与试验验证结果，参考了生产企业的企业标准和相关的技术资料；
3）在试验方法上采用了现行的国家标准和行业标准，以保证标准中技术指标的准确性、科学性与可比性。
四、标准主要技术内容确定的说明
1、范围
本标准的范围涉及煤矿用高分子化学充填密闭泡沫的术语和定义、产品分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
本标准适用于煤矿井下空间充填、气体密闭用现场施工的高分子化学泡沫。
2、规范性引用文件
GB190危险货物包装标志
GB/T191包装储运图示标志（ISO780:
1997,MOD）
GB/T2406-1993塑料燃烧性能试验方法氧指数法（ISO4589:
1984,NEQ）
GB/T3536-2008石油产品闪点和燃点的测定克利夫兰开口杯法（ISO2592:
2000，MOD）
GB/T6343-1995泡沫塑料和橡胶表观（体积）密度的测定（ISO845:
1988,NEQ）
GBT6680-2003液体化工产品采样通则
GB/T8811-2008硬质泡沫塑料尺寸稳定性试验方法（ISO2796:
1986,IDT）
GB/T8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定（ISO844:
2004,IDT）
AQ1044-2007矿井密闭防灭火技术规范
MT113-1995煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则
《煤矿安全规程》国家安全生产监督管理总局（2006年）
澳大利亚NSW主要工业部门“煤矿井下使用的非金属物质测试”（AustralianNSWDepartmentofPrimaryIndustries,TestingofNon-metallicMaterialsforUseinUndergroundCoalMine）
澳大利亚NSW矿产资源部门“矿井安全技术服务物质材料测试”NO.98/1070（AustralianNSWDepartmentofMineralResources,MineSafetyTechnologyServices,MaterialsTesting）
德国煤矿管理总局，“盖斯伯格第五部分第四章，关于第四章附件五中规定的煤矿工人安全防护的条例的认定测试，针对产品的测试程序和测试条件”（GERMANBUREAUOFMINESTestingConditionsConcerningApprovalsRegardingChapter4inrationwithAnnex5fromMiningRegulationsConcerningHealthProtectionoftheEmployees,TestingProceduresandConditionsforProductsChapter4Gesberg5）
3、术语和定义
本标准设立“术语和定义”一章，对本标准使用的术语进行了定义。
1）煤矿用高分子化学充填密闭泡沫Minechemicallyfillingandsealingfoampolymer
指由高分子化合物为主剂，配以添加剂、填料等组分混合形成的注浆产品经化学反应，通过充填工艺现场快速膨胀成型的轻质密闭固体泡沫材料。
2）泡沫材料cellularmaterial
整个体积内含有大量均匀分布气孔（开口气孔、封闭气孔或二者皆有）的材料。
3）尺寸稳定性dimensionalstability
试样在特定温度和相对湿度条件下放置一定时间后，互相垂直的三维方向上产生的不可逆尺寸变化。
本定义参考了GB/T8811-2008硬质泡沫塑料尺寸稳定性试验方法。
4、产品分类
本标准中将高分子泡沫材料按照泡沫体受力特点和使用性能不同分为了两类：
P类：
用于需承载的充填密闭空间，例如采掘工作面冒顶空间、承压密闭墙体等类似可能需要整体承压的用途。
其使用地点完成施工后，不仅对高分子泡沫体的充填密闭性能进行要求，而且受使用地点条件的影响，高分子泡沫体还将承受例如顶板下沉、围岩膨胀、支架抬升等外力作用，对其整体承载能力进行要求，能够保证在一定的外部载荷作用下，继续保持充填密闭效果。
对承压泡沫材料的要求为10%变形下的抗压强度能到达到10Kpa。
该项指标参考《GBT8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定》，其原理为：
对试样垂直施加压力，可通过计算得出试样承受的应力。
如果应力最大值对应的相对形变小于10%，称其为“压缩强度”。
如果应力最大值对应的相对形变达到或超过10%，取相对形变为10%时的压缩应力为试验结果，称其为“相对形变为10%时的压缩应力”；70%变形下的抗压强度能到达到40Kpa。
本标准中规定的高分子充填密闭泡沫材料均为塑性材料，应能保证其在受压大变形条件下不发生破碎、开裂而失去整体承载和支撑效果。
N类：
用于非承载的充填密闭空间，其作用仅为空间置换、充填及临时密闭。
例如瓦斯抽放钻场、采煤工作面上下隅角、巷道临时快速密闭、工作面瓦斯涌出区域临时性密闭及其他仅需要类似自体支撑的用途。
分类的代表字母是按照其英文单词的第一个字母编序的，承压（Pressure）和非承压（Non-pressure）。
5、要求
本标准按照一般要求、安全、卫生和环境保护要求及工艺要求对高分子泡沫进行规范性要求。
鉴于煤矿生产的特殊性及其突出行业标准特色，充填密闭泡沫不仅需满足煤矿井下充填密闭的使用要求，而且应满足工作条件要求、安全、卫生和环境保护要求、工艺要求三个方面。
由于该材料属于现场施工类产品，需在充填密闭地点按照工艺要求进行施工，因此对其安全卫生和环保要求必须进行强制。
安全、卫生和环境保护要求作为本标准的强制性条款，在标准中也采用陈述性语言进行表述，在编制说明中不再赘述，应在使用过程中严格遵守和达到标准要求的水平。
温度对材料的反应性能有一定影响，按照目前行业内煤矿用高分子充填密闭泡沫的材料性能，在煤矿井下最适宜的施工温度为10℃—35℃。
具体情况可参照各生产厂家的产品说明进行使用。
关于材料在井下聚合中的对环境有害气体的释放情况，因为国内目前没有煤矿井下聚合材料关于有毒有害气体释放的相关标准规定，建议参照GB18583-2008室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量进行测定，并且煤矿井下通风相对室内装饰来说，风量和风速较大。
而且在德国煤矿井下测试结果，并提出以下限制标准：
“根据最新的实践情况，当使用产品时必须要采取一切办法确保维持以下的限制。
苯酚（现行的限制是5ppm或者19mg/m3）、甲醛（现行的限制是0.5ppm或者0.6mg/m3）。
该数据来源参考澳大利亚NSW矿产资源部门“矿井安全技术服务物质材料测试”NO.98/1070（AustralianNSWDepartmentofMineralResources,MineSafetyTechnologyServices,MaterialsTesting）。
由BBG研究机构进行有毒物质检测的地下实验测量时，显示每分钟泵送1千克的混合物时，在产品的反应过程中的工作现场的空气流量超过33.3m3/min，就不会超过苯酚和甲醛的最大限制。
因此没有可能过度集中而产生甲醛和苯酚。
”这一内容在标准规范性附录中做了相关要求。
下面对充填密闭泡沫技术要求进行逐条说明：
1）外观和感官要求
树脂和固化剂均为液体材料，均匀，无结块，允许轻微杂色和轻微分层。
2）闪点
闪点是指石油等液体产品在规定条件下，加热到它的蒸汽与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度。
标准中对充填密闭泡沫原材料的闪点规定为不应低于100℃。
3）最高反应温度
由于充填密闭泡沫在使用过程中直接和井下煤体进行接触和热量交换，并且材料在现场施工过程中由于其属于化学放热反应，存在反应温度是否对煤炭产生影响的问题。
在此对其最高反应温度进行了规范。
依照德国LOBA（GERMANBUREOUOFMINE）要求对此类材料的最高反应温度规定为不超过100℃，结合国内试验及产品反应特性，考虑技术进步、国内产品现状和使用工艺特点，将P类产品的最高反应温度定为不超过95℃。
N类产品属于临时密闭用，尤其使用在煤体着火时的快速密封和冷却降温，因此对该类材料的最高反应温度定为不放热。
4）膨胀倍数
为了保证施工空间的充填密度效果，保证接顶等目的，对材料的膨胀倍数提出了规范性要求，并且出于对安全高效的保障煤矿安全生产以及降低工人劳动强度和为达到煤矿井下快速充填密闭效果。
目前，行业内对高分子化学充填密闭材料要求其为快速膨胀型泡沫材料，并且与低膨胀型充填密闭材料进行区分。
提出此项指标的原因是这一数值能够直观反应其作为泡沫膨胀型材料的膨胀性能。
本指标划分参照GBT20974-2007绝热用硬质酚醛泡沫制品（PF）4.1.2按制品的体积密度分为三类：
A类，ρ≤60kg/m3；B类，60kg/m3＜ρ≤120kg/m3；C类，ρ＞120kg/m3，ρ为泡沫体积密度，并且根据该类材料的原始密度确定了本标准规定的参数。
因为P类材料主要用于煤矿井下永久性密闭，在本标准中规定P类材料的膨胀倍数不小于30倍，N类材料材料主要用于煤矿井下临时性密闭，考虑其材料性能的现场要求，规定其膨胀倍数不小于20倍。
5）尺寸稳定性
为保证实施充填密闭泡沫后，材料自体不收缩和变形，保证其密封效果，防止发生漏风等密闭失效。
在本标准中对材料的尺寸稳定性提出了规范要求。
尺寸稳定性是指试样在特定温度和相对湿度条件下放置一定时间后，互相垂直的三维方向上产生的不可逆尺寸变化。
因此对于充填密闭泡沫材料，尤其P类材料可用于矿井永久密闭，必须要求其具有很高的尺寸稳定性，因此在本标准中该参数P类材料明显高于N类材料。
以保证充填密闭后，不会因为尺寸变化发生漏风等原因导致密闭失效。
6）抗压强度
针对承压型泡沫材料，在工作过程中需表现其承载特征，即具有一定的抵抗变形能力。
对承压泡沫材料的要求为10%变形下的抗压强度能到达到10Kpa。
该项指标参考GB/T8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定，其原理为：
对试样垂直施加压力，可通过计算得出试样承受的应力。
如果应力最大值对应的相对形变小于10%，称其为“压缩强度”。
如果应力最大值对应的相对形变达到或超过10%，取相对形变为10%时的压缩应力为试验结果，称其为“相对形变为10%时的压缩应力”；70%变形下的抗压强度能到达到40Kpa。
本标准中规定的高分子充填密闭泡沫材料均为塑性材料，应能保证其在受压力变形条件下不发生破碎、开裂而失去整体承载和支撑效果。
7）氧指数
氧指数（OxygenIndex）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。
一般说来，氧指数越高，试样在燃烧时需要的氧气越多，同等条件下，氧指数越高，试样越不易燃烧。
它是评定材料燃烧性能的方法之一。
一般来说,氧指数小于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；氧指数大于22的材料具有自熄性，即离开火源后火焰会自动熄灭；氧指数大于28时即具有不延燃性，属于难燃性材料。
氧指数的测定按GB／T2406－1993塑料燃烧性能试验方法氧指数法进行。
8）阻燃性能
阻燃性能（Fire-resistantProperties）,根据MT113-1995煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则，阻燃性指聚合物制品具有通过酒精喷灯、酒精灯燃烧试验，试件完全不可燃的或是能自行熄灭的能力。
根据我国煤矿环境及安全的特殊要求,对煤矿井下聚合物制品提出的阻燃性要求，并规定了判定规则。
煤矿用高分子化学充填密闭泡沫须严格执行该标准要求和判定规则，在指标确定上保持与此标准的统一性。
9）表面电阻
表面电阻（SurfaceResistivity）又称表面电阻系数、表面比电阻或表面电阻率。
它是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据。
它代表了绝缘材料抵抗表面漏泄电流的能力。
其意义为每平方厘米电介质表面对正方形的相对二边间表面泄漏电流所产生的电阻。
环境湿度对电介质表面电阻的影响极大。
表面电阻愈小，抗静电性能越好。
MT113-1995煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则对煤矿井下能引起静电火花的聚合物制品的表面电阻的试验方法和判定规则进行了规定，本标准严格与此标准保持统一。
6、试验方法
本章主要阐述验证充填密闭泡沫的各项技术要求的试验方法，明确指出煤矿用高分子化学充填密闭泡沫的试验条件和抽样。
1）最高反应温度
本标准中，材料最高反应温度的测试选择热电偶测试法。
是将传感器置于与物体相同的热平衡状态中，使传感器与物体保持同一温度的测温法。
热电偶测温法是目前国内外聚合物小型试验测试反应温度的通用试验方法和手段。
本标准规定：
按照材料指定配比用量杯分别称取材料的两种组分，混合后材料量不应低于200ml，混合起开始计时，连续搅拌15s～25s直至两种组分混合均匀。
将热电偶线（热电偶线前端绞结或焊接使其形成接点）插入试样中心处，记录最高反应温度。
重复试验，三次连续测定时间差不得大于10%，否则，重新进行试验。
取三次测试平均值记最高反应温度值。
最高反应温度精确到1℃。
2）闪点
按GB/T3536-2008测定闪点。
结果精确到1℃。
3）膨胀倍数
按GB/T6343-1995泡沫塑料和橡胶表观（体积）密度的测定，测定其表观芯密度，试样为正方体，试样尺寸（100±1）mm×（100±1）mm×（100±1）mm。
每一样品测试5个试件。
结果计算按式
（1）精确至0.01倍。
````````````````````````````````````````````
（1）
式中：
n——膨胀倍数，单位为倍；
ρ0——材料各液体组份混合后平均密度，单位为克每立方厘米；
ρ——固化物的密度，单位为克每立方厘米；
每组试件中剔除最大、最小两个值，取剩余三个试件的算术平均值为膨胀倍数的试验结果。
精确至0.1倍。
三个试件的计算结果差值不得大于10%，否则，重新进行试验。
4）尺寸稳定性
按GB/T8811-2008硬质泡沫塑料尺寸稳定性测试方法测定其尺寸稳定性，选择试验条件为（70±2）℃。
平均线性变化率按式
（2）计算。
S=（SL+SW+Sr）/3``````````````````````````````````````
（2）
式中：
S——为试样的平均线性变化率，%；
SL、SW、Sr——分别为试样的长度、宽度、厚度的尺寸变化率，%。
5）抗压强度
考虑到材料膨胀倍数的高低和其对自身抗压强度的影响，本参数指材料在达到要求膨胀倍数下，能够满足的最低值。
按GB/T8813-2008测定其压应变10%和70%下的抗压强度，试件尺寸为（100.0±1.0）mm×（100.0±1.0）mm×（100.0±1.0）mm，加荷速度为5mm/min。
6）氧指数
按GB/T2406-1993测定其氧指数。
7）阻燃性能
按MT113-1995测定其阻燃性能。
分别测试其在酒精喷灯燃烧试验和酒精灯燃烧试验条件下的有焰燃烧时间、无焰燃烧时间、火焰扩展长度共计6个指标。
8）表面电阻
按MT113-1995测定其表面电阻。
测定试件上、下两个表面的表面电阻值，取其平均值。
7、检验规则
煤矿用高分子化学充填密闭泡沫检验分出厂检验和型式检验，规定了出厂检验、型式检验的检验项目、组批和抽样方案、合格指标及判定规则。
充填密闭泡沫出厂应经生产厂质量检验部门检验合格后，并签发合格证，方可出厂。
检验项目。
外观、最高反应温度、膨胀倍数、抗压强度、氧指数、点着温度、阻燃性能、表面电阻八个指标。
型式检验检验标准规定的所有项目。
按GBT6680第7章件装容器采样中小桶装产品的规定逐批随机抽样。
对充填密闭泡沫合格与不合格的判定按以下条件进行：
1）合格判定条件
符合以下任一条件的判定为合格：
a）检验项目全部合格；
b）检验项目一项不合格，取双倍试样对该项目进行复检后合格。
2）不合格判定条件
符合以下任一条件的判定为不合格：
a）检验项目一项不合格，取双倍试样对该项目进行复检仍不合格；
b）检验项目两项及两项以上不合格。
8、标志、包装、运输和贮存
规定了充填密闭泡沫的标志、包装、运输和贮存方法。
包装容器上应有牢固、清晰的标志，按GB190和GB/T191的规定进行。
充填密闭泡沫用塑料桶或金属桶密封包装，原材料分不同组份时包装应有明显区分标志。
充填密闭泡沫运输中避免日晒、雨淋、及剧烈冲击和包装破损，不准倒置包装桶，运输时轻拿轻放。
充填密闭泡沫贮存于干燥、通风处。
严禁烟火，注意防晒。
最佳贮存环境温度为15℃~25℃。
五、国外相关法律、法规和标准情况的说明
目前，还没有类似的国际标准，与国外相关法律、法规和其他强制性标准未产生矛盾。
六、与我国有关法律、法规和其他强制性标准的关系
本标准与我国有关法律、法规和其他强制性标准未产生矛盾。
七、强制的理由，预期的社会经济效果
本标准的第5.2、5.3、5.4、A.1.4、A.2条（款）为强制性的。
5.2闪点
充填密闭泡沫原材料的闪点不应低于100℃。
5.3固化物理化性能
充填密闭泡沫浆液固化物理化性能应符合表1的规定。
表1充填密闭泡沫固化物理化性能
序号
项目
指标
P类
N类
1
最高反应温度，
≤95
不放热
2
膨胀倍数，倍
≥30
≥20
3
尺寸稳定性（70℃±2℃48h），%
≤0.1
—
4
抗压强度
压应变10%，kPa
≥10
—
压应变70%，kPa
≥40
—
5
氧指数，%
≥35
≥28
6
阻燃性能
酒精喷灯燃烧试验
有焰燃烧时间，s
≤3
≤3
无焰燃烧时间，s
≤10
≤10
火焰扩展长度，mm
≤280
≤280
酒精灯燃烧试验
有焰燃烧时间，s
≤6
≤6
无焰燃烧时间，s
≤20
≤20
火焰扩展长度，mm
≤250
≤250
7
表面电阻，Ω
≤3×108
≤3×108
5.4固化物理化性能测试要求
a）充填密闭泡沫固化物理化性能数据均为对无表皮固化物的要求；
b）固化物性能的测试龄期为24h。
强制理由：
为适应煤矿井下特殊安全及经济效益方面的要求，以上技术指标必须达到。
A.1.4施工区域有高温热害、通风不良、有毒有害气体涌出、岩石冒落和涌水危害等危险因素存在时，应采取控制和治理措施，直至达到安全作业环境，并符合《煤矿安全规程》（2006）的要求。
强制理由：
考虑到施工现场的人员安全和个体防护问题，
A.2安全、卫生和环境保护要求
A.2.1充填密闭泡沫所涉及的与使用有关的安全、卫生与环保要求，应符合国家相关标准和规范的规定。
A.2.2充填密闭施工的安全技术和劳动保护应符合国家现行有关标准的规定，参加充填的施工操作和管理人员，应接受安全技术教育和专业培训，并取得相关部门颁发的安全工作资格证。
A.2.3操作人员在施工时应配戴好劳保用品，包括胶皮手套、防护眼镜、工作服和胶鞋等。
若树脂、固化剂溅到眼中或皮肤上，要立即用清水冲洗，必要时应到医院进行处理。
A.2.4产品使用时对甲醛的限量值0.5ppm或者0.6mg/m3。
测试方法参见GB18583。
A.2.5盛装充填密闭
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