煤矿用高分子聚合物堵水剂编制说明中国煤炭科技创新网.docx

1、煤矿用高分子聚合物堵水剂编制说明中国煤炭科技创新网安 全 生 产 行 业 标 准煤矿用高分子聚合物堵水剂技术条件（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月煤矿用高分子聚合物堵水剂技术条件编制说明一、任务来源和工作过程煤矿用高分子聚合物堵水剂技术条件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2008107号文件下达，标准项目计划编号：2008-AQ-005。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

2、矿业集团公司共同参加起草。本标准在编制过程中，对国内外高分子聚合物堵水剂的性能特点、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。在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聚合物堵水剂技术条件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、

3、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，高分子聚合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。高分子聚合物堵水剂在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，对高分子聚合材料在煤矿的应用均有相关标准和

4、规范性文件。国内煤矿采用高分子聚合物堵水剂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聚合物材料标准，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、保证煤矿堵水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，制定煤矿用高分子聚合物堵水剂技术条件行业标准就非

5、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聚合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，对煤矿入井实施堵水行为的高分子聚合物堵水剂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聚合物堵水剂工艺和技术水平，制订高分子聚合物堵水材料的技术指标；5) 协调一致、系统配套，体现结构合理、层次分明，标准间

6、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聚合物堵水剂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、范围本标准规定了煤矿用高分子聚合物堵水剂的术语和定义、要

7、求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。本标准适用于煤矿井下煤岩体出水用现场注浆封堵的高分子聚合物堵水材料。2、规范性引用文件GB 190-1990 危险货物包装标志GB 18583-2001 室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量GB/T 191-2008 包装储运图示标志（ISO780:1997,MOD）GB/T 2568-1995 树脂浇铸体拉伸性能试验方法GB/T 2569-1995 树脂浇铸体压缩性能试验方法 (ISO604:1993,NEQ)GB/T 5750.1-2006 生活饮用水标准检验方法 总则GB/T 6343-1995 泡沫塑料和橡胶表观（体积）密度的测定 (I

8、SO845:1988,NEQ)GB/T 10007-2008 硬质泡沫塑料剪切强度试验方法GB/T 10111-2008 随机数的产生及其在产品质量抽样检验中的应用程序GB/T 18244-2000 建筑防水材料老化试验方法GB/T 19979.2-2006 土工合成材料 防渗性能 第2部分 渗透系数的测定JG/T 25-1999 建筑涂料涂层耐冻融循环性测定法JC/T 1041-2007 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料MT 48-87 煤和岩石抗剪试验方法MT 225-90 单向压缩条件下煤和岩石蠕变性测定方法MT/T 632-1996 井下探放水技术规范煤矿安全规程澳大利亚NSW主要工业部门

9、“煤矿井下使用的非金属物质测试”（Australian NSW Department of Primary Industries, Testing of Non-metallic Materials for Use in Underground Coal Mine ） 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（Australian NSW Department of Mineral Resources, Mine Safety Technology Services, Materials Testing ）3、术语和定义本标准设立 “术语和定义”一章，对本

10、标准使用的术语进行了定义。煤矿用高分子聚合物堵水剂 Mine water shutoff polymer 指由高分子化合物为主剂，配以添加剂、填料等组份混合形成的树脂和固化剂双组分注浆产品经化学反应，通过现场注射成型的粘结和封堵出水裂隙及孔隙的轻型硬质材料。4、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聚合物堵水剂进行规范性要求。鉴于煤矿生产的特殊性及其突出行业标准特色，聚合物堵水剂不仅需满足煤矿井下出水封堵的使用要求，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，需在堵水地点按照工艺要求进行施工，因此对其安全卫生和环

11、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聚合物堵水剂的材料性能，在煤矿井下最适宜的施工温度为1035。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GB 18583-2008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

12、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0.6 mg/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（Australian NSW Department of Mineral Resources, Mine Safety Technology Services, Materials Testing ）。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

13、工作现场的空气流量超过33.3 m3/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。下面对高分子聚合物堵水剂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。分布均匀，无结块，允许轻微杂色。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200。3） 最高反应温度由于材料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

14、应温度进行了规范。依照澳大利亚NSW主要工业部门“煤矿井下使用的非金属物质测试”要求，对此类材料的最高反应温度规定为不超过150，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，将产品的最高反应温度定为不超过140。4） 膨胀倍数在本标准中对材料的膨胀倍数进行规定主要从注浆堵水机理及其效果上重点考虑到以下三方面因素：（1）遇水膨胀二次渗透作用。对于普通煤岩体加固剂，尤其是水泥基材料主要依靠泵压作用下的浓度渗透压力差机理来进行渗透的，而高分子聚合物堵水剂最大优点是能够发生膨胀，产生浆液在煤岩体裂隙中的二次渗透压力，保证其扩散和渗透性能。（2）膨胀反应时产生的增阻粘滞作用。材

15、料的遇水膨胀二次渗透过程中，浆液在10秒内粘度增加，可以从100mPa.s增加到5000mPa.s。粘度增大，使得浆液的挂壁、粘滞和抗冲刷能力大大增强。同等条件下就就越容易克服水流阻力和增大浆液凝固所产生的粘滞阻力。（3）遇水膨胀后的扩容空间置换作用。材料注入围岩裂隙后，自身遇水发生膨胀，体积增大，所增加的体积的能够迅速挤占和置换水流裂隙通道。起到用高分子材料置换水流裂隙空间的目的。材料在出水裂隙通道里聚合形成具有一定抗冲刷效果的链状材料，并且依靠其遇水后的快速膨胀性能迅速充满整个出水空间，保证其堵水效果。下图为聚合物堵水材料在围岩裂隙中封堵水流时自身链状膨胀的一个示意图。 在以上对材料遇水膨

16、胀性能要求的基础上，根据材料特性和堵水工艺要求，还规定材料在不遇水情况下的膨胀性能。即从堵水理论上理解为材料在注入围岩出水裂隙后，首先依靠其遇水快速膨胀性能进行出水通道快速填充封堵，其次依靠后续注入的聚合物堵水剂对围岩起到固结和加固作用，加强堵水效果，所以对材料的不遇水情况下的膨胀性能也进行了规定。在本标准中根据行业产品性能、试验验证和工艺特点对材料在不遇水、遇水情况下的膨胀倍数分别进行了规定，标准定为无水情况下膨胀倍数大于1倍，有水情况下膨胀大于15倍。5）抗压强度、抗拉强度、抗剪强度高分子材料强度是其力学性能的重要参数，表征了对于其承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力，也是

17、其破坏行为的主要参数。针对其注入煤岩体出水裂隙后不可避免的承受外界载荷作用。因此对材料的强度参数进行规定具有重要的工程意义。根据受力种类的不同分为以下几种：(1)抗压强度-材料承受压力的能力。(2)抗拉强度-材料承受拉力的能力。(3)抗剪强度-材料承受剪切力的能力。考虑到聚合物堵水剂在堵水功能实现后承受外部载荷作用的主要形式是：受围岩地应力和变形压力、和顶板下沉等类似情况下的岩体胶结缝中加固材料的拉力、岩体间位移错动引起的剪切力等。因此对抗压强度、抗拉强度和抗剪强度三个项目进行规定。作为堵水材料，聚合物堵水剂封堵水流通道后，其抗压、抗拉、抗剪强度一般情况下必须分别大于被注煤岩体的抗压、抗拉、抗

18、剪强度，保证其在承受煤岩体载荷时，不会因为加固体本身首先破坏而影响加固效果。考虑到煤岩体自身强度参数和聚合物堵水材料特点。在本标准中对定材料的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度分别为50 MPa 、20 MPa 、20 MPa 。6）粘结强度粘结强度表现为胶粘剂与被粘物表面之间通过界面相互吸引和连接作用。粘结强度是反应高分子加固剂与被加固煤岩体等工程结构主体的结合牢度。依靠粘结力作用让注浆材料在注射到到煤岩体缝隙后，能够起到粘结缝面及周边微细缝隙的作用。达到将松散或者裂隙岩体固结成一个整体的目的，恢复被加固体的承载能力和围岩稳定性。本标准中采用拉伸剪切强度来对材料的粘结性能进行规范。考虑到煤岩体自身

19、强度参数、聚合物堵水材料自身特点和堵水工艺特点。在本标准中参照JC/T 1041-2007 混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料对材料的湿粘结强度同时进行了规定，以保证材料在有水情况下的粘结性能。在本标准中对材料的干粘结强度规定为5.0 MPa，对湿粘结强度规定为2.5 MPa。7）抗老化性能高分子材料在加工、贮存及使用过程中由于环境的影响，如在光、热、高能辐射的长期作用下，使高聚物的组成和结果发生物理和化学的变化，致使产生如塑料变脆、纤维泛黄、强度降低、橡胶龟裂、油漆发粘等现象统称为高聚物的老化。形成这种物理化学性能的变化，基本上是由于高聚物的交联作用和降解作用，而且交联与降解一般同时发生。交联作用

20、使高聚物变硬、发脆、丧失弹性，降解作用使高分子断链、分子量降低，致使高聚物变形、发粘，并丧失机械强度。聚合物堵水剂使用于井下工程，必须满足工程使用期限内功能需求。本标准在规定按照所参考的试验方法及条件，材料能够达到表面无变化，质量无损失的标准要求。8）渗透系数渗透系数是指在各向同性介质中单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度。作为堵水材料，除了良好的力学性能，必须应具有抗渗性能，满足堵水要求。渗透系数设定为小于110-11 cm/s。中国矿业大学出版社钱鸣高院士编著的矿山压力及其控制表明几种岩石的渗透系数参见下表。岩石类型渗透系数（cm/s）泥岩粉砂岩细砂岩坚硬砂岩砂岩或多裂

21、隙页岩致密的石灰岩有裂隙的石灰岩10-410-810-9210-74.410-53.910-410-310-1024现场测定实验室测定实验室测定9）抗冻融性能 在寒冷气候条件下,土壤或岩层中冻结的冰在白天融化,晚上冻结,或者夏季融化,冬季冻结。这种融化、冻结的过程称为冻融作用。在本标准制定过程中，考虑材料在寒冷地区应用的耐冻能力，确定冻融标准为参照JG/T 25-1999 建筑涂料涂层耐冻融循环性测定法测定结果为：无粉化、开裂、剥落、起泡和明显变色。10）水质影响聚合物堵水剂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，本标准特制定其对水质影响要求。参照GB/T

22、 5750.1-2006检验方法。规定其聚合物对水质无影响。6、试验方法本章主要阐述验证聚合物堵水剂的各项技术要求的试验方法，明确指出煤矿用高分子聚合物堵水剂的试验条件和抽样。1） 最高反应温度本标准中对材料最高反应温度的测试方法选择为热电偶测试方法。其属于温度测量方式中接触式的热电偶测温法。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。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份，混合后材料量不应低于200ml，混合起开始计时，连续搅拌15s25s直至两种组份混合均匀。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。

23、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/T 3536-2008测定闪点。结果精确到1。3） 膨胀倍数按GB/T 6343-1995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（1001）mm（1001）mm（1001）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；0材料各液体组份混合后平均密度，单位为克每立方厘米； 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

24、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。有水反应下的膨胀倍数在试件制备时，需在树脂和固化剂均匀搅拌后加入试样总量的1%的清水继续搅拌进行试件制备。4） 抗压强度考虑到不同规格尺寸的试样测得的结果不具可比性，并且高分子聚合物堵水剂直接作用于煤岩体实现其功能作用，因此，抗压强度参数按照煤矿通用的试块规格进行加工。按照MT 225-90 单向压缩条件下煤和岩石蠕变性测定方法加工试件，试件采用圆柱体，直径50mm，高100mm。试件两端不平行度不得大于0.1mm，试件上、下端直径偏差不得大于0.2mm。按GB/T2569-1995测试方法测定其抗压

25、强度，计算结果精确到1MPa。5） 抗拉强度按GB/T2568-1995测定其抗拉强度，计算结果精确到1MPa。6） 抗剪强度按照MT48-87 煤和岩石抗剪试验方法加工试件，试件采用正立方体，规格5cm5cm5cm。按GB/T 10007-2008测定其抗剪强度，计算结果精确到1MPa。7）粘结强度按JC/T 1041-2007测定其干粘结强度和湿粘结强度。计算结果精确到0.1MPa。8）抗老化性能按GB/T18244-2000测定其抗老化性能。9）渗透系数按GB/T 19979.2-2006测定其渗透系数。10） 抗冻融性能 按JG/T 25-1999 测定其抗冻融性能。11）水质影响按G

26、B/T 5750.1-2006测定其对水质影响。7 检验规则煤矿用高分子聚合物堵水剂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。聚合物堵水剂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。检验项目包括外观、最高反应温度、膨胀倍数、抗压强度、抗拉强度五个指标。型式检验按标准规定的所有项目。按GBT 6680第7章 件装容器采样中小桶装产品的规定逐批随机抽样。对聚合物堵水剂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

27、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、运输和贮存规定了聚合物堵水剂的标志、包装、运输和贮存方法。包装容器上应有牢固、清晰的标志，按GB 190-1990和GB/T 191-2008的规定进行。聚合物为堵水剂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。聚合物为堵水剂运输中避免日晒、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。聚合物为堵水剂贮存于干燥、通风处。严禁烟火，注意防晒。最佳贮存环境温度为1525。五、国外

28、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4.2、4.3、4.4、A.1.4、A.2条（款）为强制性的。 4.2 闪点 聚合物堵水剂原材料的闪点不应低于200。4.3 固化物理化性能聚合物堵水剂固化物理化性能应符合表1的规定。表1 聚合物堵水剂固化物力学性能序号项 目指 标1最高反应温度， 1402膨胀倍数无水，倍 1有水，倍 153抗压强度，MPa 504抗拉强度，MPa 205抗

29、剪强度，MPa 206粘结强度干粘结，MPa 4.5湿粘结，MPa 2.57抗老化性能（802 168h） 表面无变化，质量无损失8渗透系数，cm/s 110-119抗冻融性能 （200次） 无粉化、开裂、剥落、起泡和明显变色10水质影响无影响4.4 固化物理化性能测试要求 a）聚合物堵水剂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灾害存在时，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（

30、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本标准规范的产品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 堵水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，参加堵水的施工操作和管理人员，应接受安全技术教育和专业培训，并取得煤矿安全监察部门颁发的安全工作资格证。A.2.3 操作人员（包括配浆和堵水施工人员）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。若树脂和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.

31、5ppm或者0.6 mg/m3。测试方法参见GB 18583。A.2.5 盛装聚合物堵水剂原材料的包装桶应回收上井。A.2.6 施工管路冲洗时产生的废弃浆液应桶装回收上井。A.2.7 用于与饮用水相关的堵水工程中，应持有国家认证的检验机构按照国家相关卫生标准检验并出具适用于饮用水的检验报告等证明文件。A.2.8 反应固化物应不溶于水。强制理由：1）施工操作人员必须在井下完成堵水工作，所以其必须按照煤矿规程要求取得相关培训和资格认证工作。2）主要考虑人员安全防护和满足环境安全要求。八、标准水平在起草本部分的过程中，起草组成员进行了大量的调查研究，征求了制造、使用、科研和检验等方面各界专家学者意见。引入了澳大利亚NSW主要工业部门煤矿井下使用的非金属物质测试和NSW矿产资源部门矿井安全技术服务物质材料测试等先进内容。本标准的技术水平达到国际同类产品标准的先进技术水平。