矿用安全材料行业现状分析
思瀚产业研究院 凝固力    2023-06-28

我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。井工煤矿开采作业较露天煤矿而言开采难度大、风险高。由于开采环境相对狭小、地质状况相对复杂、通风条件较差且易接触地下水层等现实条件影响，井工煤矿作业往往伴随着水害、火灾、瓦斯燃爆、煤尘和冒顶等灾害的威胁。面对各类井下灾害，井工煤矿工作者采取了积极的防治措施。

早期，煤矿职工采用木材、煤矿渣、黄沙、水泥、混凝土等传统材料进行各类填充、加固等工作，此类材料易获取，价格低廉，但性能较差；随后，随着化学工程与材料科学的发展，部分新型材料与传统材料开始共同用于井下灾害治理领域。但由于技术不成熟，部分材料理化性能较差，安全性较差，对煤矿安全生产和职工人身安全造成了损失。

当前，为规范上述乱象，主管部门推行了“矿用产品安全标志”强制认证和《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》《煤矿井下注浆用高分子材料安全使用管理规范》《煤矿堵水用高分子材料》《煤矿加固煤岩体用高分子材料》《煤矿充填密闭用高分子发泡材料》等一系列行业标准，提高了矿用安全材料的技术门槛，为煤矿安全生产工作和煤矿职工人身安全提供了可靠保证，也为矿用安全材料行业后续发展提供了理论和路线依据，促进了矿用安全材料行业的有序发展。

（1）矿用安全材料与传统建筑材料的区别

矿用安全材料本质为具有防漏封堵、结构加固、防火阻燃等多种功能的结构材料，但其与传统结构材料相比，在各方面均具有更严苛的要求，具体如下：

1）理化性能要求

煤矿开采地下作业中，常面临地下水渗入、酸碱性腐蚀、煤层易燃、岩层断裂等情形。复杂的作业面环境和多发的各类井下灾害对矿用安全材料提出了严苛的理化性能要求：一方面，矿用安全材料需根据种类不同满足加固、堵水、防火、填充等多种基础用途对结构强度、韧性、阻燃性、致密性等理化指标带来的严苛指标要求；

另一方面，矿用安全材料应具有可靠的耐用性，对各类环境影响具有较强的耐受性，能长期有效工作。传统结构材料其主要应用场景单一，无法与矿用高分子安全材料理化性能一概而论。

2）安全性要求

矿用安全材料主要应用场景为矿井下，通风环境相对露天环境较差，且常与可燃物相接触，并暴露在后续作业环境中，其安全性直接关系到煤矿安全生产工作和职工安全：一方面，矿用安全材料在施工过程中不可迅速产生大量热量，不可迅速产生大量气体，另一方面，矿用安全材料不应本身具有较大毒性或可分解出有毒物质威胁。传统结构材料对放热、气体生成以及剧毒物析出等方面的要求低于矿用安全材料。

3）可施工性要求

井下作业面对的灾害情形复杂，存在岩层断裂带加固、顶板加固、采空区填充、防火防水涂装、封孔等各类情形，施工面不具有明显的形状，这对矿用安全材料的可施工性提出了较高要求：一方面矿用安全材料需以流体形式深入各断层、裂缝形成整体结构效果，另一方面矿用安全材料其应用场景对时效性具有较高要求，需要其迅速反应生成固结物。传统结构材料可接受的可施工性要求相对矿用安全材料而言较低。

（2）矿用安全材料主要类型

自煤矿工业诞生起，矿用安全材料便开始应用，而随着科技水平的不断提高，新技术不断得到应用，矿用安全材料也得以与时俱进。

上世纪，我国普遍使用粉煤灰、黄土、砂子和水泥等廉价易得的传统材料用于煤矿灾害治理。传统材料价格低廉且施工简单，有一定程度的加固、填充、堵水及防灭火性能，曾一度是矿用安全材料的主流产品。

传统材料虽价格低廉，但其力学性能差、致密性低、稳定性不高，治理效果较差，无法满足越来越复杂的井下环境与越来越高的煤矿安全生产需求；随着材料工程的发展，各类高分子材料以其优异的性能受到了矿用安全材料行业重视。

上世纪七十年代起，国外相继研发出聚亚胺胶脂、酚醛树脂等高分子材料用于煤矿安全和灾害治理领域，此类材料一般为灌浆材料，以流体形式封装保存，使用时可向地层岩土孔洞、裂隙及采空区等进行灌注浆液，浆液通过自身组分间化学反应或与空气反应由流体转化成固结体，可用于填充、包裹、结构支撑等不同用途，起到防灭火、堵水、加固和填充密封等作用。