探究煤矸石在礦區(qū)鐵路路基中的應(yīng)用

陳 欣

(山西焦煤 西山鐵路公司，山西 太原 030200)

?

探究煤矸石在礦區(qū)鐵路路基中的應(yīng)用

陳 欣

(山西焦煤 西山鐵路公司，山西 太原 030200)

介紹了煤矸石的基本特征，提出路基填筑與路基整改運(yùn)用煤矸石的可行性，并且對(duì)具體應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了闡述，實(shí)踐證明：礦區(qū)排放的煤矸石做為鐵路路基的填料，可節(jié)約礦區(qū)鐵路施工成本，同時(shí)也減少了煤矸石帶來(lái)的污染，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

煤矸石；礦區(qū)鐵路路基；具體應(yīng)用

對(duì)于礦區(qū)鐵路而言，鐵路路基的建設(shè)與維修是成本管理的關(guān)鍵部分，如果采煤區(qū)位于礦區(qū)鐵路的地層位置，很可能將會(huì)引起鐵路變形或者線路下沉等。在洗煤與采煤的操作中，通常會(huì)排出固態(tài)的煤矸石，煤矸石屬于灰色或黑色的巖石，這種巖石本身具備較低的含炭量與較高的硬度，從成煤過程的角度來(lái)講是一種固態(tài)廢物衍生物。正常情況下，開采1 t原煤就會(huì)產(chǎn)生0.2 t或者更多的煤矸石。各礦井在采煤過程中排出大量煤矸石，露天堆放的煤矸石不僅污染周邊環(huán)境并且浪費(fèi)土地資源，同時(shí)也埋下了山體坍塌以及滑坡的安全隱患。礦區(qū)鐵路在整修路基的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)煤矸石加以利用，結(jié)合礦區(qū)鐵路運(yùn)行以及整修的實(shí)際情況，探求可行的應(yīng)用思路。

1 煤矸石的基本特征

煤矸石屬于混合物，表現(xiàn)為較低的可燃度，包含了無(wú)機(jī)物與有機(jī)物，分別為巖石物質(zhì)與含炭物質(zhì)。含炭物有利于促進(jìn)燃燒，而巖石等無(wú)機(jī)物并不能燃燒，煤矸石包含蒙脫石、石英、硫化鐵、氧化物、伊利石、氧化鋁等多種物質(zhì)，其中的硫元素占據(jù)了較大比例，因此決定了煤矸石的有毒有害特征。煤矸石具備如下特征：1) 水穩(wěn)性。煤矸石具有相對(duì)較小的空隙率，因此很難迅速吸收水分。在修筑路基時(shí)如果運(yùn)用煤矸石作為材料，那么將會(huì)表現(xiàn)為優(yōu)良的水穩(wěn)性及抗凍性，同時(shí)也確保了材料本身的分散性能。在修建路基時(shí)選擇了煤矸石，有助于避免翻漿的發(fā)生。2) 壓實(shí)性。相比于碎石土，煤矸石具有大致相同的級(jí)配。具體在振動(dòng)操作中，可以借助壓路機(jī)來(lái)完成壓實(shí)操作，經(jīng)過壓實(shí)操作后，煤矸石就能符合最基本的路基承載指標(biāo)。3) 自然級(jí)配。煤矸石本身的粒度差異較大，體現(xiàn)為良好的自然級(jí)配。經(jīng)過篩分處理后，煤矸石表現(xiàn)為不均勻的粒徑，其中含有較高比例的小顆粒，這種狀況很接近碎石土。

2 路基填筑與路基整改運(yùn)用煤矸石的可行性

煤矸石本身具備優(yōu)良的水穩(wěn)性與抗凍性，遇到潮濕或者低洼地帶時(shí)，只要適當(dāng)予以處理就能保持煤矸石本身的透水性，而不至于導(dǎo)致地基失穩(wěn)。煤矸石表現(xiàn)為較強(qiáng)的滲水性與較差的黏聚性，如果路基本身含有較高比例的風(fēng)化土，那么與之相應(yīng)的黏聚性將會(huì)變得更高，當(dāng)外部條件適中時(shí)，煤矸石內(nèi)部的鎂、鋁和硅等物質(zhì)就會(huì)迅速產(chǎn)生水化反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致纖維結(jié)晶體或者硅酸鹽的出現(xiàn)。受到水化的影響，生成物主要表現(xiàn)為凝膠狀態(tài)，在這其中包含了碳酸鈣或者氧化鈣的結(jié)晶體，進(jìn)而迅速提升了石料顆粒整體的黏聚力。

在自然狀況下，煤矸石并不具備同樣的粒徑大小，因此煤矸石很類似碎石材料。在碾壓煤矸石的基礎(chǔ)上，就可以排掉石料內(nèi)部的水分與空氣，因此也重新排列了煤矸石內(nèi)部的顆粒。這種狀況下，煤矸石就會(huì)具備更高的密實(shí)度，其中的膠凝物質(zhì)也很容易發(fā)生作用。因此，煤矸石材料用于修建路基是可行的，這種措施符合了現(xiàn)行的技術(shù)指標(biāo)。如果煤矸石并不滿足特定的潔凈率或者級(jí)配指標(biāo)，可以用來(lái)修建鐵路道床。此外，技術(shù)人員也可以運(yùn)用適當(dāng)?shù)奶幚泶胧﹣?lái)消除過高的不潔率或者過大的顆粒直徑，在全面控制的基礎(chǔ)上保障煤矸石本身的性能達(dá)標(biāo)。

3 具體應(yīng)用技術(shù)

矸石填筑鐵路路基施工，要嚴(yán)格遵照《鐵路路基施工規(guī)范》和《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，路基施工的具體過程又分為：施工試驗(yàn)階段、填筑前準(zhǔn)備階段以及路堤填筑。

3.1 施工試驗(yàn)階段

為提高矸石填筑路基施工質(zhì)量，在施工前建立施工試驗(yàn)段，取得填筑工藝數(shù)據(jù)。嚴(yán)格按照路基施工規(guī)范要求進(jìn)行壓實(shí)，提高路基密實(shí)度，利用壓實(shí)密度檢測(cè)儀進(jìn)行質(zhì)量控制。具體在路基填筑時(shí)，先將粒徑大于150 mm矸石塊進(jìn)行粉碎處理，然后采用壓路機(jī)對(duì)其進(jìn)行碾壓。矸石路堤采用分層充填，并且以分步碾壓的方法進(jìn)行施工，以保證地基的穩(wěn)定性和承載能力。

3.2 填筑前準(zhǔn)備階段

施工前，應(yīng)做好煤矸石堆場(chǎng)的調(diào)配方案。煤矸石堆場(chǎng)要按照設(shè)計(jì)要求以及施工地段總共需要的土石方進(jìn)行調(diào)配，施工前先對(duì)矸石進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)填筑壓實(shí)試驗(yàn)，確定不同填料施工含水率、對(duì)應(yīng)的松鋪厚度、最佳的機(jī)械配套以及施工組織計(jì)劃等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。壓實(shí)機(jī)械優(yōu)先選用重型振動(dòng)壓路機(jī)，選擇斷面形式、地質(zhì)條件均具有代表性的地段做為試驗(yàn)段，實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度不宜小于100 m.

3.3 路堤填筑

煤矸石路基的填筑采用分層填筑的方式，每層厚度為0.3 m，具體的填筑施工過程分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：

1) 基層處理。

每填筑層填筑前根據(jù)高程及邊坡坡度，放出填筑邊界線，根據(jù)設(shè)計(jì)高程及分層數(shù)確定每層填筑高度，根據(jù)每層高差及試驗(yàn)段所得松浦系數(shù)計(jì)算煤矸石松鋪厚度。然后按每10 m一斷面，每斷面左右各設(shè)一點(diǎn)，設(shè)置填筑高度點(diǎn)，高度點(diǎn)使用鋼釬標(biāo)注。未鋪煤矸石前，先在清理后的原地面鋪一層厚30 cm左右，粒徑10～15 cm煤矸石，然后用羊足碾進(jìn)行碾壓4～5遍，自測(cè)是否穩(wěn)定，如果不穩(wěn)定，再在此基礎(chǔ)上加鋪一層。

2) 煤矸石的攤鋪。

根據(jù)擬定好的進(jìn)料路線進(jìn)行進(jìn)料，煤矸石進(jìn)場(chǎng)前需由專業(yè)人員對(duì)煤矸石進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)場(chǎng)。由于煤矸石的水穩(wěn)性差的物理特性，路基兩側(cè)需填筑80 cm的護(hù)肩土以保證路基的穩(wěn)定性，煤矸石和護(hù)肩土的填筑同時(shí)進(jìn)行，攤鋪后煤矸石應(yīng)比護(hù)肩土稍低。運(yùn)至工地的煤矸石采用攤土機(jī)進(jìn)行攤鋪，攤鋪大致平整后即可采用人工進(jìn)行找平。路堤沿橫斷面寬縱向展開分層填筑，當(dāng)原地面高度不平時(shí)，先從最低處開始，并且采用由兩邊向中間填筑的方式，路基邊坡兩側(cè)填筑寬度不小于50 m. 分層填筑厚度根據(jù)壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)能力、填料種類和壓實(shí)密度，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定，不同性質(zhì)的填料應(yīng)分別填筑，不得混填。

3) 煤矸石含水量的控制。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室確定的換水量以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)得填料含水量計(jì)算每百米所需要的灑水量，然后按照實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行灑水車噴灑水。在進(jìn)行灑水時(shí)，要根據(jù)當(dāng)天天氣情況進(jìn)行調(diào)整，如果是炎熱天氣，應(yīng)該增加灑水量；如遇到雨天，就停止灑水作業(yè)。

4) 碾 壓。

通常情況下，灑水工作結(jié)束半日后就可以進(jìn)行分段碾壓工作，這樣有利于煤矸石的內(nèi)部物理消解，具體碾壓過程中要注意的是：先進(jìn)行靜壓然后再震動(dòng)壓、先壓兩邊然后再壓中間、先壓低處再壓高處、先上振動(dòng)沿路機(jī)后上三輪壓路機(jī)，施工中所有壓路機(jī)的行駛限速為4 km/h.各工區(qū)的交接處，應(yīng)重疊壓實(shí)，條件允許時(shí)采用羊足碾，碾壓效果會(huì)更好。

5) 注意事項(xiàng)。

a) 為保證正常壓實(shí)，煤矸石內(nèi)的雜物可在卸料后，當(dāng)推土機(jī)攤鋪時(shí)派專人清理干凈。

b) 因填筑煤矸石路基較長(zhǎng)，填筑采用分層分段的方式進(jìn)行，所以驗(yàn)收也應(yīng)該分層分段驗(yàn)收。

c) 碾壓結(jié)束后，各單位先組織自檢，合格后上報(bào)監(jiān)理進(jìn)行分段驗(yàn)收，等監(jiān)理簽字合格后，才可以進(jìn)行覆蓋填筑。

4 采取相應(yīng)的環(huán)保技術(shù)

多年的礦山煤炭生產(chǎn)帶來(lái)了多座煤矸石山,這些矸石山不僅占用了大量土地,而且為防止煤矸石自燃,需要不斷澆水降溫,不僅增加了費(fèi)用，浪費(fèi)資源,而且嚴(yán)重污染環(huán)境，同時(shí)也埋下了山體坍塌以及滑坡的安全隱患。針對(duì)礦區(qū)排放的煤矸石，運(yùn)用煤矸石來(lái)鋪設(shè)礦區(qū)線路的做法，不僅減少工程費(fèi)用，對(duì)環(huán)境的保護(hù)也起到了很好的作用。

5 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益

礦區(qū)鐵路選擇附近堆積的煤矸石經(jīng)過處理之后填料，路基可以保持長(zhǎng)期的良好狀態(tài)，同時(shí)降低了企業(yè)用于修建礦區(qū)路基的成本，對(duì)整個(gè)工程建設(shè)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)用煤矸石鋪設(shè)礦區(qū)線路，節(jié)省了額外的排水設(shè)施修建經(jīng)費(fèi)。在分層填筑時(shí)，針對(duì)煤矸石構(gòu)成的路段可以設(shè)計(jì)50 cm左右的松鋪厚度，這個(gè)比例相對(duì)較為合理，可以減少費(fèi)用并且節(jié)省施工機(jī)械設(shè)備。

6 結(jié) 論

礦區(qū)排放的煤矸石不加以處理，就會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)污染。在處理煤矸石的實(shí)踐中，相比于傳統(tǒng)的施工模式，煤矸石換填基床或者修建路基的方式可以降低污染，并消除了礦區(qū)塌陷的安全隱患，依照變廢為寶的基本思路來(lái)推行新型的路基整改技術(shù)。然而截至目前，礦區(qū)鐵路路基施工運(yùn)用煤矸石的操作技術(shù)并沒有真正實(shí)現(xiàn)完善，對(duì)此仍然有待改進(jìn)使礦區(qū)整體環(huán)境的全面改善。

[1] 李光輝,史鴻遠(yuǎn),明 揚(yáng).煤矸石在高速公路橋涵臺(tái)背路基工程中的應(yīng)用[J].粉煤灰綜合利用,2015(2):45-47.

[2] 白光起.煤矸石力學(xué)特性研究及其在礦區(qū)鐵路中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015(3):164-166.

[3] 侯學(xué)剛.煤矸石在淮北東外環(huán)路路基施工中的應(yīng)用[J].科技資訊,2012(29):95-96，98.

[4] 李蓮秀,吳盛偉.煤矸石在高速公路路基中的應(yīng)用[J].路基工程,2012(4):187-189.

[5] 王效堂.煤矸石在鐵路路基中的應(yīng)用[J].路基工程,2015(2):24-25.

[6] 王建良,張賢斌,孔令水.煤矸石在鐵路路基工程中的應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2014(4):17-18.

[7] 李 勇，王風(fēng)敏，王 萍，等.煤矸石在鐵路路基中的應(yīng)用研究[J].煤,2013(1):16-17.

Application of Coal Gangue in Mining Railway Subgrade

CHEN Xin

The basic characteristics of coal gangue are described, and the feasibility of applying coal gangue to subgrade filling and subgrade improvement is discussed, and the concrete application technology is expounded. Practice shows that: the coal gangue discharged from the mining area being used as the filling of the railway subgrade, the construction cost of the mining area can be saved, and the pollution caused by the gangue can be reduced, and the economic benefit is remarkable.

Coal gangue; Mining railway subgrade; Specific application

2017-02-28

陳 欣(1978—)，女，重慶人，2011年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院，工程師，主要從事礦區(qū)鐵路運(yùn)輸、工程的研究

(E-mail)330436794@qq.com

TD849+.5

B

1672-0652(2017)04-0054-03