煤炭工程 ２００８年第１Ｏ期 用煤矸石做路基和厂区垫层的 工程实验研究 陈红领 ，高海生 （１．平顶山工学院土木系，河南平顶山４６７００１； ２．平煤集团建安公司土建处，河南平顶山４６７０００） 摘要：平顶山矿区煤矸石堆积如山，不仅占用了大量土地，而且对环境造成了一定的不利 影响。如何治理煤矸石造成的环境污染，变废为宝，开发利用这些资源，很多部门专家学者都在 研究这一问题。论文介绍用煤矸石做路基和厂区垫层的工程实验情况，将大量的煤矸石用于筑路 和厂区垫层，获得成功，既减少筑路征地费用，又美化了环境，经济效益显著，为今后煤矸石利 用积累了宝贵的经验。 关键词：煤矸石；路基；经济效益 中图分类号：Ｘ７５２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２００８）１０－００８２－０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｒｅｆｕｓｅ ｆｏｒ ｒｏａｄｂｅｄ ａｎｄ ｕｎｄｅｒｃｏｕｒｓｅ ｗｉｔｈｉｎ ｐｌａｎｔ ａｒｅａ ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ—ｌｉｎｇ‘，ＧＡＯ Ｈａｉ—ｓｈｅｎｇ２ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ ４６７￣１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ Ｃｏａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎｇ ４６７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌ ｒｅｆｕｓｅ ｐｉｌｅｓ ｕｐ ｌｉｋｅ ｔｈｅ ｈｉｌｌ ｉｎ Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ ｍｉｎｅ ａｒｅａ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｉｎ ａ ｌａｒｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｌａｎｄｓ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃｒｅａｔｅｄ ｔｈｅ ｈａｒｍｆｕｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｈｏｗ ｔｏ ａｄｍｉｎｉｓｔｅｒ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｒｅｆｕｓｅ ｃｒｅａｔｅｄ，ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｕｓｅｌｅｓｓ ｓｅｒｖｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｔｒｅａｓｕｒｅ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｉｓ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ａ １０ｔ ｏｆ ｅｘｐｅｒｔｓ ａｎｄ ｓｃｈｏｌａｒｓ．Ａｕｔｈｏｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏ ｕｓｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｒｅｆｕｓｅ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ｒｏａｄ ｏｒ ａ ｐａｄ ｉｎ ｆａｃｔｏｒｙ ａｒｅａ ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｇａｉｎｅｄ Ｓｕｃｃｅｓｓ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｖｅｓ ｔｈｅ ｆｅｅ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｒｏａｄｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｂｅａｕｔｉｆｙ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｗｈａｔ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅａｎｉｎｇ ｉｓ，ｆｏｒ ｖａｌｕａｂｌｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｗａｓ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｎｏｗ ｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒ￣：ｃｏａｌ ｒｅｕｓｅ；ｒｏａｄｂｅｄ；ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ １概况 源。于是，用煤矸石代替填土进行路基和厂区回填成为重 点考虑的施工方案。 平煤集团坑口电厂年产２Ｏ万ｍ 粉煤灰加气混凝土砌 块厂工程（以下简称砌块厂工程）位于市平颊路西，井营村 北，西邻三基碳素厂，南邻九矿。厂区原始地貌起伏不平， 钢筋混凝土路面板上表面设计标高为±０．０００，厂区内９５％ 以上的自然地面比±０．０００低０．６～５．３ｍ。预建厂区道路总 长９８３．５１ｍ，宽６—１０．５ｍ，平均低１．８ｍ。路面结构设计 ２实验研究 ２．１ 煤矸石的强度形成机理分析 煤矸石一般呈黑色块状，自燃过的煤矸石呈浅红色块 状，风化程度较高，经压实后的煤矸石结构在适量的水分 和一定的温度下，产生火山灰反应，生成水化硅酸钙和水 为：２６ｃｍ厚钢筋混凝土路面板；２１ａｍ厚级配碎石层； １５ｃｍ厚天然砂砾垫层；下部１．２～１．８为垫层。道路和厂区 化铝酸钙，呈胶凝状态，同时生成部分氢氧化钙和碳酸结 晶。煤矸石结构随反应的不断进行，其强度不断的增加， 都需要进行回填垫高。由于附近土源短缺，价格昂贵，而 周边与九矿、四矿、五矿及六矿相邻，有充分的煤矸石资 收稿日期：２００８—０６—１１ 水稳定性变好。此外由于颗粒间的嵌锁作用使颗粒之间的 联结和粘结力增强，随着时间的延长，改变了煤矸石分子 作者简介：陈红领（１９５０一），男，河南荥阳人，高级工程师，现在平顶山工学院土木工程系施工教研室从事教学科研 工作。 ８２ ２００８年第１０期 煤炭工程 问的结构组成，使煤矸石混合料结构层获得愈来愈大的承 放过程中能够自燃，其中的硫化物以氧化硫的形式释放到 载力。其部分物理力学性能指标见表１。 空气中，最终形成酸雨降至地面造成更大范围的污染。另 表１煤矸石的物理力学性能 外矸石中的硫也会在雨雪的浸淋作用下缓慢溶解于水中直 项目 指标 项目 指标 接危害周边的土壤和水源。大量的资料，表明煤矸石作为 松散容重／ｔ・ｍ～ １．６５ 压碎率／％ ２８．３ 公路筑路路基材料在国内已有先例，如于１９９８年３月开工 最大干容重／ｔ・ｍ一 ２．１６ 吸水率／％ １．５ 的京福高速公路全长８７．９ｋｉｎ，现已通车营运。在此公路的 最佳含水量／％ ５．７ 膨胀率／％０．１４ 曲阜～张山子段共利用煤矸石约３０ｏ万ｍ 。在约３０ｋｉｎ路 ７ｄ抗压强度／ＭＰａ ２．２３ 段包括全部利用煤矸石作为路基处理的路段，也有煤矸石 与其它土层分层交替筑路基的路段。这些公路营运至今， 从表１可知，煤矸石的物理力学性能指标，可满足道 降雨的径流雨水及路面渗流并未造成路基填料煤矸石的流 路设计的技术要求。 失。主要是路面防水层及排水设计较好，路基碾压及时到 ２．２煤矸石应用时进行的环境可行性分析 位，因而对环境污染较小。周围居民因煤矸石的应用而产 煤矸石中含有害物质达到一定程度时，可对环境造成 生污染的投诉情况鲜有发生。因此，矸石成分分析是评价 危害。国家环保机构一般对重金属及其有害元素如镉 煤矸石对环境的影响程度及其综合利用的重要指标，在此 （Ｃｄ）、铬（Ｃｒ）、铅（Ｐｂ）、镍（Ｎｉ）、砷（Ａｓ）、汞（Ｈｇ）等进 选用了四矿、六矿、及九矿的相近煤矸石进行类比，其化 行控制。含硫高的矸石会对环境也造成污染。如矸石在堆 学成分结果见表２。 表２ 四矿、六矿和九矿矸石山煤矸石的化学组成 目前交通部、国家环保部门在煤矸石应用上对环境的 由检测结果可看出７项检测指标均符合相关的Ⅲ类 影响还未提出相应的具体要求和标准，可借鉴国家有关标 《地面水水质标准》（ＧＢ ３８３８—２００２）、《农田灌溉水质标 准以及相关指标作为参照来判断是否会对环境造成危害。 准》（ＧＢ ５０８４—９２）及Ⅲ类《地下水质量标准》（ＧＢ／Ｔ 参考四矿和八矿煤矸石样品的淋溶水水质与有关标准对照 ｌ４８４８—９３），不会对周边的农田和水源带来明显的危害。 表见表３。 表３煤矸石淋溶水水质与有关标准对照表 ３工程对比论证 煤矸石底基层的施工程序为：准备下承层一均匀铺设 煤矸石一稳压及嵌缝一洒水闷料一终压完成一养护。摊铺 根据上述分析，参考大量煤矸石使用的资料，以砌块 煤矸石时，松铺系数为１．２～１．３，对超过结构层厚度２／３ 厂道路工程为例进行试验，验证煤矸石作为路底基层的可 的石块进行粉碎或剔除。洒水闷料使其含水量达到最佳含 行性，在轴线为１Ｂ＋５７．５Ｏ路槽代表弯沉值为２．４２ｒａｍ的 水量，并采用振动压路机压实，压实时随时用煤矸石细料 路段（以下简称Ａ段）铺筑了煤矸石底基层；在轴线为２Ａ＋ 嵌缝使煤矸石结构层密实、表面平整。终压结束后洒适量 ６６．６Ｏ路槽代表弯沉值为２．４１ｍｍ的路段（以下简称Ｂ段）铺 的水，养护７天。完工后按《公路工程质量检查评定标准》 筑了１２％的石灰土底基层，以进行对比。 进行检查验收。经查验，各项指标均达到标准。 ８３ 煤炭工程 水应均匀。 ２００８年第１０期 １２％石灰土底基层也严格按施工规范进行施工。对Ａ、 Ｂ段底基层顶面弯沉值进行了实测，对比结果见表４。表４ 说明煤矸石底基层强度比１２％石灰土底基层强度略高，可 一一４）施工最低气温应在５℃以上，并在第一次冰冻（一３ ５℃）到来之前一个半月至一个月完成。 完全满足公路整体强度对底基层的要求。 表４底基层顶面弯沉值 ５）应在煤矸石处于或略大于最大含水量时进行碾压， 直到达到设计所要求的压实度为止。碾压时，宜用１８～２０ｔ 三轮压路机震动碾压。 ６）在整形的整个过程中，必须严禁任何车辆通行。 ７）施工用煤矸石需放置６个月以上。 ４．４经济效益分析 ４施工情况 在实验的基础上，对厂区和道路垫层进行施工，道路 的施工情况如下： ４．１主要机具和设备 设备主要包括：自卸式汽车、推土机、１８～２０ｔ三轮压 路机、平地机、铁锹、齿耙、圆耕耙及相关洒水设备等。 ４．２施工工艺 １）进行场地平整，在预建道路段用推土机把高出的土 层推平，使整个路段在同一个标高内，以确保铺设煤矸石 的厚度一致。 ２）用轮胎压路机或平地机快速碾压１—２遍，以暴露 潜在的不平整。低洼处填筑与原土层相同的材料，再用此 方法进行整形，直至压实度达到设计标准。 ３）在已压实的路基上均匀铺设煤矸石，及时洒水闷料 并用（２）述方法进行压实。在整形过程中，应及时消除粗细 集料分离现象。 ４）对于局部低洼处，应用齿耙将其表层５ｃｍ以上耙 松，并用煤矸石级配细料找补平整。 ５）再用平地机整形一次。 ６）重复步骤（３）～（５） ７）每次整形都要按照设计所规定的坡度和路拱进行， 并用人工随时配合整形。 ４．３施工要求 １）摊铺应当均匀，不得出现过于集中或漏铺。 ２）严格掌握摊铺厚度，每层铺设厚度不宜大于２０ｃｍ， 最大颗粒粒径不宜大于５０ｍｍ，颗粒组成宜有一定级配，并 不应含有杂质。 ３）必须进行保湿养生，每摊铺一层均应洒水闷料，洒 ８４ 煤矸石系矿山副产品，使用煤矸石筑路既减少了筑路 取土对土地资源的破坏，又可复垦部分煤矸石占地。使用 煤矸石除需付少量运费，基本上不存在其他费用。仅以砌 块厂道路工程为例进行分析，用１．２ｍ厚的煤矸石作为路基 填筑料所产生的经济效益与１２％的石灰土基层进行对比， 对比结果见表５。 表５经济效益分析表 ５结语 利用煤矸石填筑路堤和厂区，不仅带来了路基填料和 技术工艺的变革，解决了建设与取土用地之间的矛盾，取 得了较好的经济效益，同时为煤矸石的规模利用找到了一 条途径。根据煤矸石的物理性能、化学性能以及在实践中 的应用，煤矸石具有较好的路用性能和强度。用煤矸石作 路基，其抗冻性要比石灰土高得多，抗裂性能要比石灰稳 定。因而，煤矸石可以使用于公路的基层和大面积厂区的 基层。煤矸石在我国分布较广，其施工受季节影响小，便 于装运和压实，可缩短工期等优点，因此，煤矸石的利用 有广阔的前景。在采煤地区，可充分利用煤矸石筑路填方， 这样既可节省土地，降低工程造价，又减少了环境污染， 经济和社会效益显著，值得推广。 参考文献： ［１］ 邓岳，李亚娟，赵益栋，奉在为，等．煤矸石在高速公路建 设中利用的环境可行性分析［Ｊ］．交通环保，２００３，（５）： ２７～２８． ［２］ ｎＧ￣０／１－－２００４，公路工程质量检验评定标准（土建工程） ［ｓ］． （责任编辑章新敏）
