探究煤矸石在礦區鐵路路基中的應用

陳 欣

(山西焦煤 西山鐵路公司，山西 太原 030200)

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探究煤矸石在礦區鐵路路基中的應用

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用煤矸石的可行性，并且對具體應用技術進行了闡述，實踐證明：礦區排放的煤矸石做為鐵路路基的填料，可節約礦區鐵路施工成本，同時也減少了煤矸石帶來的污染，經濟效益顯著。

煤矸石；礦區鐵路路基；具體應用

對于礦區鐵路而言，鐵路路基的建設與維修是成本管理的關鍵部分，如果采煤區位于礦區鐵路的地層位置，很可能將會引起鐵路變形或者線路下沉等。在洗煤與采煤的操作中，通常會排出固態的煤矸石，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講是一種固態廢物衍生物。正常情況下，開采1 t原煤就會產生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境并且浪費土地資源，同時也埋下了山體坍塌以及滑坡的安全隱患。礦區鐵路在整修路基的過程中，應當對煤矸石加以利用，結合礦區鐵路運行以及整修的實際情況，探求可行的應用思路。

1 煤矸石的基本特征

煤矸石屬于混合物，表現為較低的可燃度，包含了無機物與有機物，分別為巖石物質與含炭物質。含炭物有利于促進燃燒，而巖石等無機物并不能燃燒，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，其中的硫元素占據了較大比例，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) 水穩性。煤矸石具有相對較小的空隙率，因此很難迅速吸收水分。在修筑路基時如果運用煤矸石作為材料，那么將會表現為優良的水穩性及抗凍性，同時也確保了材料本身的分散性能。在修建路基時選擇了煤矸石，有助于避免翻漿的發生。2) 壓實性。相比于碎石土，煤矸石具有大致相同的級配。具體在振動操作中，可以借助壓路機來完成壓實操作，經過壓實操作后，煤矸石就能符合最基本的路基承載指標。3) 自然級配。煤矸石本身的粒度差異較大，體現為良好的自然級配。經過篩分處理后，煤矸石表現為不均勻的粒徑，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用煤矸石的可行性

煤矸石本身具備優良的水穩性與抗凍性，遇到潮濕或者低洼地帶時，只要適當予以處理就能保持煤矸石本身的透水性，而不至于導致地基失穩。煤矸石表現為較強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化土，那么與之相應的黏聚性將會變得更高，當外部條件適中時，煤矸石內部的鎂、鋁和硅等物質就會迅速產生水化反應，進而導致纖維結晶體或者硅酸鹽的出現。受到水化的影響，生成物主要表現為凝膠狀態，在這其中包含了碳酸鈣或者氧化鈣的結晶體，進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上，就可以排掉石料內部的水分與空氣，因此也重新排列了煤矸石內部的顆粒。這種狀況下，煤矸石就會具備更高的密實度，其中的膠凝物質也很容易發生作用。因此，煤矸石材料用于修建路基是可行的，這種措施符合了現行的技術指標。如果煤矸石并不滿足特定的潔凈率或者級配指標，可以用來修建鐵路道床。此外，技術人員也可以運用適當的處理措施來消除過高的不潔率或者過大的顆粒直徑，在全面控制的基礎上保障煤矸石本身的性能達標。

3 具體應用技術

矸石填筑鐵路路基施工，要嚴格遵照《鐵路路基施工規范》和《鐵路路基設計規范》的相關規定執行，路基施工的具體過程又分為：施工試驗階段、填筑前準備階段以及路堤填筑。

3.1 施工試驗階段

為提高矸石填筑路基施工質量，在施工前建立施工試驗段，取得填筑工藝數據。嚴格按照路基施工規范要求進行壓實，提高路基密實度，利用壓實密度檢測儀進行質量控制。具體在路基填筑時，先將粒徑大于150 mm矸石塊進行粉碎處理，然后采用壓路機對其進行碾壓。矸石路堤采用分層充填，并且以分步碾壓的方法進行施工，以保證地基的穩定性和承載能力。

3.2 填筑前準備階段

施工前，應做好煤矸石堆場的調配方案。煤矸石堆場要按照設計要求以及施工地段總共需要的土石方進行調配，施工前先對矸石進行現場填筑壓實試驗，確定不同填料施工含水率、對應的松鋪厚度、最佳的機械配套以及施工組織計劃等各項技術參數。壓實機械優先選用重型振動壓路機，選擇斷面形式、地質條件均具有代表性的地段做為試驗段，實驗長度不宜小于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步驟進行：

1) 基層處理。

每填筑層填筑前根據高程及邊坡坡度，放出填筑邊界線，根據設計高程及分層數確定每層填筑高度，根據每層高差及試驗段所得松浦系數計算煤矸石松鋪厚度。然后按每10 m一斷面，每斷面左右各設一點，設置填筑高度點，高度點使用鋼釬標注。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，然后用羊足碾進行碾壓4～5遍，自測是否穩定，如果不穩定，再在此基礎上加鋪一層。

2) 煤矸石的攤鋪。

根據擬定好的進料路線進行進料，煤矸石進場前需由專業人員對煤矸石進行檢驗，檢驗合格后方可進場。由于煤矸石的水穩性差的物理特性，路基兩側需填筑80 cm的護肩土以保證路基的穩定性，煤矸石和護肩土的填筑同時進行，攤鋪后煤矸石應比護肩土稍低。運至工地的煤矸石采用攤土機進行攤鋪，攤鋪大致平整后即可采用人工進行找平。路堤沿橫斷面寬縱向展開分層填筑，當原地面高度不平時，先從最低處開始，并且采用由兩邊向中間填筑的方式，路基邊坡兩側填筑寬度不小于50 m. 分層填筑厚度根據壓實機械的壓實能力、填料種類和壓實密度，通過現場試驗來確定，不同性質的填料應分別填筑，不得混填。

3) 煤矸石含水量的控制。

根據實驗室確定的換水量以及現場實際測得填料含水量計算每百米所需要的灑水量，然后按照實驗室數據進行灑水車噴灑水。在進行灑水時，要根據當天天氣情況進行調整，如果是炎熱天氣，應該增加灑水量；如遇到雨天，就停止灑水作業。

4) 碾 壓。

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

5) 注意事項。

a) 為保證正常壓實，煤矸石內的雜物可在卸料后，當推土機攤鋪時派專人清理干凈。

b) 因填筑煤矸石路基較長，填筑采用分層分段的方式進行，所以驗收也應該分層分段驗收。

c) 碾壓結束后，各單位先組織自檢，合格后上報監理進行分段驗收，等監理簽字合格后，才可以進行覆蓋填筑。

4 采取相應的環保技術

多年的礦山煤炭生產帶來了多座煤矸石山,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,不僅增加了費用，浪費資源,而且嚴重污染環境，同時也埋下了山體坍塌以及滑坡的安全隱患。針對礦區排放的煤矸石，運用煤矸石來鋪設礦區線路的做法，不僅減少工程費用，對環境的保護也起到了很好的作用。

5 項目經濟效益

礦區鐵路選擇附近堆積的煤矸石經過處理之后填料，路基可以保持長期的良好狀態，同時降低了企業用于修建礦區路基的成本，對整個工程建設具有顯著的經濟效益。運用煤矸石鋪設礦區線路，節省了額外的排水設施修建經費。在分層填筑時，針對煤矸石構成的路段可以設計50 cm左右的松鋪厚度，這個比例相對較為合理，可以減少費用并且節省施工機械設備。

6 結 論

礦區排放的煤矸石不加以處理，就會導致礦區污染。在處理煤矸石的實踐中，相比于傳統的施工模式，煤矸石換填基床或者修建路基的方式可以降低污染，并消除了礦區塌陷的安全隱患，依照變廢為寶的基本思路來推行新型的路基整改技術。然而截至目前，礦區鐵路路基施工運用煤矸石的操作技術并沒有真正實現完善，對此仍然有待改進使礦區整體環境的全面改善。

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

[2] 白光起.煤矸石力學特性研究及其在礦區鐵路中的應用[J].現代礦業,2015(3):164-166.

[3] 侯學剛.煤矸石在淮北東外環路路基施工中的應用[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用[J].煤礦現代化,2014(4):17-18.

[7] 李 勇，王風敏，王 萍，等.煤矸石在鐵路路基中的應用研究[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年畢業于黑龍江科技學院，工程師，主要從事礦區鐵路運輸、工程的研究

(E-mail)330436794@qq.com

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