探究煤矸石在矿区铁路路基中的应用

陈 欣

(山西焦煤 西山铁路公司，山西 太原 030200)



探究煤矸石在矿区铁路路基中的应用

陈 欣

(山西焦煤 西山铁路公司，山西 太原 030200)

介绍了煤矸石的基本特征，提出路基填筑与路基整改运用煤矸石的可行性，并且对具体应用技术进行了阐述，实践证明：矿区排放的煤矸石做为铁路路基的填料，可节约矿区铁路施工成本，同时也减少了煤矸石带来的污染，经济效益显著。

煤矸石；矿区铁路路基；具体应用

对于矿区铁路而言，铁路路基的建设与维修是成本管理的关键部分，如果采煤区位于矿区铁路的地层位置，很可能将会引起铁路变形或者线路下沉等。在洗煤与采煤的操作中，通常会排出固态的煤矸石，煤矸石属于灰色或黑色的岩石，这种岩石本身具备较低的含炭量与较高的硬度，从成煤过程的角度来讲是一种固态废物衍生物。正常情况下，开采1 t原煤就会产生0.2 t或者更多的煤矸石。各矿井在采煤过程中排出大量煤矸石，露天堆放的煤矸石不仅污染周边环境并且浪费土地资源，同时也埋下了山体坍塌以及滑坡的安全隐患。矿区铁路在整修路基的过程中，应当对煤矸石加以利用，结合矿区铁路运行以及整修的实际情况，探求可行的应用思路。

1 煤矸石的基本特征

煤矸石属于混合物，表现为较低的可燃度，包含了无机物与有机物，分别为岩石物质与含炭物质。含炭物有利于促进燃烧，而岩石等无机物并不能燃烧，煤矸石包含蒙脱石、石英、硫化铁、氧化物、伊利石、氧化铝等多种物质，其中的硫元素占据了较大比例，因此决定了煤矸石的有毒有害特征。煤矸石具备如下特征：1) 水稳性。煤矸石具有相对较小的空隙率，因此很难迅速吸收水分。在修筑路基时如果运用煤矸石作为材料，那么将会表现为优良的水稳性及抗冻性，同时也确保了材料本身的分散性能。在修建路基时选择了煤矸石，有助于避免翻浆的发生。2) 压实性。相比于碎石土，煤矸石具有大致相同的级配。具体在振动操作中，可以借助压路机来完成压实操作，经过压实操作后，煤矸石就能符合最基本的路基承载指标。3) 自然级配。煤矸石本身的粒度差异较大，体现为良好的自然级配。经过筛分处理后，煤矸石表现为不均匀的粒径，其中含有较高比例的小颗粒，这种状况很接近碎石土。

2 路基填筑与路基整改运用煤矸石的可行性

煤矸石本身具备优良的水稳性与抗冻性，遇到潮湿或者低洼地带时，只要适当予以处理就能保持煤矸石本身的透水性，而不至于导致地基失稳。煤矸石表现为较强的渗水性与较差的黏聚性，如果路基本身含有较高比例的风化土，那么与之相应的黏聚性将会变得更高，当外部条件适中时，煤矸石内部的镁、铝和硅等物质就会迅速产生水化反应，进而导致纤维结晶体或者硅酸盐的出现。受到水化的影响，生成物主要表现为凝胶状态，在这其中包含了碳酸钙或者氧化钙的结晶体，进而迅速提升了石料颗粒整体的黏聚力。

在自然状况下，煤矸石并不具备同样的粒径大小，因此煤矸石很类似碎石材料。在碾压煤矸石的基础上，就可以排掉石料内部的水分与空气，因此也重新排列了煤矸石内部的颗粒。这种状况下，煤矸石就会具备更高的密实度，其中的胶凝物质也很容易发生作用。因此，煤矸石材料用于修建路基是可行的，这种措施符合了现行的技术指标。如果煤矸石并不满足特定的洁净率或者级配指标，可以用来修建铁路道床。此外，技术人员也可以运用适当的处理措施来消除过高的不洁率或者过大的颗粒直径，在全面控制的基础上保障煤矸石本身的性能达标。

3 具体应用技术

矸石填筑铁路路基施工，要严格遵照《铁路路基施工规范》和《铁路路基设计规范》的相关规定执行，路基施工的具体过程又分为：施工试验阶段、填筑前准备阶段以及路堤填筑。

3.1 施工试验阶段

为提高矸石填筑路基施工质量，在施工前建立施工试验段，取得填筑工艺数据。严格按照路基施工规范要求进行压实，提高路基密实度，利用压实密度检测仪进行质量控制。具体在路基填筑时，先将粒径大于150 mm矸石块进行粉碎处理，然后采用压路机对其进行碾压。矸石路堤采用分层充填，并且以分步碾压的方法进行施工，以保证地基的稳定性和承载能力。

3.2 填筑前准备阶段

施工前，应做好煤矸石堆场的调配方案。煤矸石堆场要按照设计要求以及施工地段总共需要的土石方进行调配，施工前先对矸石进行现场填筑压实试验，确定不同填料施工含水率、对应的松铺厚度、最佳的机械配套以及施工组织计划等各项技术参数。压实机械优先选用重型振动压路机，选择断面形式、地质条件均具有代表性的地段做为试验段，实验长度不宜小于100 m.

3.3 路堤填筑

煤矸石路基的填筑采用分层填筑的方式，每层厚度为0.3 m，具体的填筑施工过程分为以下几个步骤进行：

1) 基层处理。

每填筑层填筑前根据高程及边坡坡度，放出填筑边界线，根据设计高程及分层数确定每层填筑高度，根据每层高差及试验段所得松浦系数计算煤矸石松铺厚度。然后按每10 m一断面，每断面左右各设一点，设置填筑高度点，高度点使用钢钎标注。未铺煤矸石前，先在清理后的原地面铺一层厚30 cm左右，粒径10～15 cm煤矸石，然后用羊足碾进行碾压4～5遍，自测是否稳定，如果不稳定，再在此基础上加铺一层。

2) 煤矸石的摊铺。

根据拟定好的进料路线进行进料，煤矸石进场前需由专业人员对煤矸石进行检验，检验合格后方可进场。由于煤矸石的水稳性差的物理特性，路基两侧需填筑80 cm的护肩土以保证路基的稳定性，煤矸石和护肩土的填筑同时进行，摊铺后煤矸石应比护肩土稍低。运至工地的煤矸石采用摊土机进行摊铺，摊铺大致平整后即可采用人工进行找平。路堤沿横断面宽纵向展开分层填筑，当原地面高度不平时，先从最低处开始，并且采用由两边向中间填筑的方式，路基边坡两侧填筑宽度不小于50 m. 分层填筑厚度根据压实机械的压实能力、填料种类和压实密度，通过现场试验来确定，不同性质的填料应分别填筑，不得混填。

3) 煤矸石含水量的控制。

根据实验室确定的换水量以及现场实际测得填料含水量计算每百米所需要的洒水量，然后按照实验室数据进行洒水车喷洒水。在进行洒水时，要根据当天天气情况进行调整，如果是炎热天气，应该增加洒水量；如遇到雨天，就停止洒水作业。

4) 碾 压。

通常情况下，洒水工作结束半日后就可以进行分段碾压工作，这样有利于煤矸石的内部物理消解，具体碾压过程中要注意的是：先进行静压然后再震动压、先压两边然后再压中间、先压低处再压高处、先上振动沿路机后上三轮压路机，施工中所有压路机的行驶限速为4 km/h.各工区的交接处，应重叠压实，条件允许时采用羊足碾，碾压效果会更好。

5) 注意事项。

a) 为保证正常压实，煤矸石内的杂物可在卸料后，当推土机摊铺时派专人清理干净。

b) 因填筑煤矸石路基较长，填筑采用分层分段的方式进行，所以验收也应该分层分段验收。

c) 碾压结束后，各单位先组织自检，合格后上报监理进行分段验收，等监理签字合格后，才可以进行覆盖填筑。

4 采取相应的环保技术

多年的矿山煤炭生产带来了多座煤矸石山,这些矸石山不仅占用了大量土地,而且为防止煤矸石自燃,需要不断浇水降温,不仅增加了费用，浪费资源,而且严重污染环境，同时也埋下了山体坍塌以及滑坡的安全隐患。针对矿区排放的煤矸石，运用煤矸石来铺设矿区线路的做法，不仅减少工程费用，对环境的保护也起到了很好的作用。

5 项目经济效益

矿区铁路选择附近堆积的煤矸石经过处理之后填料，路基可以保持长期的良好状态，同时降低了企业用于修建矿区路基的成本，对整个工程建设具有显著的经济效益。运用煤矸石铺设矿区线路，节省了额外的排水设施修建经费。在分层填筑时，针对煤矸石构成的路段可以设计50 cm左右的松铺厚度，这个比例相对较为合理，可以减少费用并且节省施工机械设备。

6 结 论

矿区排放的煤矸石不加以处理，就会导致矿区污染。在处理煤矸石的实践中，相比于传统的施工模式，煤矸石换填基床或者修建路基的方式可以降低污染，并消除了矿区塌陷的安全隐患，依照变废为宝的基本思路来推行新型的路基整改技术。然而截至目前，矿区铁路路基施工运用煤矸石的操作技术并没有真正实现完善，对此仍然有待改进使矿区整体环境的全面改善。

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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

陈 欣(1978—)，女，重庆人，2011年毕业于黑龙江科技学院，工程师，主要从事矿区铁路运输、工程的研究

(E-mail)330436794@qq.com

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1672-0652(2017)04-0054-03