煤矸石填筑高等级公路路基的效益分析

摘要：对煤矸石的工程特性进行详细论述，并根据这种材料的特性提出了煤矸石路基填筑高等级公路的生态效益和经济效益，表明了在道路工程建设中利用煤矸石是可行的，对整个国民经济的的健康发展具有十分重要的现实意义。

关键词：煤矸石；生态效益；经济效益

中图分类号：TU522文献标识码： A

引言

随着我国的公路建设产业化的日益发展，大家对公路的建设观念已经由过去单纯追求粗狂式的产量，到今天的考虑环保性和节能性，并渐渐地向质量、环保和节能于整体的大方向发展。使用煤矸石等工业废渣原料，不仅充分利用废弃材料，而且节约自然资源，有利于环境保护。在二灰稳定集料的结合料中，粉煤灰已作为工业废渣应用在公路工程建设中趋于成熟化，如果能将路基填料中的天然碎石材料用煤矸石代替，形成煤矸石、粉煤灰和石灰土并用，一定会对以后的社会带来巨大的生态效益和经济效益。

煤矸石的工程特性

煤矸石中含有碳、硅、铝、铁、硫、钙、镁等十几种氧化物，具有一定的火山灰活性性质，在合适的外界条件下比如水分和温度，与水化作用产生的Ca(OH)2起化学氧化反应，形成稳定的不溶于水的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶主要生成物是硅酸钙等物质，使煤矸石各颗粒之间凝聚力不断加强提高。煤矸石作为煤炭业生产中的工业废渣，是各种破碎、风化岩石组成的混合物，其工程特性决定了煤矸石填筑高等级公路路基的可行性：

（1）自然级配：天然堆积状态下的煤矸石是由各种大小不一的粒径颗粒组成，各粒径所占情况由各地矿区、年代形成的差异导致没有固定的级配关系。自然级配较好的煤矸石可直接用于路基填方；反之自然级配较差，大颗粒所占比例多的煤矸石不宜直接用作路基填方，但可经过破碎碾压处理或掺拌石灰良后使用。

（2）吸水性：结构致密的煤矸石吸水性比较低，具有良好的透水性，自身保水性较低，因此能有效地防止路基床翻浆，这种性质使得煤矸石作为路基填料时不会受到水损害；结构较松散的煤矸石易吸水，吸水后体积会发生膨胀，并破碎成较小的粉状矸石，不能当作路基填料使用。

（3）风化性：抗压强度比较高的煤矸石风化速度较慢，不易自然破碎，宜用作路基填

料；反之抗压强度比较低的煤矸石容易风化破裂，遇水则崩解，不能当作路基填料使用。

（4）自燃性：经过多次自燃的煤矸石堆，宜作为路基填料；而未自燃或自燃不彻底的煤

矸石因为含碳及比较高的挥发成分，比较容易发生自燃，不能当作路基填料使用。

（5）可压缩性：由于煤矸石中有一定的大小不等的颗粒，宜使用振动机械进行碾压密实，其压实特性主要是由集料中的细料，以及细料对集料空隙的填满程度决定的，因此，适用于振动压路机振压为主，通过共振压实后，有效减少煤矸石空隙，增大密实度，压实后的承载能力可达40kPa～60kPa。

3煤矸石填筑公路路基的效益

3.1煤矸石填筑路基的生态效益

在我国煤矿中排出煤矸石量占煤炭开采总量的10%～25%，乃是我国目前排出数量最多的废料资源。有关数据表示，在未来的20年里，我国年平均煤炭生产能力可以高达9.17亿吨，矸石排量则为年均9700～24200万吨，按照目前我国每个矿区煤矸石矿堆大约270万吨，占地多达10公顷，则煤矸石堆年均侵占土地约360～900顷。导致这些被侵占土地无法恢复原状的生态系统。目前国内大约散布1500座矸石山，总吨位在30亿吨左右，而且其年均吨位和占地增量分别为1.5亿吨和670公顷。

高等级公路用煤矸石填筑其路基，需求量很高，则在很大程度上减缓及抑制上述因素对当地环境的破坏。此外煤矸石代替土料填筑公路路基，施工时则不需要取土坑，消除取土时对地表的损坏。从环境保护和可持续发展的层面上讲，这种生态效益所带来的利益是无法估量的。

（1）节省耕地

我国的土地资源非常紧缺，人均耕地占有量仅为0.106公顷，只是世界人均水平的43%，地稀人多已是不可争议的事实。保护仅剩的耕地数量是关系到保障人们日常生活的重要事情，由于随着各省市招商和引资规模的扩大，经济腾飞，每年因基础设施建设、城市用地增多及某些自然灾害等各种各样的原因造成耕地面积数量不断下降，据保守统计每年因开采煤造成的地表下陷和煤矸石堆乱放造成的耕地损失达6.36%。利用煤矸石填筑高等级公路路基，不仅可以减少大量煤矸石堆乱放问题，还能节省大量的土地资源，能够合理有效地控制耕地损失等问题。

（2）减少粉尘、有害硫化物排放

煤矸石由于其成因和化学成分的原因，其强度能力和抗风化能力均较一般岩石要弱，经风吹日晒和雨淋冻融后，产生的粉尘较多，再经过运输、装卸、摊铺，特别是多次碾压后更加容易破碎。除局部一些坚硬的颗粒外，大多数被破碎成粉尘状态。粉尘间粘结力差，在干燥状态遇刮风易起尘，严重地对人们的生活、周围农作物的生长造成不利影响。

多数煤矸石堆在空气中能够发生自燃现象，据统计国内至少有134座矸石山不同程度地燃烧过。煤矸石发生自燃现象不仅白白浪费了珍贵的能源，最主要是燃烧过程中排放出二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及烟尘等，还严重污染大气环境，影响到周边人们的生活和农作物的生长。利用煤矸石填筑高等级公路路基，大大改善矸石山周围的环境空气质量有着积极的作用。

3）减少矸石淋溶水污染

煤矸石中存在着大量的铜、铬、铅等重金属，这些物质在煤矸石干燥的状态下，不会影响到人类生活。当其被长期风化后经雨水淋溶，就会形成淋溶水且多表现出酸性，酸性的淋溶水当中夹杂的重金属、As、氟化物如果渗透到地下、或者流入附近的地表水中，会污染周围的水环境。因此，大量的煤矸石用于填筑高等级公路路基，可以减轻对水的环境污染。

3.2煤矸石填筑路基的经济效益

我国现有建筑中95%达不到国家规定的节能标准，单位建筑面积能耗是发达国家的2~3倍，对社会造成了沉重的能源负担和严重的环境污染。推广应用建筑节能和建筑垃圾处理技术，是建筑施工企业和相关部门迫在眉睫、亟待解决的问题。

利用煤矿产出废弃的煤矸石填筑高等级公路路基，可以节约许多的取土用地，解决煤矸石占地这一现象而且减少其对周围环境的污染，便于施工，同时一般的煤矸石的强度高于土，使得路面的使用性能更优，最重要的是减少了公路工程中的造价。

煤矸石填筑公路路基比土路基在经济上的优越性表现在：

（1）节省资源管理费和征地取土费，包括《土地法》规定的土地划拨费用，青苗补偿费、取土费、复耕费和土地管理费。

（2）土地的年使用效益。在高等级公路15年或10年使用期限中，节省下来的土地年收益有是一笔可观收入。

（3）政府及企业对煤矸石的每年治理污染费用。

（4）煤矸石对周围农田的污染，导致农作物减产情况。

结语

随着我国经济发展对能源需求的不断增长，因此煤炭开采的规模也在不断扩大，由开矿成煤过程中产生的大量的伴生物――煤矸石，在地面所占的堆积面积越来越大，它占用土地，严重污染了空气、水域，导致滑坡和泥石流等灾害发生。综上所述，利用煤矸石填筑高等级公路路基，既可少占用堆放场地，节约耕地，减少扬尘对环境造成的影响，改善水资源条件，有利于生态的保护，具有很高的生态和经济效益，需大力推广。

参考文献

狄升贯.高速公路煤矸石路基路用性能[D]. 西安：长安大学，2008.

申文胜，王朝辉.高速公路煤矸石填筑路基路用性能控制[M].北京：人民交通出版社，2011.

作者联系方式：吴妍瑾，河北省邯郸市邯山区河北工程大学土木学院