寒冷地区综合利用煤矸石筑路技术的研究报告简本交通科技管理中心.docVIP

寒冷地区综合利用煤矸石筑路技术的研究 报告简本 一、项目研究目的意义 煤矸石是一种随着煤炭资源的开采而排出的固体废弃物，是与煤层伴生或共生的含碳量较低的岩石，为碳质、泥质和砂质岩石的混合物，分为黑色、灰色的未燃煤矸石和红色、黄色、白色的已燃煤矸石。据统计，煤矸石的排放量约为煤炭开采量的15%~20%，现阶段我国煤矸石的综合利用水平尚不到排矸量的15%，多数煤矸石采用圆锥式或沟谷倾倒式自然松散地堆放在矿井周围，侵占了大量土地，对周围的大气、水体、土壤等环境造成严重的污染。 公路建设是一项长距离的线形工程，有的公路延续数百公里，甚至上千公里，对路基和路面建筑材料的需求量巨大。如果能将公路建设范围内满足路用要求的煤矸石材料代替路基填料或路面基层用碎石材料，不仅可以将煤矸石材料废物再利用，减少煤矸石山对土地的占用和对周围环境的污染，而且可以降低公路工程造价，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。 东北寒冷地区煤矸石资源丰富，早在1991年吉林省就开展了煤矸石基层的应用研究，受到当时技术条件限制，煤矸石材料在公路工程中的应用没有得到推广。交通部科教司于2006年将“寒冷地区综合利用煤矸石筑路技术的研究”列为交通部西部建设科技项目，承担单位为吉林省交通科学研究所，参加单位为长安大学。以吉林省寒冷地区煤矸石为研究对象，立足吉林，兼顾黑龙江、辽宁和内蒙等省区煤矸石，在系统总结分析国内外煤矸石路用相关经验和研究成果的基础上，深入研究寒冷地区不同煤矸石材料的物理化学性质差异，综合分析煤矸石材料的压碎值、岩性、风化程度、膨胀性、稳定性等差异，结合寒冷地区气候特点，提出煤矸石材料路用的分级分类指标及煤矸石填筑路基、修筑路面基层的技术要求，本课题研究成果将指导煤矸石材料在道路工程中的应用，经济、社会效益显著，研究意义重大。 二、国内外技术现状 20世纪50年代，我国的科技工作者就对煤矸石进行了综合利用的研究，几十年来创造了许多煤矸石综合利用技术，如煤矸石用于生产水泥、混凝土、砖、道路工程、发电等方面都取得了重大进展。 随着公路建设的飞速发展，对道路建筑材料的需求量与日俱增。近年来，对煤矸石在筑路方面的应用进行了探索性的研究。中国矿业大学对煤矸石作为路基填料的物理力学性能进行了大量的试验，经过理论分析与对比提出了煤矸石作为路基填料的可行性与技术途径；济南煤炭设计院在山东兴隆庄修筑煤矸石路基，经过8年的观测，路基路面整体强度在逐年增长；1999年吉林省白山地区在修建江源至湾沟二级公路时，采用煤矸石填筑路基，经过10年使用与其他路基相比煤矸石路基没有出现特殊病害，表明煤矸石路基能够达到公路的功能和使用要求；长沙理工大学在河南济东高速公路获嘉至新乡段采用煤矸石修筑路基，经过振动压实煤矸石颗粒构成粗细骨料级配良好的煤矸石压实体，具有很好的隔水效果。长春市交通局和九台市公路段于1991年和1999年分别在九舒线九台市出口和鸡鸣山—纪家四级公路上修建了300m和500m的已燃煤矸石基层试验路，后期弯沉检测满足设计要求。 世界各国都很重视煤矸石的处理和利用。自上世纪60年代开始，煤矸石综合利用就己经引起很多国家重视。英国现已积存自燃煤矸石约3亿吨，煤管局在1970年成立了煤矸石管理处，将煤矸石用于填筑公路路基和其他土建工程的普通填充物，年用量约600万吨至700万吨。原苏联用煤矸石作原料，生产实心或空心砖，利用煤矸石制砖，燃料消耗可以减少80%，产品成本降低19%～20%。将煤矸石作为筑路材料的应用有美国宾夕法尼亚州公路网，法国北部公路网，德国鲁尔地区公路网，英国利物浦等地区干线公路及高速公路等。前苏联将自燃后的煤矸石加工后，作为筑路材料，铺在沥青混凝土路面下，作双垫层的底层，年用量约40～50万立方米。 综上所述，国内外均有将煤矸石用于公路工程的实例，但主要是针对当地煤矸石进行试验后的应用，没有对煤矸石材料开展系统的试验研究，也没有对煤矸石材料的路用性能分级，更没有煤矸石在道路工程中可依据的规范或技术指南。 三、项目研究内容及技术路线 1、研究内容 （1）东北寒冷地区各地煤矸石（已燃和未燃）物理化学性能分析研究 ①化学组成、岩性成份； ②颗粒组成分析； ③强度性能、水稳定性； ④膨胀性、崩解性、压缩性及隔温性能等。 （2）煤矸石路用性能指标分级分类技术标准研究 （3）东北寒冷地区煤矸石（已燃和未燃）填筑路基的研究 ①加州承载比（CBR）及回弹模量试验； ②煤矸石填筑路基长期路用性能试验研究； ③利用煤矸石填筑公路路基的水稳定性； ④利用煤矸石填筑公路路基的抗冻稳定性； ⑤利用煤矸石填筑公路路基的隔温性能试验研究。 （4）无机结合料稳定煤矸石（石灰、粉煤灰或水泥稳定煤矸石等）基层材料的研究 ①煤矸石作为基层材料的物理化学指标要求、加工工艺要求； ②煤矸石作为稳定基层