太原地区煤矸石作为回填材料的应用研究-结构工程专业论文.docx

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1、扩展，建筑物的增多，高速公路、铁路的大量兴建以及些基础建设的增设都简要大量的土等些建筑材料回棋地基及路基路面，力上我国土地资源的有限性，这就要求建设者寻求其他的资源材料来充当黄土、砾石等回棋资源。考虑到煤肝石资源的丰富性及其司以作为资源利用的面，利用煤刑:石替代黄土等来充当回填材料，这就为煤肝石利用开辟了一条全新的途径。然而我国利用煤肝石的技术及水平还很有限，虽然自J.已有利用煤肝石回填路基的工程实例，但是毕竟还为数不多，而且利用煤研石回填建筑地基的工程少之又少。根据煤研石的特性，其地区不同，年代不同，煤肝石的各种性质也千差万别。在我国，江苏、重庆、河南等地己有一些利用煤肝石筑路的工程实例，对

2、煤肝石的应用也做了大#试验研究，但是对于山西这个煤炭大省，煤肝石作为回填材料的应用研究还不多，几乎没有。中国（太原）煤炭交易中心展览中心工程初步设计时，考虑、当地煤研石资源丰富，J旦i土资源有限，均节约资源降低工程成木，探用煤研石进行空外展场的回填，但是没有可以借鉴的工程经验，对太原地区煤研石的试验研究也几乎没有c为了充分利用当地煤肝石资源丰富这一条件，更好地利用煤肝石的力学性能，本课题组对太原地区某煤矿煤肝石进行了各项物理力学性能试验研究，达到充分利用其资源特性，更好地满足工程要求，为工程降低成本造价的目的，同时也很好地为当地解决了大部分的煤肝石;堆积问题,达至型好的经济效益和社会效益。1.

3、2煤砰石的国内外研究现状121煤刑:石的研究现状我国是个煤炭生产和消费大国，煤炭年产量达亿H电级以上，占我国总能源的70%以t.例，居世界第一位。作为煤的伴生物一一煤肝石，又称为夹肝石，其产id也是位居世界之首。煤石干石是在成煤过程中与煤层伴生、共同沉积的有机化合物和无机化合物混合的一种岩石，含碳IM我低，比煤坚硬，一般呈黑灰色，通常呈薄层夹在煤层中或煤层顶、！底板岩石是随着煤炭的产出排放出的工业废渣，占原煤产的10%-25%,目前我国已累计堆放30多亿6田煤研石。随着我国经济和社会的高速发展，能源的消耗id及需求1M:也越来越大，作为我国主要能源的煤炭资源，其产IJ也相应的越来越多，其伴生物

4、一一煤肝石的产：1:J也是与日俱增。煤肝石大iJJ：产出，但是就我国目前处理利用煤肝石的技术来看，煤町石每年的消税盐尚不到年排肝盐的20%,大盐的煤币石自然松散地堆积在地表及矿山沟整处，在矿区形成座座的肝石山，目前堀累计堆积煤i干石山约有2000余座。煤刑:石的大量地:积不仅侵占大量的农田耕地，严重地污染了矿区及其附近空气、2（体及土壤资源，而且刑石山存在着产生崩塌、爆炸、滑坡及泥石流等环境地质灾害的可能性，对降（及其附近居民的生活环境、身体健康、人身安全构成了灾难性的威胁。然而煤肝石除了是一种给社会造成种种污染破坏的工业固体废弃物之外，也是一种可以术新利用的：次资源，属于矿产资源的一种，是朱

5、开发利用的财富ISIo煤肝石的主要V物成分有高岭石、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、黄铁矿、7）（铝石和少if稀有金属。、物等，其元素组成多达数十种。煤刑二石中的可燃!在分手n矿物质成分是很好的燃料和I工业原料，因此煤肝石又是一种可以综合利用的可再生资源（9飞当前地球环境日益恶化，自然资源逐渐趋于匮乏，我国的能源现状也面临着严峻的危机挑战。只有节约资源，充分回收利用资源，才能保持我国能源的可持续发展。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，考虑到目前自然资源状况以及国内煤肝石资源丰富，认识到煤肝石资源可以进定次利用，国家大力支持推进综合利用煤刑石，使It”变废为宝气我国土地资源严重紧缺，人贴有耕地面积

6、仅占世界人均水平的43%1O,随:国民经济的发展，基础设施建设及城市用地扩张等原因，更是减少了大量的耕地，因此充分利用煤肝石对保护我国的土地资源也有十分重要的意义。煤肝石被充分利用，这样不仅实现了废弃物的处理利用，而且达到了保护环境，减相染和Irf约资源的目的。我国从上个世纪60年代W1起就已经着手进行煤肝石的综合应用及研究，政府也颁布了一些相关政策法规来鼓励促进煤肝石的充分利用。到目前，我国综合利用煤肝石己有几十年的历史，综合利用煤研石的水平已经有了很大的进步和提高，煤石f石的应用领域也在不断地拓宽。然而，国外早在.次世界大战以前就已经开始利用煤吁石进行各种生产，井对其应用比较重视，煤舶利用

7、率也比较高，据资料报道13网，美国、英国和德国等西方国家煤肝石的总体利用率已高达90%,其综合利用已经达到超高的水平，并趋于成熟。我国已有很多专家对煤肝石的物理力学等工程特性进行了试验研究，验证了煤肝石是一种具有特殊工程特性的回填材料，为利用煤研石回填路基、地干等工程应用奠定了理论基础，并具有指导作用，对煤石干石现场回填及压实的施工流程和方法避行了试验研究，为煤肝石的工程应用提供r实践参考。本文把国内对煤ff干石研究具干j代表意义的研究者及研究情况进行了总结，如表1.1所示。表1.1关广;均(J干石具有代表性的研究研究者针对;陈例：石所做的研究及成果接振泉季梁军等115)对煤IiI石的破碎压E

8、著作用机制进行了试验研究，探讨T煤Ii1石压!性与ia块破僻之间的关系，并得出煤i1石在压密过程中i1联经过破碎、压吉普、UJ.破碎、W1五EKf的渐刘松玉邱EE等人旧分析煤研石用作问速公路路堤填料的技术可行性，采用国结不排水中型动：:由试验,对煤肝石的动力特性进行了研究,研究了煤肘石的、动强度、阻尼动力特性。经过试验研究，获得了煤研有不排水条件卜，不同团结应力比、不同罔及煤肝石的阳尼比等，并得:+了煤肝石的动j革力-的变曲线可用双曲线拟合的结论。刘乔荣王东权等人5对矿产废料煤研石作为路基填*斗的可行性进行了试验研究，研究了煤肝石的颗粒级况、I吸水性、风化性、化学成分等物理化学性能，以及燃石干

9、石的压实行、变J特性、iS!由喊W4ttT,M6fctfa.ji*.出RI/.*%11*:1i.tMt：H1II-I人:1大干串:皮随组11料的增加I呈现规律性变化,其强度优于路基均用的填匕等刘松玉邱牵E等人口即通过中型辆Ii试验兑现场大型直剪试验对;隙肝石的强皮特性进行了研究,得到了踩M1看的强皮包线形，I以及1石抗M化规律分别一|忤佑小才MMa11C小才必、HECdcZX.Uec，珀AdfcUt7M1i+W田山诋+不面IT，I、于50OkPa的情况下,煤石：行的强皮包线近似成直线，强垃公式采用1吁，伦公式徐强张修峰等的究了不同粒径级配煤肝石散体的压缩变形特性，衍，山前Ii向应力应变关系仙线

10、可以分成个阶段，这个阶段的长度与级配方案有关，在试样中小粒径所占比例越大，这个阶段相对越颊。指出如果保持中间粒役的比例不变，附力4、技役的比例，并同时减少大粒径的比例充烦时，可以较快达到始终稔定的压缩:M!。朱边f忠孙就J1等122J以京福附速公路实际【.程为例，介绍了填筑煤.打：Ci的临工方法及技术以及质ij检等施工工艺，分析了用煤牌i填筑高速公路路堤的工程效益和社会效益。验证了利用煤肝石填筑路堤弯沉值小，质主t符合工程技术要求，提岛了路基承载力等优点。减Sr刘东燕针对重庆山区研石In降雨时稳定性进行了试验研究,指出降雨是导致重庆U1区肝石出了研彳幼体中的主错!水压力变化m.!见，等。密宜泉

11、，赵道辉等人FMJ采用试验的方法研究了煤肝石粒度分布的级配与压密性的关系问题，并指出影U1句天然然Ii1石固纺压2征性的主要级商己缺陷是绕11小颗粒含缸比例过低，可以通过适“i地提臼拘1;一7:山以I11,1、蜥*；小JMCRrnk仅IDU士址的i1h-tt6*T:；6*到较肉的网纺压密程度，并可以仃效改善；隙肝布的7)稳特性崔保锋等网对于徐州张双楼煤矿的煤肝石特性进行了分析，包括煤i1石的颗粒组成、物理化学成分等理化特性，以及煤矿石的允许承载力、没水影响等工程特性燧结了利用该矿区煤研石问坝地基和处理的方法及施1：时应注卷的问题.王修山，郝堵文等人R6结合山东省枣J:I地区煤研公路路堤的多年使

12、用成功经验，对煤肝石的用性能j进了研九在试验研究和分析煤肝心的上理化学、7J理等居本特性和1：样特性的选1i：I：I二，得：11了利用合理级配的煤研石填筑路堤，在压实腔、承载力、7J稳定性、弯沉值等方而明显比上路提有良好的奴我:；：:公路路提有很好的使用价值.目前，欧洲有很多国家针对煤刑：石工程应用已经制定相应的规范标准，并对煤f:石作为回填材料施工规定有严格的控制标准刀懒国内仍没有出版的关于煤肝石工程应用的规范标准，但是我国已有很多专家和学者致力于煤肝石工程应用的研究工作，并取得了显著的成果C1.2.2问题阐述近年来，随着我国经济及社会的发展，据I的土木工程行业及基础设施等行业也飞速发展，带

13、动着我国能源的大：MJ:消耗。此同时，煤肝石也随之以每年上亿吨的速度增加。由于我国综合利用煤肝石的水平还不高，大盐的煤肝石不能被及时处理掉，自然松散地堆积在地表及煤矿附近沟盆，原污染了当地的生活和工作环挠，甚至给当地居民带来致命的灾害。然而在国外，煤肝石的工程应用已经成为煤肝石资源化利用的主要途径。煤肝石在工程领域的应用主要体现在：利用煤肝石作为充填材料代替以往用土石材料填筑公路铁路的路基和I路堤，其中包括高速公路;利用煤肝石填筑水利堤坝：利用煤肝石充填软弱地基垫层；或利用煤肝石回填塌陷区复出等。在我国，煤研石蟀用主要体现在利用煤研石发电、生产砖瓦等建筑材料、生产肥料等，而这些应用远远不能解决

14、每年随省:煤炭的开采而排放出的大量煤肝石。另外，由于城市的扩展及工业的发展，森桶积和土地资源越来越少，我国逐渐面临着能源紧张的严峻局面。而城市的扩展，建筑物的大盐兴建以及公路、铁路、高速公路等的大量兴起，筒要大量的回填材料。于是酗开始借鉴国外成功利用煤刑石的工程应用经验，进行利用煤肝石筑路、回填地基等工程应用的尝试。煤石f石不同于般_E程用土，其力学特性和物理性能均与般用土有很大的差别，煤刑:石粗大叫块含量较多，不利于现场压实且压实比较困难：煤刑:石物质成分比较复杂，遇7卜司能发生化学反应，使工程质量降低:煤肝石中含有有害物质和少量重金属，将其应用于工程，很有司能对工程周固环境和土壤水源等造成

15、污染:煤刑:石的力学性能是否稳定，是否适合回棋地基等问题均话要经过试验研究和工程实践的验证。另外，煤石是用S特殊的土石材料，；民;物质成分比较特殊，其中占有相当高比例的是软岩研块，并且含有不稳定成分，如残留煤、有机质，以及一些有害物质如硫分、有毒垂金属等，在长期与空气和7k接触的环境下，由于水的渗透和大气氧化等作用容易导致软岩石干块的崩解软化、有害成分溶解、有机质灰化等各和1形式的作用发生。这些作用不仅可能产生.次污染问题，也容易引起研石填体结构状态和密度条件的变化，从而导致其承载能力和I抗剪强度的降低。国内很多专家学者针对煤肝石作为充填材料的工程应用进行了大量的试验研究，也有很多地区利用煤刑:石修筑公路、铁路等，均取得了良好的效果。然而，根据各专家对不同地区煤研石的研究发现，由于地区不同、煤肝石的产出方式不同、产出时间彳同等原因，煤肝石的物理、化学、力渊:性能均不相同，甚至有很大的差别。对于山西这个煤炭生产大省，煤石石的储存业占全国的大部分，然而山西省的煤刑石资源主要以发电、制造砖、生产肥料寄:利用，绝大部分的煤肝石堆积在矿区及其附近，严重影响了当地的环挠。该省将;煤肝石应用于工程的实例几乎没有，而山西省山区居多，可利用耕地较少，工程回填材料极为有限。为了使该省大盐的煤刑右资源可以加以充分利用，本课题组针对太原市某煤矿的煤肝石进行试验研究，以确定该地区煤研