摘要:在煤炭開采和加工期間所排放出的廢棄巖石即為煤矸石,其不但占據(jù)耕地,使其遭到破壞,而且使人類與土地間的沖突等級(jí)再度提升。除此之外,煤矸石的粉塵、自燃及排放的毒氣、降雨淋濾反應(yīng)也加快地質(zhì)環(huán)境的惡化速度。本文結(jié)合我國(guó)堆有諸多廢棄煤矸石的現(xiàn)實(shí)狀況,深度探究了路用煤矸石的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況及其類型劃分與污染。
關(guān)鍵詞:煤矸石;道路工程;分類;污染
引言
從上世紀(jì)中期開始,煤矸石的運(yùn)用受到了全球多個(gè)國(guó)家的關(guān)注。其他國(guó)家早已針對(duì)煤矸石應(yīng)用于道路工程方面展開了深層次的探究,并且收獲了諸多的可喜成果,在利用率上比我們國(guó)家高出不少。煤矸石在公路及其他土工建筑中的使用頻率較高,而且被多個(gè)領(lǐng)域視作較佳的材料,獲取了較高的認(rèn)可度[1]。
1國(guó)內(nèi)外煤矸石在道路工程中的研究現(xiàn)狀
1.1國(guó)外煤矸石在道路中的應(yīng)用
將煤矸石做成防滑路面的第一個(gè)國(guó)家是英國(guó),并且始終被視作兼具高性能與低成本量大優(yōu)勢(shì)的材料,在其余的土工建筑中也得到了大范圍的運(yùn)用。與此同時(shí),美國(guó)也將其用以鋪筑道路,在內(nèi)華達(dá)州,他們將其燃燒之后與礦物加以混合,而后作為道路面層。在數(shù)次實(shí)驗(yàn)之后,認(rèn)定其不但具有較佳的防滑性,而且在道路的修補(bǔ)及處理方面也頗具優(yōu)勢(shì),還被運(yùn)用于水泥的加工當(dāng)中。前蘇聯(lián)每年約排出8000萬噸煤矸石,而其聚集的重量更是高達(dá)9億噸,他們將其燃燒之后作為兩層墊層的底層鋪于瀝青混凝土的路面結(jié)構(gòu)之下,在成本上遠(yuǎn)低于廢渣,不及后者的50%,混合料的品質(zhì)未發(fā)生改變,然而路面的路用性能卻大大增強(qiáng),而煤矸石碎塊的價(jià)錢也比石粉低出許[2]。
1.2我國(guó)煤矸石在道路中的應(yīng)用
雖然我們國(guó)家在較早以前就針對(duì)煤矸石的綜合使用展開了探究,然而,有關(guān)于其在道路工程中的使用的探究才剛剛開始。山西介休汾西礦務(wù)局洗煤廠專用線段施工建造期間,在對(duì)路堤進(jìn)行填埋修筑的時(shí)候就選擇使用了煤矸石,自其投入使用開始,路堤的各個(gè)指標(biāo)都與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)相一致,煤矸石的壓縮系數(shù)小,路堤建成之后沉降量小,在壓實(shí)情況一致的時(shí)候,煤矸石路堤比土路堤更勝一籌。鶴崗礦務(wù)局在修筑路堤的時(shí)候也使用了煤矸石,出于對(duì)其易燃性的思量,他們將其和砂子混合在一起,并且將配比設(shè)定為3:1,在投入使用六年之后,路基依舊具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,所有的指標(biāo)也與有關(guān)技術(shù)規(guī)范相符。早在1981年,平頂山市公路總段就開始探究無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定煤矸石路面基層技術(shù),并將其付諸于實(shí)踐,在持續(xù)多年的反復(fù)實(shí)驗(yàn)及優(yōu)化之后,當(dāng)前已成功鋪筑了1000余千米道路基層,在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)兩方面都收獲了極大的效益。在鋪設(shè)的試驗(yàn)段路面基層當(dāng)中,他們借助8:22:70的石灰粉煤灰來使沒有燃燒的煤矸石處于穩(wěn)定狀態(tài),經(jīng)春融180d28個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試,路面基層表現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性且十分堅(jiān)固牢靠,效果較佳,與工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相一致。在河北省新建道路項(xiàng)目當(dāng)中,在對(duì)路基結(jié)構(gòu)層進(jìn)行建造的時(shí)候使用了煤矸石,在此期間所有的路面都沒有出現(xiàn)破損情況,整體性較佳,路用性能突出。陜西省黃陵石灰土煤矸石的結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定,在嚴(yán)寒酷暑的考驗(yàn)之下依舊完整,在檢查驗(yàn)收的時(shí)候可以將整體鉆件取出。此類材料后期強(qiáng)度和平穩(wěn)性都較佳,同時(shí)還具有較強(qiáng)的耐久度、抗凍性以等。由于所使用的大多都是本地的煤矸石,所以在緩解筑路材料不足的同時(shí)使得成本大為減小。不但使環(huán)境有所好轉(zhuǎn),而且相應(yīng)操作的復(fù)雜度較低,有著很強(qiáng)的適應(yīng)性。
2煤矸石的種類
現(xiàn)如今,關(guān)于煤矸石的種類劃分尚未達(dá)成一致性意見。在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中對(duì)其分類的時(shí)候基本上都是依照下述幾方面而定。
2.1根據(jù)煤矸石排出的地點(diǎn)區(qū)分
依此可分為露天煤礦剝離、全巖掘進(jìn)、半煤巖掘進(jìn)以及手洗煤矸石。
2.2根據(jù)煤矸石采掘的時(shí)間區(qū)分
①新出的:開采時(shí)間在三個(gè)月以內(nèi)的。其未經(jīng)風(fēng)化,在成分上未出現(xiàn)較為突出的改變,未風(fēng)干,故而依舊有水分存在,無法產(chǎn)生自行破碎的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。②放置的:放置的時(shí)間較久,且小顆粒數(shù)量諸多。此類煤矸石出來就能夠直接使用,使得經(jīng)濟(jì)性大幅提升,并且相應(yīng)的可塑指標(biāo)也有所提升。
2.3根據(jù)煤矸石的燃燒情況區(qū)分
2.3.1未燃燒煤矸石通常來說,未經(jīng)燃燒的煤矸石中碳與硫的含量均偏低,也不存在和其余物質(zhì)反應(yīng)的活性,以黑色為主,多為粒狀、塊狀,結(jié)構(gòu)為巖石。穩(wěn)定性較佳,結(jié)構(gòu)極質(zhì)點(diǎn)都存在規(guī)律性,其礦物成分多為蒙脫石、高嶺石、伊里石。這種類型的煤矸石通常不會(huì)和其余化學(xué)成分活躍的物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。2.3.2已燃燒煤矸石此類煤矸石指的是將未燃過的煤矸石進(jìn)行充分燃燒,其逐漸變?yōu)榧t色,化學(xué)成分當(dāng)中存在硫,且表現(xiàn)出一定的活性,多為塊狀及顆粒狀。在化學(xué)成分方面,碳及具有可燃性成分的物質(zhì)大大減少,而氧化鋁、氧化硅的含量卻大幅提升,約為85%,變成了和火山灰物質(zhì)。然而,在組分結(jié)構(gòu)方面,其相較于未燃燒煤矸石表現(xiàn)出來極大的區(qū)別,在高溫之后之前所含的粘性礦物質(zhì)變?yōu)榱巳碌奈锢斫Y(jié)構(gòu),有Al2O3、SiO2生成,使其具有了活性,和反應(yīng)物質(zhì)一起變?yōu)槿碌幕衔。已燃燒的煤矸石?dāng)中的碳物質(zhì)基本上不復(fù)存在,而有害物質(zhì)譬如硫等也都消失殆盡,物理結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定,強(qiáng)度也大幅提升。
3煤矸石對(duì)土壤和水質(zhì)的破壞
近年來,煤礦的開采量非常大,故而也出現(xiàn)了諸多的煤矸石,使得許多農(nóng)耕土地被占據(jù)。如此一來,一些地區(qū)的耕地面積變得更少,加之受到風(fēng)力等影響,煤矸石會(huì)生成諸多的粉塵,對(duì)空氣造成了極其嚴(yán)重的污染,且堆聚的煤矸石出現(xiàn)自燃的幾率較高,對(duì)環(huán)境及公眾的安全都帶來了極大的威脅。其受到淋溶及風(fēng)化等的影響會(huì)破壞水質(zhì)及土壤,這和科學(xué)的發(fā)展理念不相契合。煤矸石本身的狀態(tài)、屬性、來源礦物的平穩(wěn)度都與其重金屬的流動(dòng)性緊密相關(guān),且起著決定性的影響。它的風(fēng)化會(huì)將一些重金屬排至環(huán)境當(dāng)中,而后者在淋溶之后會(huì)進(jìn)入到土層深部?梢姡喉肥谟晁苋芗白匀伙L(fēng)化的影響之下會(huì)損壞四周環(huán)境,使水源與土壤的純凈度都遭到破壞且深受污染。在長(zhǎng)時(shí)間的淋溶及風(fēng)化的影響之下,煤矸石中的汞也會(huì)發(fā)生遷移,但是速度非常慢。同時(shí)自開采歷史各異的3個(gè)礦井區(qū)中選取了土壤采樣線,數(shù)量為4條,系統(tǒng)性收集煤矸石堆周邊的土壤樣品,剖析土壤里的關(guān)鍵有害元素,譬如鋅、鉻等,同時(shí)對(duì)重金屬的富集狀態(tài)做出正確的評(píng)估。從結(jié)果得知,由于煤矸石的長(zhǎng)期大范圍堆積,致使礦區(qū)的土壤深受污染,且表現(xiàn)出了一定的累積性,所有的有害元素的遷移都十分明顯,而一些礦井區(qū)土壤里的含量更是比國(guó)家一級(jí)污染標(biāo)準(zhǔn)高出許多[3]。
4結(jié)論
①在煤矸石的使用方面,國(guó)外以公路墊層、路基及防滑路面為主,而我們國(guó)家則以路基為主。②關(guān)于煤矸石用在公路路面基層之時(shí)的類型劃分,現(xiàn)今依舊尚未達(dá)成一致性意見。煤矸石混合料的工程性質(zhì)與煤矸石的物理力學(xué)特性、含碳量高低、和結(jié)合料相互間的化學(xué)反應(yīng)狀況以及是否存在活性等方面有著十分緊密的關(guān)聯(lián)性,由后者所直接決定。③對(duì)于煤矸石的處理倘若不合理,那么必然會(huì)產(chǎn)生極大的環(huán)境污染,使水源及土壤遭到重度破壞。
參考文獻(xiàn):
[1]張平萍,孫傳敏,等.董紅娟,等.我國(guó)煤矸石的綜合利用現(xiàn)狀及存在問題[J].國(guó)土資源科技管理,2004,21(6):95-98.
[2]劉俊堯,劉增田,等.煤矸石試驗(yàn)路的設(shè)計(jì)與施工[J].中南公路工程,2001(4):21-23.
[3]崔龍鵬,白建峰,等.淮南煤矸石中有害元素汞遷移性研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2005,30(8):89-92.