金安橋電站玄武巖人工砂石料生產(chǎn)工藝淺析

胡勝豐

（中國水電建設(shè)集團(tuán)國際工程有限公司 北京市 100048）

李衛(wèi)超 袁云剛

（中國水電建設(shè)集團(tuán)第八工程局有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概述

金安橋水電站位于云南省麗江市境內(nèi)的金沙江中游河段上，是金沙江中游河段規(guī)劃的第五級(jí)電站。其人工砂石加工系統(tǒng)位于電站左岸下游1.8 km，主要承擔(dān)上游碾壓混凝土圍堰、大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)等主體工程約528萬m3混凝土所需砂石料的生產(chǎn)任務(wù)。該系統(tǒng)共需制備砂石骨料約1 180萬t，其中碎石730萬t，碾壓混凝土用砂230萬t，常態(tài)混凝土用砂220萬t。該系統(tǒng)于2005年6月1日開工建設(shè)，2006年8月8日達(dá)標(biāo)投產(chǎn)，生產(chǎn)運(yùn)行至2011年結(jié)束。

根據(jù)招標(biāo)文件要求，電站主體工程混凝土澆筑高峰月平均強(qiáng)度為22.7萬m3，則砂石系統(tǒng)毛料處理能力達(dá)2 000 t/h，屬于國內(nèi)外大型砂石料加工系統(tǒng)。料場(chǎng)石料為灰色玄武巖、杏仁狀玄武巖夾七層連續(xù)性相對(duì)較好的凝灰?guī)r及數(shù)層火山角礫熔巖玄武巖料源。

2 系統(tǒng)工藝特點(diǎn)和難點(diǎn)

（1）該系統(tǒng)所加工的玄武巖原料具有硬度高、內(nèi)部晶胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特性，為此，需要充分掌握玄武巖 “硬、脆、碎”和“易碎難磨”的特點(diǎn)，需要著重解決人工制砂過程中出現(xiàn)的產(chǎn)量及質(zhì)量控制問題。

（2）該玄武巖料源中夾雜具有吸水性高、保水性好等特性的火山角礫熔巖和凝灰?guī)r的斷層和夾層，為此，需要編制合理的爆破設(shè)計(jì)，掌握爆破參數(shù)，控制毛料的粒徑和級(jí)配組成，盡最大可能剔除廢料，以提供合格的毛料。

（3）針對(duì)碾壓混凝他澆筑高強(qiáng)度、大方量的特點(diǎn)，需要充分考慮成品砂的含水率能否滿足要求。為此，系統(tǒng)采用干法生產(chǎn)、濕法生產(chǎn)還是干、濕兩用的工藝，起到了決定成敗的作用。

（4）硬巖的“硬、脆、碎”特點(diǎn)，直接影響了成品粗骨料的粒型，碎石整形也是不容忽視的重要問題。

（5）玄武巖制砂工藝一直是水電行業(yè)無法徹底解決的問題，尤其是碾壓砂石粉含量能否達(dá)標(biāo)，其石粉回收工藝必不可少。

3 砂石加工工藝流程描述

3.1 初級(jí)破碎生產(chǎn)工藝

粗碎車間設(shè)置了2臺(tái)旋回破碎機(jī)（42-65MK-Ⅱ），每臺(tái)破碎機(jī)的銘牌處理量不小于1 600 t/h。采石場(chǎng)粒徑小于700 mm的毛料經(jīng)自卸汽車運(yùn)到粗碎車間受料口，破碎后的半成品料進(jìn)入半成品料堆。該破碎機(jī)所生產(chǎn)的半成品料粒型較好，最大粒徑不大于250 mm，可進(jìn)行初級(jí)控制大石和特大石成品料質(zhì)量。

3.2 成品生產(chǎn)工藝

（1）第一篩分車間。

第一篩分車間采用干式篩分，上下并排布置2組3YKRH2460型重型圓振動(dòng)篩和2組2YKR2460型圓振動(dòng)篩，上下分層布置，重型篩共設(shè)3層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為Φ125 mm、85 mm×85 mm及 43 mm×43 mm，下層圓振動(dòng)篩設(shè)兩層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為22 mm×22 mm和4.5 mm×15 mm。其特大石和大石經(jīng)第四篩分車間沖洗后直接進(jìn)入成品料倉，多余的大石、特大石分別進(jìn)入細(xì)碎和中碎車間；小于40 mm骨料進(jìn)入下層振動(dòng)篩，經(jīng)篩分后小于5 mm骨料由膠帶機(jī)直接進(jìn)入成品料倉。此工藝不僅減化流程過程，使部分成品以最短的時(shí)間進(jìn)入成品倉，有利于提高產(chǎn)量、便于管理，而且節(jié)省空間、減少土建，大大降低了運(yùn)行成本。

（2）中細(xì)碎及第二篩分車間。

中碎車間布置了2臺(tái)HP500-ST-C型圓錐破碎機(jī)，（80～250）mm的石料破碎進(jìn)入二次篩分車間。細(xì)碎車間布置了 3臺(tái) HP500-ST-F型圓錐破碎機(jī)，（40～120）mm的石料破碎后進(jìn)入二次篩分車間進(jìn)行二次循環(huán)。

二次篩分車間采用干式生產(chǎn)，布置2臺(tái)3YKR2460圓振動(dòng)篩，振動(dòng)篩設(shè)三層篩網(wǎng)，篩孔尺寸為41 mm×41 mm、21 mm×21 mm 及 4.5 mm×4.5 mm 鋼絲編織篩網(wǎng)，分級(jí)篩分后，小于4.5 mm的粗砂進(jìn)入成品砂倉。小于20 mm的骨料通過膠帶機(jī)進(jìn)入超細(xì)碎車間；（20～40）mm的骨料進(jìn)入三篩調(diào)節(jié)料倉；大于40 mm的混合料返回細(xì)碎車間。二篩成品砂的產(chǎn)量為（80～130）t/h。

（3）第三篩分車間及制砂車間。

三次篩分車間采用干濕兩用生產(chǎn)工藝，共布置了8組3YKR2460型圓振動(dòng)篩和2組3WZD2460型振動(dòng)篩，匯集了中心篩分和檢查篩分的功能。分組篩設(shè)置了3層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為 21 mm×21 mm、7 mm×15 mm、3.5 mm×12 mm。三篩調(diào)節(jié)料倉40 mm以下的石料經(jīng)過B28～B37膠帶機(jī)進(jìn)入三篩。所生產(chǎn)的小于40 mm的石料經(jīng)沖洗篩分后，滿足成品需要的中石、小石、部分粗砂（3.5 mm～5 mm）和全部細(xì)砂通過膠帶機(jī)分別進(jìn)入成品中石倉、小石倉和砂倉，成品砂可有翻板進(jìn)行干、濕調(diào)節(jié)，以控制成品砂入倉含水率。粗砂返回制砂原料倉；細(xì)砂通過10組ZKR1652型直線振動(dòng)篩脫水后運(yùn)往成品砂倉。

超細(xì)碎車間布置了4臺(tái)B9100型立軸沖擊破碎機(jī)，主要匯集一篩車間、二篩車間以及三篩車間返回的部分（5～40）mm粒徑骨料。石料經(jīng)破碎后進(jìn)入三篩進(jìn)行檢查篩分。超細(xì)碎車間每臺(tái)設(shè)備處理量需達(dá)到380 t/h，其成品砂產(chǎn)量達(dá)28%左右，而且粒型較好。

第四篩分車間采用濕式生產(chǎn)，布置1組2YKR2460型圓振動(dòng)篩，分組篩設(shè)置了兩層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為85 mm×85 mm、30 mm×30 mm，主要生產(chǎn)特大石和大石入成品料倉。

棒磨制砂車間布置7臺(tái)BMZ-2136型棒磨機(jī)，制砂原料倉（3.5～20）mm的石料經(jīng)膠帶機(jī)進(jìn)入棒磨機(jī)，棒磨機(jī)生產(chǎn)的砂進(jìn)入FC-12螺旋洗砂機(jī)分級(jí)洗去泥后，進(jìn)入ZKR1233型直線振動(dòng)篩脫水后進(jìn)入成品砂倉。棒磨機(jī)所產(chǎn)成品砂細(xì)度模數(shù)控制在2.3以下。棒磨機(jī)車間附近布置4臺(tái)ZX-250B石粉回收裝置，以增加石粉含量。系統(tǒng)主要設(shè)備見表1。

4 工藝分析和完善

4.1 優(yōu)化毛料開采工藝

通過長(zhǎng)期對(duì)玄武巖料場(chǎng)毛料開采進(jìn)行爆破試驗(yàn)，施工人員掌握了全面、真實(shí)的料場(chǎng)梯段爆破參數(shù)，梯段爆破參數(shù)詳見表2。嚴(yán)格控制了毛料顆粒級(jí)配，為系統(tǒng)加工生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，在施工過程中，設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵循參照地質(zhì)勘探資料，掌握起爆方向，盡量避開夾層和斷層，以開采優(yōu)質(zhì)毛料。

表1 系統(tǒng)主要車間設(shè)備配置表

表2 玄武巖石料場(chǎng)梯段爆破參數(shù)

4.2 工藝流程完善

砂石系統(tǒng)經(jīng)過一年多運(yùn)行期，試驗(yàn)人員對(duì)系統(tǒng)做了工藝性試驗(yàn)、生產(chǎn)性試驗(yàn)，掌握了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中為系統(tǒng)優(yōu)化和增容提供了重要依據(jù)。其中，由于對(duì)玄武巖特性認(rèn)識(shí)不足，系統(tǒng)原設(shè)計(jì)工藝所生產(chǎn)砂石料出現(xiàn)了成品砂產(chǎn)量偏小、石粉含量偏低、粗骨料含泥量時(shí)有超標(biāo)等一系列現(xiàn)象（表3）。

表3 系統(tǒng)原工藝生產(chǎn)砂石料特性表

為此，技術(shù)人員通過細(xì)致分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分論證了系統(tǒng)增容的可行性和必要性。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善系統(tǒng)工藝流程，滿足了碾壓混凝土用砂石料。

（1）通過以上分析，成品砂產(chǎn)量必須首先解決，技術(shù)人員結(jié)合成品碾壓砂出現(xiàn)的質(zhì)量問題，采取增設(shè)2臺(tái)同規(guī)格的棒磨機(jī)，加大成品砂產(chǎn)量；另配置1臺(tái)PL8500立軸式破碎機(jī)，對(duì)一、二篩的干砂進(jìn)行破碎整形，以減小干砂細(xì)度模數(shù)，干砂與濕砂分倉堆存、摻和銷售，避免凝灰?guī)r影響濕砂脫水。整形后，干砂細(xì)度模數(shù)為2.92，較之以前的3.3大為改觀；干砂摻和銷售時(shí)綜合含水率也控制在5.5%以下，解決了碾壓砂的質(zhì)量問題。

（2）技術(shù)人員對(duì)三篩車間進(jìn)行了一系列改造，將部分廢水通過渣漿泵輸送至三篩車間，這有兩個(gè)作用，其一是減少系統(tǒng)廢水排放量，其二可以重復(fù)利用廢水中寶貴的石粉，起到了一舉兩得的良好效果。在三篩車間下方沉砂斗上，技術(shù)人員通過反復(fù)試驗(yàn)、反復(fù)論證，終于解決了水砂混合的遺留問題。技術(shù)人員利用沉淀原理，采用沉砂箱取代普通料斗，利用閘閥調(diào)節(jié)裝置，讓砂水進(jìn)入沉砂箱先沉淀，泥水由溢流管排出，沉淀后的砂水通過開啟閘閥進(jìn)入脫水篩，讓脫水篩真正起到既脫水又給料的作用，砂的產(chǎn)量和質(zhì)量得到提高。砂的細(xì)度模數(shù)為2.89，石粉含量達(dá)到9.3%，可以達(dá)到調(diào)配、穩(wěn)定成品砂整體質(zhì)量的功效。

（3）在三篩車間成功利用廢水取砂后，卻間接影響了小石和中石質(zhì)量，造成粗骨料裹粉、含泥量加大。為此，分別在中、小石入倉膠帶機(jī)上各布置了1臺(tái)YKR1445型沖洗篩，使入倉成品料的裹粉和含泥超標(biāo)問題得以徹底解決。

5 結(jié) 語

通過對(duì)金安橋電站砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)改進(jìn)，可以總結(jié)出具有代表性的成功經(jīng)驗(yàn)，以便于在全國甚至國際上進(jìn)行推廣應(yīng)用。

（1）對(duì)于硬巖制砂，可以采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)和棒磨機(jī)相結(jié)合生產(chǎn)細(xì)砂、PL8500立軸式破碎機(jī)整形粗砂的工藝方式，能夠提高成品砂的石粉含量、降低細(xì)度模數(shù)，并且能夠優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少鋼棒耗量，節(jié)約運(yùn)行成本。

（2）利用一、二篩干砂與棒磨機(jī)濕砂進(jìn)行分倉堆存，然后按比例將干濕砂進(jìn)行摻配銷售，可大大減小硬巖中保水性較好的凝灰?guī)r對(duì)濕砂脫水速度的影響，加快濕砂的脫水周期，降低成品砂的綜合含水率。

（3）本系統(tǒng)采用了湖北宜昌黑旋風(fēng)公司生產(chǎn)ZX-250泥漿凈化器代替昂貴的進(jìn)口設(shè)備德瑞克，進(jìn)行石粉回收。該設(shè)備能自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)料流量，而且有隔離篩網(wǎng)和脫水篩網(wǎng)，料源不受限制，石粉回收的效果較好，單臺(tái)設(shè)備價(jià)格低，為解決硬巖制砂中石粉含量偏低的普遍問題，提供成熟的工藝保證。

（4）采用干濕兩用工藝。在粗、中、細(xì)車間的破碎過程中，其小于5 mm的成品砂經(jīng)干篩后直接進(jìn)成品料倉，減少石粉流失，保證碾壓混凝土石粉含量達(dá)標(biāo)。三篩車間采取雙向控制模式：干法生產(chǎn)時(shí)，成品料直接進(jìn)入皮帶運(yùn)至砂倉；濕法生產(chǎn)時(shí)，物料在接料斗中沉淀濃縮后再經(jīng)脫水篩脫水。三篩車間采取的粗骨料沖洗工藝，可以解決粗骨料裹粉和含泥超標(biāo)問題。

以上成功經(jīng)驗(yàn)，足以證明在一個(gè)砂石系統(tǒng)中既可以滿足常態(tài)混凝土和碾壓混凝土用骨料的質(zhì)量要求，又為石粉“零流失”探索了一條新路子；既保證了玄武巖砂石料的有力供應(yīng)，又為硬巖制造砂石料提供了大量經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，具有顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 夏仲平.水利水電工程施工手冊(cè)[M].北京：中國電力出版社，2005.