阿爾塔什水利樞紐工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)計

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐位于新疆西南部喀什地區(qū)莎車縣境內(nèi)阿爾塔什村西的葉爾羌河上，是以生態(tài)、灌溉、防洪、發(fā)電為開發(fā)目標的控制性水利樞紐工程。水庫總庫容22.45億m3，正常蓄水位1820m，最大壩高164.8m，電站裝機容量755MW(4×175MW+2×27.5MW)。本樞紐為大(1)型Ⅰ等工程。擋水建筑物、泄洪洞及發(fā)電洞進水口為1級建筑物；發(fā)電引水隧洞、電站廠房、生態(tài)基流引水洞及其廠房為2級建筑物；臨時建筑物為4級。工程計劃施工總工期74個月，2015年4月開工，2021年5月工程完工。

樞紐主要建筑物有：攔河壩(混凝土面板砂礫石堆石壩)、1號和2號表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1號和2號深孔放空排沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、生態(tài)基流發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電廠房等。兩條發(fā)電洞、1號深孔放空排沙洞、生態(tài)基流發(fā)電洞和發(fā)電廠房布置在右岸，導流洞、兩條溢洪洞、中孔泄洪洞、2號深孔放空排沙洞布置在左岸。

2 砂礫石料場分布及料場選擇

初步設(shè)計階段詳細勘查了五個天然砂礫石料場：C1、C2、C3、C4和C4-1。五個砂礫料場均位于壩址至發(fā)電廠房區(qū)河漫灘及Ⅰ級階地上，為全新統(tǒng)沖積砂礫石，洪水期均位于水下。

2.1 料場選擇

由于C1和C2料場位于壩址上游，工程截流后基本被淹沒，不宜選作主體工程混凝土骨料場，但可用作籌建準備工程項目的混凝土骨料料源。C3和C4-1料場位于壩址下游，結(jié)合建筑物布置及運輸距離等因素，選擇C3料場提供大壩樞紐施工區(qū)的混凝土骨料，C4-1料場提供廠房施工區(qū)的混凝土骨料。

本文主要以C3料場為代表，論述主體工程施工期大壩樞紐區(qū)的混凝土骨料的平衡計算及開采加工工藝。

2.2 C3砂礫石料場儲量及質(zhì)量

C3料場為砂礫石主料場，位于下壩址至阿爾塔什水利樞紐兩岸河灘及Ⅰ級階地，距上壩址1.5～7.8km，料場沿葉爾羌河呈彎曲的條帶狀分布，地面高程1630～1665m，長7400m，寬230～550m，面積4.0km2，巖性為第四系全新統(tǒng)沖積砂卵礫石。該料場大部分位于河漫灘，平枯水期地下水埋深1～4m。料場無用層厚度0～0.5m，無用層儲量150萬m3，水上有用層儲量350萬m3，水下按開采3m計算的有用層儲量為1200萬m3。該料場有用層厚度大于8m，可水下擴大開采。用作混凝土粗骨料缺少5～20mm的小石，細骨料含泥量高，需水洗，平均粒徑和細度模數(shù)偏小，缺少中粗砂，其他指標可滿足質(zhì)量要求。

據(jù)C3料場細骨料礦物成分鑒定成果，細骨料單礦物以斜長石為主，石英、黑云母(綠泥石化)、石榴石、磁鐵礦和普通角閃石少量；巖屑以沉積巖、灰?guī)r為主，其次為火山巖、變質(zhì)巖等。

3 C3料場砂石加工系統(tǒng)骨料平衡計算

本工程常規(guī)混凝土及噴護混凝土總量約154.99萬m3，其中籌建期混凝土量約15.75萬m3，主體工程大壩樞紐區(qū)混凝土量約105.24萬m3，廠房區(qū)混凝土量約34.00萬m3。

主體工程大壩樞紐區(qū)需要各級粒徑骨料量278.401萬t，其中礫石185.248萬t，砂93.125萬t。根據(jù)工程區(qū)料場分布情況，本工程樞紐區(qū)混凝土骨料初步選擇三種開采加工方案進行比較：①C3料場全天然料篩分；②C3料場天然料篩分+超徑石破碎；③開挖石渣料破碎加工。

根據(jù)C3料場級配情況，天然級配中小石含量偏少，采用全天然骨料，經(jīng)平衡計算開采獲得率僅34%左右，開采量大，棄料多，占地范圍大。人工砂石骨料生產(chǎn)中，料源巖石巖性、破碎生產(chǎn)工藝及設(shè)備性能均對成品粗骨料的針片狀含量產(chǎn)生影響。本砂石系統(tǒng)毛石原料為河漫灘砂礫石或工程開挖石渣料(巖性為灰?guī)r)，根據(jù)巖性，采用顎式破碎機進行粗碎，圓錐破、反擊破及立軸破等設(shè)備進行中碎和細碎，其出料粒形好，針片狀含量小于8%，國內(nèi)的設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)上是成熟的。優(yōu)選國內(nèi)大型設(shè)備廠家生產(chǎn)的破碎設(shè)備，能保證系統(tǒng)生產(chǎn)的可靠性，確保粗骨料針片狀含量滿足或優(yōu)于國家標準。在以上方案技術(shù)均可行的基礎(chǔ)上，對三個方案進行經(jīng)濟指標分析，成果見表1。

表1 各方案混凝土骨料經(jīng)濟指標

C3料場天然料篩分+超徑石破碎方案經(jīng)濟指標最優(yōu)，選定為推薦方案。對C3料場天然料篩分+超徑石破碎方案進行骨料平衡計算，成果見表2。

平衡計算結(jié)果為：天然料篩分獲得：礫石91.159萬t(大石45.617萬t，中石25.182萬t，小石20.360萬t)，砂27.325萬t。對篩分棄料和墊層料場運來的超徑石進行破碎后，獲得礫石94.090萬t(中石47.527萬t，小石46.562萬t)，砂65.827萬t。最終石屑量32.739萬t (水洗沖棄)，篩分遜徑料13.502萬t (水洗沖棄)。料場開采獲得率約81%。

表2 C3料場混凝土骨料開采平衡

4 C3料場混凝土骨料加工工藝

砂石加工系統(tǒng)布置在C3料場附近，主要由篩分設(shè)備和破碎設(shè)備組成，設(shè)計篩分處理能力為2×220t/h。C3料場無用層采用132kW推土機推運清除，有用層采用2m3挖掘機挖裝15t自卸汽車運至蓖條篩預篩，篩除大于80mm的大石。小于80mm的混合料由1.0m寬皮帶機運輸至3YA2160園振動篩篩分出各級成品骨料，并將小于5mm的砂料水洗后運至成品料堆。大于80mm超徑石棄料、80～40mm級配棄料以及墊層料場運來的超徑石棄料均用于破碎加工中石、小石和砂。超徑石料經(jīng)1.0m寬皮帶機輸送至破碎系統(tǒng)，采用三段破碎工藝進行加工。

施工現(xiàn)場混凝土需求是變化的，各級配骨料不可能均衡生產(chǎn)，因此，砂石料生產(chǎn)工藝必須適應(yīng)不斷變化的現(xiàn)場需求。破碎流程中可通過調(diào)整粗碎、中碎排料口以及調(diào)整細碎瀑布流量達到控制各級粒徑產(chǎn)量的目的。

該砂石加工系統(tǒng)于2016年底建成投產(chǎn)，成品料生產(chǎn)能力560t/h?，F(xiàn)場選用的主要篩分設(shè)備為4臺3YA2465和2臺2YA2465園振動篩；粗碎設(shè)備為1臺PE1200×1500顎式破碎機，開路生產(chǎn)，生產(chǎn)能力680t/h；中碎設(shè)備為2臺GZ1650圓錐式破碎機，閉路循環(huán)生產(chǎn)，處理能力800t/h；細碎設(shè)備為2臺1250立軸式?jīng)_擊破碎機，閉路循環(huán)處理能力240t/h。

C3料場砂石加工系統(tǒng)工藝流程見下頁圖。

C3料場砂石加工系統(tǒng)工藝流程圖

5 結(jié) 語

本工程C3砂礫石料場距壩址較近，河灘開闊，有道路通往壩址，開采運輸方便。設(shè)計采用“天然砂礫料篩分+超徑石破碎”方案，既減少了料場開采量，又降低了大量棄渣料的堆存難題。根據(jù)料源特性、平衡計算及加工工藝流程，工地現(xiàn)場配置的破碎、篩分設(shè)備，性能可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，保證了施工高峰年份2017和2018年的用料要求，目前運行良好。本工程的砂石加工系統(tǒng)設(shè)計起到了很好的指導現(xiàn)場生產(chǎn)的作用，達到了質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟最優(yōu)的目的，對于類似料場骨料加工具有參考意義。