山嶺高速公路工程機制砂石生產(chǎn)技術(shù)研究

李善豪

中交第四公路工程局有限公司，北京 100022

1 機制砂石應(yīng)用背景

（1）項目周邊砂石料資源匱乏，品質(zhì)差、價格高，隨著水土資源保護政策收緊，外購砂石原材料無法保障生產(chǎn)，面臨地材漲價造成的材料虧損；（2）項目隧道主要為中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，巖質(zhì)較堅硬，飽和單軸抗壓強度為45～85MPa，料源充足，進行砂石自加工利用，可實現(xiàn)利用棄石加工砂石，帶來的雙重效益；（3）地方政策鼓勵機制砂石應(yīng)用，且機制砂石的加工工藝、技術(shù)標準已在專業(yè)領(lǐng)域推行。

2 機制砂石廠規(guī)模及場地規(guī)劃

2.1 工廠產(chǎn)能

該項目土建、路面工程路線較長，料源及結(jié)構(gòu)均主要集中在兩座互通區(qū)附近。為了降低材料的運輸成本，建設(shè)兩處砂石廠，每個砂石廠的年產(chǎn)量為50萬t（屬于小型規(guī)模的碎石加工廠），具備連續(xù)5d日供1600～2000t（合800m3混凝土成品料）砂石料的產(chǎn)能，配備5000t儲量的分檔儲料倉，設(shè)置10萬m3宕渣儲量的堆料區(qū)。砂石廠建設(shè)實際效果如圖1所示。

圖1 砂石廠建設(shè)實際效果圖

2.2 廠址選擇

采用三維地圖軟件結(jié)合設(shè)計圖紙進行選址，再通過實際調(diào)研勘定。結(jié)合實際及經(jīng)驗估算，每個廠站占地規(guī)劃面積應(yīng)≥16667m2（堆料場約為10667m2，含加工區(qū)4000m2、儲料倉1333m2、場內(nèi)便道等功能區(qū)2000m2），堆料場、生產(chǎn)區(qū)、儲料倉依次由高至低層疊布置。

3 機制砂石生產(chǎn)技術(shù)

（1）選擇母材。宕渣天然密度為2.5～2.8g/m3，飽和單軸抗壓強度為45～85MPa（主要為60～85MPa的巖石），基本為易碎性巖石，材質(zhì)較好、強度較高，適合作為機制砂石母材。（2）選擇粒度和級配。該項目各類機制砂石級配劃分為0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm四檔，總用量占比約為40%∶12%∶36%∶12%。

4 機制砂石生產(chǎn)設(shè)備選型

4.1 生產(chǎn)設(shè)備配置

常用設(shè)備技術(shù)參數(shù)如下。①給料。采用振動喂料機，條形篩長度≥2m，篩條間距≥30mm。②粗碎。采用顎式破碎機，最大進料粒徑為350～1100mm，最大出料粒徑為100～300mm。③中碎。采用反擊式破碎機、圓錐式破碎機，進料粒徑為100～300mm，最大出料粒徑為50～100mm。④細碎。采用反擊式破碎機、圓錐式破碎機，進料粒徑為50～100mm，最大出料粒徑為16～50mm。⑤制砂。采用立式?jīng)_擊破碎機，進料粒徑＜40mm，出料粒徑＜5mm。⑥篩分。采用圓振動篩，2層及以上篩網(wǎng)，篩網(wǎng)直徑為5mm。⑦除塵。采用布袋式除塵器，吸收粉塵，降低材料石粉含量；采用噴淋系統(tǒng)，霧狀噴淋，加濕降塵。⑧運輸。采用皮帶運輸機，皮帶寬度為500～1500mm，密封運輸廊道，如表1所示。

表1 常用制砂設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

（1）給料設(shè)備。①常用給料設(shè)備包括喂料機、皮帶式傳輸機，給料設(shè)備一般與破碎設(shè)備配套使用。按用途選擇如下：第一，粗碎宜采用板式振動喂料機、條式振動喂料機，喂料機篩口下設(shè)置傳輸帶收集廢料；第二，濕法細碎宜采用板式振動喂料機，干法細碎采用皮帶式傳輸機。②結(jié)合母材粒徑及設(shè)備負荷，粗碎采用GZD-1300×6000棒條式喂料機，效率為300t/h；采用干法工藝。

（2）破碎設(shè)備。①破碎設(shè)備按破碎粒徑分為粗碎、中碎、細碎和制砂流程設(shè)備。選型應(yīng)根據(jù)母材強度、產(chǎn)能、級配比例、粒形等需要配置，具體選型如下：第一，粗碎宜采用顎式破碎機，其規(guī)格與產(chǎn)能匹配；第二，中碎、細碎一般采用圓錐式破碎機、反擊式破碎機、立式?jīng)_擊破碎機等設(shè)備進行破碎；第三，干法制砂與濕法制砂設(shè)備基本通用，可采用立式?jīng)_擊破碎機（最適合干法，效率高，粒型優(yōu)，能耗高）或棒磨機（最適合濕法，沙子粒型較差，顆粒存在問題），濕法相比干法工藝只是后續(xù)增加一級脫泥、濾水設(shè)備；第四，為了提高碎石粒形質(zhì)量、降低針片狀含量，易碎性礦石破碎流程宜采用反擊式破碎機、錘式破碎機、立軸沖擊式破碎機等具有整形作用的設(shè)備，不宜采用圓錐破碎機替代整形。②結(jié)合母材粒徑及設(shè)備負荷，各級破碎設(shè)備如下：第一，粗碎采用PE-870×1060、PEW-860×1100顎式破碎機，產(chǎn)能分別為250t/h、250t/h；第二，中碎、細碎可采用PYB1200圓錐式破碎機（200t/h）、PYB1400圓錐式破碎機（250t/h）；第三，兼具制砂采用具有整形作用的PCL1400立式?jīng)_擊破碎機（250t/h）、PF-1315反擊式破碎機（200t/h）。

（3）篩分設(shè)備。①篩分設(shè)備用于材料分檔，并剔除篩余材料。常用的篩分設(shè)備配置如下：第一，砂石聯(lián)產(chǎn)篩分宜選擇傾斜圓振動篩，并配置相應(yīng)層數(shù)、粒徑篩除的方孔篩網(wǎng)；第二，干法制砂宜采用圓振動篩、空氣篩等設(shè)備，濕法制砂宜選用直線振動篩、滾筒洗砂機等設(shè)備。②結(jié)合集料分檔及工藝，為了降低廢水排放，采用1～4Y2160圓振動篩，可相應(yīng)配備0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm等檔網(wǎng)篩。

（4）除塵設(shè)備。除塵設(shè)備一般采用布袋吸塵系統(tǒng)、噴淋降塵系統(tǒng)等。結(jié)合實際的粉塵排量及環(huán)保要求，設(shè)備選擇如下：①全封閉或分布式封閉加工區(qū)（如中碎、細碎、振動篩等設(shè)備）采用布袋吸塵系統(tǒng)，布袋吸塵器應(yīng)具有收集較大顆粒細集料且滿足粉塵排放量在5%～15%的控制要求，吸塵機應(yīng)能有效控制加工區(qū)的粉塵含量；②噴淋系統(tǒng)由制動開關(guān)、供水管道、噴霧器等組成。噴霧器可布置在粗碎、料倉口、吸塵器煙囪等易產(chǎn)生揚塵的區(qū)域上方，以達到凈化空氣和降塵的目的。

（5）輸送設(shè)備。根據(jù)場地布置、加工設(shè)備產(chǎn)能，選擇輸送設(shè)備。①破碎設(shè)備采用皮帶式傳輸機輸送材料，傳輸帶采用防雨防塵罩封閉遮蓋。②根據(jù)材料含水率及垂直高差，在傳輸帶口設(shè)置噴霧、串桶等裝置防離析措施。

（6）工藝流程選型。①按照工藝流程，可分為多段破碎閉路篩分工藝流程或單段破碎閉路篩分工藝流程。②按照材料配比需求選擇，可選用同時生產(chǎn)機制砂和碎石的砂石聯(lián)產(chǎn)工藝或單獨制砂工藝。③按照機制砂的石粉含量和環(huán)保要求，可選擇干法制砂工藝或濕法制砂工藝。

結(jié)合以上生產(chǎn)工藝類型及特點，為了滿足該項目的環(huán)保要求及材料級配需求，綜合考慮生產(chǎn)工藝和設(shè)備性能等因素，選用多段式干法砂石聯(lián)產(chǎn)工藝。

4.2 設(shè)備選型及能效

選用機制砂和碎石聯(lián)產(chǎn)工藝或單獨制砂工藝。根據(jù)石粉含量和環(huán)保要求，可選擇干法制砂吸塵工藝或濕法制砂水洗工藝。結(jié)合項目采用的2套加工機制砂石，四段破可兼顧后續(xù)自加工玄武巖集料所設(shè)置，在三段式圓錐破碎機加工工藝的基礎(chǔ)上，增加一段立式破碎機加工流程。經(jīng)統(tǒng)計，兩種機制砂石工藝流程的效能如表2、表3所示。

表2 四段破機制砂石效能統(tǒng)計表

表3 三段破機制砂石效能統(tǒng)計表

據(jù)統(tǒng)計，項目四段破碎的能效比為0.226t/kW，三段破碎的能效比為0.303t/kW，兩站產(chǎn)能均達到1500t/d，且集料級配和產(chǎn)量基本滿足施工需求。其優(yōu)缺點對比結(jié)果如下：第一，四級破比三段破多一級破碎設(shè)備，有利于材料解小，提高了工效，但會造成粗集料產(chǎn)出比減小，細集料產(chǎn)出比提高，因此不能隨意地增加破碎流程；第二，細集料均比其他粗集料產(chǎn)出率高，因此必須加強母材含泥量控制，以降低細集料出料比率，提高母材利用率；第三，圓錐破可對難、中碎性巖石進行中碎，立軸破適宜整形，而反擊破不適用，因此該四段破亦可用于玄武巖等難、中碎性巖石加工，而該三段破設(shè)備不宜。

5 機制砂石生產(chǎn)改進措施

該三段破的實際圓錐破負荷率達到67%，正常范圍為75%～85%，導(dǎo)致“石磨石”“鐵打石”不充分，存在材料加工粒度不均勻、整形效果不理想、效能不高的問題。建議三段圓錐破給料設(shè)置緩沖倉或適當(dāng)選用產(chǎn)能較小的圓錐式破碎機。母料細集料含量高，產(chǎn)出細集料含量隨之提高，易發(fā)生黏網(wǎng)、混料等現(xiàn)象，建議選擇潔凈度較高的母料，且及時清理設(shè)備。

6 結(jié)束語

通過開展機制砂石技術(shù)及產(chǎn)能研究，對山嶺高速公路工程項目兩處砂石生產(chǎn)線在設(shè)備選型、工藝流程、生產(chǎn)效能、改進措施等方面進行對比分析，有效解決了該項目砂石原材料供應(yīng)不足的難題，同時為同類型項目自產(chǎn)砂石提供了較全面的生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)和經(jīng)濟性生產(chǎn)經(jīng)驗參考。