某水電站三通一平工程砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

夏云東

(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴陽(yáng)，550081)

工程建設(shè)離不開砂石骨料原材料，我國(guó)水利水電工程自20世紀(jì)70年代開始在建設(shè)中廣泛使用人工砂石骨料。工程建設(shè)者在不斷總結(jié)和提高砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，人工砂石骨料加工工藝和設(shè)備逐漸成熟。水利水電工程往往由于不同階段對(duì)砂石骨料某一粒徑成品料的需求量有較大變化，對(duì)砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活性提出了考驗(yàn)，同時(shí)，工程往往位于人跡罕見的高山河谷之地，地形地質(zhì)條件對(duì)于布置砂石系統(tǒng)帶來(lái)局限等。因此，合理進(jìn)行砂石骨料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 工程概況

某水電站位于貴州北盤江干流中游河段，是一座以發(fā)電為主，兼顧其他效益的綜合水利水電樞紐工程。該水電站前期三通一平標(biāo)段之一為場(chǎng)內(nèi)2號(hào)公路(含交通洞)工程，主要連接大壩左右岸及與場(chǎng)外的交通，路線明路段長(zhǎng)1.0654km，隧洞段長(zhǎng)1237.37m，公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)四級(jí)，泥結(jié)石路面，路基寬度7.5m，路面寬度6.5m，交通洞斷面為馬蹄形7.0m×5.25m(寬×高)，同時(shí)負(fù)責(zé)前期三通一平各標(biāo)段所需砂石骨料的生產(chǎn)供應(yīng)。砂石骨料主要用于前期三通一平各標(biāo)段場(chǎng)內(nèi)公路漿砌石、混凝土擋墻、涵洞、泥結(jié)石路面、交通洞支護(hù)和永久襯砌混凝土等。因此，面臨砂用量較大和受地形所限而布置不便的問題。

2 砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

2.1 提高成品砂的產(chǎn)量

本系統(tǒng)成品主要用于場(chǎng)內(nèi)公路漿砌石、混凝土擋墻、涵洞、泥結(jié)石路面、交通洞支護(hù)和永久襯砌混凝土等。經(jīng)分析，砂用量遠(yuǎn)高于其他粒徑成品用量，因此，系統(tǒng)需考慮不同粒徑成品，特別是砂的生產(chǎn)靈活性，確保不同時(shí)期不同粒徑成品量的要求。

2.2 合理布置利于生產(chǎn)

本系統(tǒng)規(guī)劃為處于準(zhǔn)崩塌堆積體之上，整體坡度較大，考慮其他標(biāo)段用地，現(xiàn)場(chǎng)可用地范圍有限，需結(jié)合實(shí)際地形地質(zhì)，合理布置。

2.3 經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性

本系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)前期三通一平砂石骨料需求，規(guī)模雖然不大，但需考慮輔助主體工程前期需要，且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性提出了要求。

3 生產(chǎn)規(guī)模確定

根據(jù)三通一平各標(biāo)段場(chǎng)內(nèi)道路設(shè)計(jì)，本砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)成品主要用于場(chǎng)內(nèi)公路漿砌石，混凝土擋墻、涵洞、泥結(jié)石路面、交通洞支護(hù)和永久襯砌混凝土等施工。

結(jié)合各標(biāo)段施工進(jìn)度計(jì)劃，對(duì)施工強(qiáng)度進(jìn)行綜合分析，考慮適當(dāng)富裕，三通一平期間各標(biāo)段砂石骨料月強(qiáng)度用量確定為10000m3/月。

本骨料系統(tǒng)生產(chǎn)按每班工作8h，高峰期采取2班工作制[1]，按每月25d生產(chǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，則每月系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間400h。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)砂石骨料生產(chǎn)成品率按75%計(jì)算，成品重量按2.25t/m3計(jì)算，則本系統(tǒng)小時(shí)生產(chǎn)強(qiáng)度為(10000×2.25)÷(25×8×2×0.75)=75t/h，考慮富余，本系統(tǒng)按100t/h的最大生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 工藝流程設(shè)計(jì)

4.1 工藝流程總方案

本砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)以生產(chǎn)砂、小石、中石為主，結(jié)合三通一平場(chǎng)內(nèi)交通泥結(jié)石路面使用材料情況，輔以生產(chǎn)部分大石，并需提高砂的產(chǎn)量。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，本人工生產(chǎn)系統(tǒng)采取粗碎生產(chǎn)開路，按照粗碎車間→中碎(預(yù)篩分)車間→篩分車間→制砂車間[2]依次布置生產(chǎn)工藝流程。具體工藝流程見圖1。

圖1 砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程

鑒于需重點(diǎn)考慮不同時(shí)期不同粒徑成品(特別是砂)的生產(chǎn)靈活性，設(shè)置反向皮帶機(jī)J7可將不同粒徑骨料靈活輸送至制砂機(jī)，提高砂的產(chǎn)量，同時(shí)靈活調(diào)整各粒徑骨料。

4.2 粗碎(毛料處理)車間

毛料經(jīng)儲(chǔ)料場(chǎng)裝載機(jī)或自卸汽車運(yùn)輸卸料進(jìn)入儲(chǔ)料倉(cāng)經(jīng)過粗碎車間底部鄂式破碎機(jī)將毛料進(jìn)行破碎加工(半成品粒徑小于250mm)，再通過底部J1膠帶機(jī)輸送到中碎(預(yù)篩分)車間。

4.3 中碎(預(yù)篩分)車間

本生產(chǎn)車間整合了中碎和預(yù)篩分設(shè)備布置，在中碎車間進(jìn)口布置篩分設(shè)備進(jìn)行預(yù)篩分，降低進(jìn)入中碎車間的半成品量從而可降低對(duì)中碎車間破碎設(shè)備生產(chǎn)能力要求，節(jié)約成本。半成品料通過J1膠帶機(jī)輸送到篩網(wǎng)進(jìn)行預(yù)篩分，篩網(wǎng)篩孔尺寸60mm×60mm，為固定溜篩，大于60mm石料進(jìn)入中碎車間，通過布置的反擊式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎，破碎料與預(yù)篩分料(小于60mm石料)通過底部J2膠帶機(jī)輸送至篩分車間。

4.4 篩分車間

篩分車間從頂部至底部依次布置振動(dòng)篩和洗砂機(jī)。振動(dòng)篩設(shè)3層篩網(wǎng)，篩孔尺寸為40mm×40mm、20mm×20mm、5mm×5mm。破碎料經(jīng)J2膠帶機(jī)運(yùn)至振動(dòng)篩進(jìn)行篩分分級(jí)。通過篩網(wǎng)出口J3、J4、J5膠帶機(jī)分別將成品小石(5mm～20mm)、中石(20mm～40mm)、大石(40mm～80mm)運(yùn)至各自成品倉(cāng)中堆存；小于5mm砂粒進(jìn)入車間底部的螺旋洗砂機(jī)清洗后經(jīng)J6膠帶機(jī)輸送至成品倉(cāng)；同時(shí)設(shè)置J7膠帶機(jī)可根據(jù)需求將大石(40mm～80mm)、中石(20mm～40mm)分流送至制砂車間，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)砂、石生產(chǎn)比例，滿足施工需要。

4.5 制砂車間

車間布置反擊式破碎機(jī)制砂(漏板孔徑5mm×5mm)，經(jīng)破碎后由J8膠帶機(jī)輸送至成品倉(cāng)。

5 主要設(shè)備選型

5.1 主要設(shè)備生產(chǎn)能力分析

(1)粗碎設(shè)備。根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，毛料均需通過粗碎設(shè)備進(jìn)行一次破碎，粗碎車間能力需滿足系統(tǒng)最大生產(chǎn)能力要求，因此，粗碎車間設(shè)備按系統(tǒng)的總生產(chǎn)能力100t/h設(shè)計(jì)。

(2)中碎設(shè)備。粗碎后半成品進(jìn)入中碎前經(jīng)過預(yù)篩分，粒徑小于60mm的半成品料不需進(jìn)行中碎，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)粒徑大于60mm的半成品料按照60%計(jì)算，則中碎車間需配置設(shè)備的生產(chǎn)能力為60t/h。

(3)制砂設(shè)備。根據(jù)本砂石骨料生產(chǎn)成品主要用途進(jìn)行分析，砂用量約占生產(chǎn)量的35%，因此，考慮富裕，制砂車間按照系統(tǒng)總生產(chǎn)能力的40%設(shè)計(jì)，即40t/h。同時(shí)有中碎車間產(chǎn)生的部分砂，制砂車間完全滿足要求。

(4)篩分設(shè)備。最后成品均需通過篩分，因此生產(chǎn)能力按大于100t/h設(shè)計(jì)。

各車間設(shè)備生產(chǎn)能力見表1。

表1 砂石骨料各車間生產(chǎn)能力

5.2 設(shè)備選型

(1)破碎設(shè)備。根據(jù)類似工程使用經(jīng)驗(yàn)，考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，確定的各破碎車間生產(chǎn)設(shè)備選型如表2。

表2 各車間生產(chǎn)設(shè)備選型

(2)篩分設(shè)備。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，采用3Y1545振動(dòng)篩，該機(jī)型生產(chǎn)能力50t/h～120t/h，具有運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便、振動(dòng)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其篩面層數(shù)為3層，尺寸為1500mm×4500mm，功率為11kW。

6 料源規(guī)劃與系統(tǒng)布置

6.1 料源規(guī)劃

結(jié)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性需求，料源主要采用交通洞開挖，可利用料約60000m3。經(jīng)分析，本工程前期三通一平工程對(duì)混凝土砂石骨料的總需求量約為65000m3，考慮場(chǎng)內(nèi)道路泥結(jié)石路面砂和碎石用量及富余需求，成品骨料總量按80000m3考慮。結(jié)合料源的利用率及損失，需要毛料約100000m3。不足部分利用臨近標(biāo)段場(chǎng)內(nèi)交通道路崩塌堆積體開挖料。

6.2 系統(tǒng)布置

系統(tǒng)布置以結(jié)合實(shí)際地形緊湊布局、充分利用地形減少場(chǎng)地平整降低建設(shè)及運(yùn)行成本為原則，提高經(jīng)濟(jì)性為目的。本系統(tǒng)緊鄰右岸交通洞進(jìn)口布置縮短運(yùn)距，充分利用地形，從上而下緊湊布置，縮短各車間距離，減少皮帶機(jī)長(zhǎng)度，節(jié)約建設(shè)成本。砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)布置詳見圖2。

圖2 砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)布置

7 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

本砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)，綜合考慮三通一平場(chǎng)內(nèi)交通所需砂石骨料總量及各級(jí)配用量的要求，參考以往多個(gè)人工砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)與不足，既能達(dá)到施工高峰時(shí)段強(qiáng)度用量要求，又對(duì)低谷時(shí)段的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行充分考慮，并且重點(diǎn)在系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)和主要設(shè)備選型上充分考慮了運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性[3]。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)系統(tǒng)充分利用地形，緊靠交通洞依勢(shì)緊湊布置，縮短毛料運(yùn)距，依勢(shì)而建、布置緊湊、減小場(chǎng)地平整，降低工程成本。

(2)利用交通洞和場(chǎng)內(nèi)道路開挖料作為料源，降低開挖棄碴場(chǎng)規(guī)模，減少環(huán)境影響。

(3)按照粗碎車間→中碎(預(yù)篩分)車間→篩分車間→制砂車間依次布置生產(chǎn)工藝流程，簡(jiǎn)單實(shí)用。

(4)綜合結(jié)合工程建設(shè)強(qiáng)度的不均勻性，在設(shè)備選型上，均按照較大生產(chǎn)能力考慮并略有富余，且設(shè)備均為成熟設(shè)備，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

(5)系統(tǒng)通過反向膠帶機(jī)可將大石、中石分流至制砂車間，可隨時(shí)調(diào)節(jié)砂、石生產(chǎn)比例，具有良好的生產(chǎn)靈活性。

8 結(jié)語(yǔ)

本砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)通過72h試運(yùn)行，成品質(zhì)量經(jīng)檢測(cè)合格，順利通過驗(yàn)收，投入生產(chǎn)后有力保障了三通一平工程的原材料使用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。本系統(tǒng)雖然不大，但緊密結(jié)合工程需求實(shí)際，技術(shù)可行，建設(shè)成本控制較好、經(jīng)濟(jì)效益突出，可供其他工程借鑒。