瀘定水電站大壩反濾料生產系統工藝流程設計

譚 勁，楊作才，石 林

（中國人民武裝警察部隊水電三總隊第九支隊，四川 成都 611130）

瀘定水電站大壩反濾料生產系統承擔50萬m3反濾料的生產任務。反濾料質量和供應能力對于粘土心墻堆石壩填筑施工舉足輕重，直接影響著大壩的填筑施工進度和運行安全，因此，反濾料生產系統的設計工作十分重要。瀘定水電站料源情況復雜，岔道料場全級配物理性質試驗成果顯示，料場不同區域，顆粒級配組成差異較大；毛料中含部分超徑石，其中粒徑大于150 mm的顆粒含量平均達10.66%；毛料含砂率為12.08%～79.8%，平均為36.53%；毛料含泥量較大。筆者結合瀘定水電站大壩反濾料生產系統的設計工作，進行歸納總結，以供有關工程借鑒。

1 反濾料的質量技術要求

1.1 反濾料的功能

粘土心墻堆石壩中反濾料的功能是防止被保護粘土發生滲透破壞，同時還要起到減壓作用，使反濾層滲流壓力全部或基本消失。

濾土方面[1]（對于小于0.075 mm粒徑的顆粒含量大于85%的土）

減壓方面

式中，D15和d15分別表示反濾層和被保護土中孔隙直徑大小的特征粒徑，小于該粒徑的土質量占總土質量的15%；d85為能控制被保護土免遭滲透破壞的代表性粒徑，小于該粒徑的土質量占總土質量的85%。當被保護土含有大于5 mm粒徑的顆粒時，按小于5 mm粒徑的顆粒級配確定小于0.075 mm粒徑的顆粒含量的百分數，及按小于5 mm粒徑的顆粒級配的d85作為計算粒徑；當被保護土不含有大于5 mm顆粒時，應按全料確定小于0.075 mm粒徑的顆粒含量的百分數，及按全料的d85作為計算粒徑。

式 （1）表明，反濾層只要控制住被保護土中15%的大顆粒不流失，整個土體將是滲透穩定的，絕不會發生滲透破壞。式 （2）表明，反濾層也不能過細，過細則不能減壓。

1.2 反濾料的質量技術要求

反濾料質量技術指標是根據粘土和壩殼料級配組成情況由大壩設計人員通過相關計算確定。反濾料的級配組成主要由粘土的性質決定，不同級配組成的粘土與其相適應的反濾料級配和設置層數也不一樣。瀘定水電站大壩在粘土心墻上下游兩側分別設置兩層顆粒級配由細變粗的反濾料F1、F2，形成防止粘土心墻滲透破壞的反濾層。反濾料的質量技術要求是生產系統工藝流程設計的依據和目標，具體見表1（反濾料F1、F2均要求小于0.075 mm粒徑的顆粒含量≤5%）。

表1 反濾料的質量技術要求mm

1.3 反濾料的顆粒級配特點

（1）兩種反濾料級配均勻連續，顆粒粒徑跨度大。

（2）含砂率高，其中F1含砂率達到74%～92%。

（3）小于0.075 mm粒徑的顆粒含量≤5%。

2 系統生產能力的確定

反濾料生產系統除了調試和試運行階段，其生產能力相對穩定，可以認為它在整個有效生產時段內是均衡的。反濾料生產系統運行的有效生產時間是從試運行階段結束時開始，直到大壩反濾料填筑完成的前一個月結束。有效運行時間的計算要充分考慮系統建設安裝、設備調試、試運行等階段的影響，甚至還要包括大壩填筑工期是否提前、汛期和水庫蓄水是否影響生產、移民征地是否影響系統建設安裝和運行等。

根據大壩分期填筑強度、反濾料在運輸、轉存、填筑等過程中的損耗、系統生產制度、系統成品率（可以根據料源和成品料級配適當估算）、有效運行時間和考慮一定的保證系數[2]，以這樣得到的成品生產能力和毛料處理能力作為系統設計的依據。只有對上述影響因素經過充分論證和評估后，才能為下一步系統設計打下好的基礎。

根據對各種影響因素的分析、計算，大壩反濾料生產系統最終確定的毛料處理能力為400 t/h、成品料的生產能力為350 t/h。

3 工藝流程設計

系統的工藝流程設計必須建立在詳細的料場資料、反濾料質量技術要求和系統生產能力之上，這3個方面是進行系統工藝流程設計的基礎。

3.1 總體思路

根據毛料及成品料顆粒級配分析，確定反濾料生產系統主要工藝流程為：超徑石剔除—破碎 （粗碎、中碎）—篩洗—分級—細碎—篩洗—摻拌，見圖1（圖中A代表膠帶機）。

圖1 反濾料生產系統工藝流程示意

反濾料系統以半成品料倉為界分為上下兩部分。上半部分主要設置預篩、粗碎、中碎、篩洗等車間，其中中碎、篩洗車間形成閉路生產；上半部分主要完成超徑石剔除、循環破碎、篩洗等工作；同時，利用毛料原有級配生成一部分反濾料F1，其余全部生成5～60 mm半成品。下半部分主要設置細碎、二次篩分、成品料倉等車間，其中，細碎、二次篩分車間形成閉路生產；下半部分主要以5～60 mm半成品為源料，對其進行循環破碎、篩分、沖洗、摻拌等工作，同時生成反濾料F1和F2。

系統要求：能同時生產兩種反濾料F1和F2；在生產過程中可以根據需要對它們的產量進行調整；質量滿足設計指標。

3.2 料源變化對反濾料質量的影響

根據料場資料，其各區域料源顆粒級配組成差異大，料源的變化會引起系統生產的成品料級配發生變化，導致成品質量不穩定。工藝流程設計必須要解決這個問題。

在系統中間部位設置成品F1料倉和半成品料倉。毛料經過系統上半部分預篩、粗碎、中碎和篩洗等車間的處理，毛料中≤5 mm砂和部分5～20 mm粒徑的顆粒摻拌為F1從篩洗車間直接分離出來，進入成品F1料倉；毛料級配變化較大時，可通過及時調整篩洗車間的篩網孔徑的方式來保證F1質量穩定；系統在摻拌生成F1的同時，半成品料倉可得到5～60 mm的半成品。毛料的原始級配在這個處理過程中得到循環破碎，并進行重新分級、優化和調整，基本上可以消除由于料源級配變化對系統產生的影響。這樣做同時將本系統在此處分為前后兩個部分，它們既可以單獨進行分段生產，也可以同時進行聯合生產，提高了系統的保障能力和持續生產能力。

3.3 反濾料的摻拌

反濾料F1主要由小于20 mm粒徑的顆粒組成，其粒徑跨度相對較小，系統在生產過程中主要是通過 “篩網調節”生產F1。所謂 “篩網調節”是指在同一層中安裝不同孔徑的篩網，通過調節它們的面積比調整成品料級配。當毛料粒徑變化較大時，要及時對篩網進行調整。本系統是在篩洗和二次篩分兩個車間完成F1的生產。

反濾料F2主要由小于80 mm粒徑的顆粒組成，其粒徑跨度大，系統在生產過程中主要是通過摻拌的方法得到成品。經過二次篩分車間的3～20 mm分級料與5～60 mm半成品按適當比例摻拌生成F2。本系統中物料主要由半成品料倉和二次篩分車間分別通過6號、7號膠帶機運送，并在13號膠帶機上完成F2的生產。

3.4 小于0.075 mm粒徑顆粒的剔除

通過反濾料與料源級配對比知道：反濾料F1和F2含砂率較高，F1含砂率為74%～92%，F2含砂率為16%～53%，并且小于0.075 mm粒徑的顆粒的含量必須≤5%。料源的天然含砂率為12.08%～79.8%，因此，系統必須設置細碎車間，對反濾料中的砂進行生產和補充，才能達到成品反濾料的級配要求。5～60 mm的半成品進入立軸破制砂車間處理后，其中小于20 mm粒徑的產物進行反濾料F1和F2的摻配生產，兩者中小于0.075 mm粒徑的顆粒含量都大于5%，如何剔除掉多余部分，成為工藝流程設計需解決的問題。

系統在二次篩分車間設置兩個兩層篩，其中1號篩上層采用孔徑為20 mm篩網，下層為3 mm篩網；2號篩采用孔徑為10 mm和20 mm單層篩網（面積比例按照生成F1的檢測情況進行調整）。通過1號和2號篩所有篩網的物料，經過11號膠帶機運送進入螺旋洗砂機，再接12號膠帶機進入F1成品料倉，通過本流程可得到成品料F1；未通過1號和2號篩所有物料經9號膠帶機返回細碎車間循環處理；1號篩兩層篩網之間的物料通過7號膠帶機與6號膠帶機運送來的5～60 mm半成品在13號膠帶機完成摻配，進入F2成品料倉，得到成品料F2。系統利用二次篩分和螺旋式洗砂機沖洗，較好地解決了小于0.075 mm粒徑的顆粒剔除問題。

3.5 反濾料F1和F2產量的平衡

大壩粘土心墻兩側設置的反濾料層成對稱布置，反濾料F1和F2在填筑工程量上基本相等。而系統在生產過程中，由于料源的變化和系統自身生產特性，成品F1和F2在產量上存在較大差別。如何在系統運行過程中進行F1和F2產量調節，保證F1和F2均衡生產，這也是系統設計需要解決的問題。

解決這個問題的部位仍然選在二次篩分車間。在二次篩分車間剔除小于0.075 mm粒徑顆粒的生產模式基礎上，增大兩個篩子和螺旋式洗砂機的處理能力，這時，只需對進入1號和2號篩的物料做好分流控制和調節，就可以達到調節F1和F2產量的目的，也就可以根據大壩填筑需要進行F1和 F2的均衡生產。

4 工藝流程計算

工藝流程計算是在設備選型確定后進行的一個程序，它主要是按照系統生產能力確定每個車間設備的處理能力，為系統下一步的設備配置提供依據。同時，通過流程計算，可以初步確定各類反濾料的生產模式 （比如生產過程中的摻配比例等），為下一步系統建成后的試生產提供條件。另外，通過流程計算，可以初步在理論上確定各類反濾料的產量和系統成品率，對系統的各項經濟技術指標進行預測和判斷。

4.1 料源選取

在進行工藝流程計算時，首先對料場各區域的料源特征級配情況進行分析，選擇最具代表性的料源情況進行計算，完成系統初步的設備配置。然后對其他比較特殊的級配情況，利用已完成的初步設備配置進行必要的校核和修正，使系統的設備配置更趨合理，保證系統對料源的適應能力。

4.2 開路和閉路

系統在工藝流程設計時常根據需要將部分區間設成開路或閉路形式。開路計算相對較簡單，物料的流量也較容易確定；閉路部分的流程計算相對繁瑣，它存在一個物料循環疊加問題。系統的閉路區段其處理量往往比較大，設備配置也較多，多數可以形成并聯運行方式。本系統中的粗碎、中碎、篩洗車間通過1號、2號、3號膠帶機形成系統第一個閉路循環；細碎、二次篩分車間通過9號、10號膠帶機形成系統第二個閉路循環。在進行計算時，要特別注意物料流量的疊加和變化。

5 設備配置

5.1 設備配置

在工藝流程計算的基礎上進行各個車間的設備配置工作，需要特別注意各個車間設備保證能力的問題。處理能力要求高，加工難度大，設備維護時間長的車間要求設備處理能力富裕度要大，設備保證率要高。同時，設備最好能形成多臺并聯運行，以保證系統運行的可靠性和持續性，提高生產效率。

5.2 復核與修正

系統設備配置完成后要進行必要的流程計算的復核工作。根據不同的料源情況和生產模式，從生產系統物料流量、處理能力、保證系數、成品率、產品質量等方面進行驗證和確認。對系統工藝流程設計的合理性和可行性進行復核論證，不足部分進行修正，保證該系統在生產過程中適應能力，確保該系統各項技術經濟指標的實現。

6 結語

瀘定水電站大壩反濾料生產系統通過認真細致的設計工作，綜合考慮各方面的客觀因素，有針對性采取了應對措施，目前該系統已建成投產，產品質量穩定，滿足設計要求。系統實際毛料處理能力達到420 t/h，全面實現了設計目標，成功完成了反濾料的生產任務，為瀘定水電站的建設發揮了重要作用。

［1］ SL274—2001 碾壓式土石壩設計規范［S］.

［2］ DL/T5129—2001 碾壓式土石壩施工規范［S］.