大藤峽水利樞紐工程砂石料系統優化設計

吳海金

（廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，廣西 南寧 530029）

【摘 要】大藤峽水利樞紐工程砂石料系統主要以江口天然料場料源為主，因為江口天然料場存在毛料存量不足的問題，所以需要從馬鹿嶺紅砂巖料場和中橋灰巖料場補充料源，這就要求砂石料系統在不經歷大規模改造的前提下，具有能夠兼容處理3種料場毛料的能力。這在各個水利、水電工程的砂石系統尚屬首例。文章主要結合系統工藝設計，對系統設計中的關鍵技術進行分析和總結。

【關鍵詞】天然砂石料；工藝流程；兼容性

【中圖分類號】TV54 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0062-04

1 工程概況

大藤峽水利樞紐的任務是防洪、航運、發電、補水壓咸、灌溉等綜合利用。工程等別為I等，工程規模為大（1）型水庫。砂石加工系統主要供應大藤峽水利樞紐工程主體及導流工程的混凝土所需的骨料及反濾料、墊層料、戧堤圍堰混凝土防滲墻填筑料等加工料。砂石料源前期為天然砂礫料，后期可能改為紅砂巖料或灰巖料。

砂石加工系統生產大藤峽水利樞紐工程主體及導流工程約714.55×104 m3混凝土的砂石骨料，以及主體工程土石壩和導流圍堰的反濾料、墊層料、戧堤砂礫石等用料。總計需要砂石料約1 835.29×104 t。

2 系統生產規模

2.1 系統生產任務

（1）砂石加工系統設計規模必須滿足混凝土高峰時段（第3年全年）平均澆筑強度18.58×104 m3/月，反濾、墊層料及砂料第3年平均填筑強度4.04×104 m3/月的生產要求。

（2）砂石加工系統設計的產品為混凝土骨料（80～150 mm、40 ～80 mm、20～40 mm、5 ～20 mm四級粗骨料和<5 mm細骨料）、戧堤料。

（3）混凝土粗骨料由天然砂礫石料篩分獲得，細骨料由天然砂礫石料超徑石破碎、篩分，采用立軸沖擊式破碎機和棒磨機制砂工藝。成品砂應設置脫水設備，以控制成品砂的含水率。碾壓砂和常態砂應分別控制石粉含量。

2.2 砂石加工系統規模

根據工程混凝土澆筑強度計劃及設計要求，本系統按滿足高峰混凝土澆筑18.58萬m3/月，墊層料平均強度4.04萬m3/月，并取1.2的不均勻系數，砂石加工系統毛料月處理能力按64.57×104 t/月計算，按高峰強度月二班生產，每月工作25 d，每天工作14 h，加工系統毛料處理能力為1 840 t/h，成品骨料生產能力為1 628 t/h。砂石料級配及生產能力計算見表1。

各級成品骨料生產能力如下：

80～150 mm：1 628×2.08%=34 t/h；

40～80 mm：1 628×12.4%=201 t/h；

20～40 mm：1 628×22.43%=365 t/h；

5～20 mm：1 628×29.95%=488 t/h；

<5 mm：1 628×33.14%=540 t/h。

3 砂石加工系統的兼容性

本工程砂石料生產的選定料場為天然砂礫石料，而備用料場為石料場。施工過程中若需要啟用備用料場時，砂石加工系統應滿足人工骨料生產要求，且改造調整工程量最小。

3.1 關鍵工藝研究

根據本工程工藝要求，我們認為本系統砂石料加工有如下關鍵工藝需進行重點分析和研究。

（1）原料處理、加工工藝。由于各個料場距離加工系統遠近不一，且各個料場原料的級配均不一致，因此在原料的選配上應該合理搭配，不可單一地采用一個料場的原料進行加工，盡量使進料級配平衡。

（2）制砂工藝。人工砂生產是砂石骨料生產中技術含量最高、難度最大的環節。利用天然料生產人工砂，根據人工砂的質量要求，在選擇制砂設備時，應考慮料源的破碎特點，制砂工藝要能及時調整砂的細度模數和石粉含量，保證生產出來的砂能達到質量要求。目前，常用的制砂工藝設備主要有棒磨機和破碎機2種。棒磨機是傳統的制砂設備，在國內應用較多，破碎機制砂目前國際上發展較快，應用也越來越多。用于制砂的破碎機種類較多，主要有反擊式破碎機、圓錐式破碎機和立軸式沖擊破碎機等，其中用于大型人工砂石加工系統且取得成功經驗的主要有立軸式沖擊破碎機和圓錐破碎機。

3.2 工藝流程

3.2.1 砂石系統采用的主要加工工藝

根據大藤峽樞紐工程的特點和對關鍵工藝的研究，本系統采用如下加工工藝。

（1）破碎。根據料場勘探資料，本工程砂礫石料的硬度較大，因此宜采用技術先進、性能穩定的破碎設備。本系統采用HP500圓錐破碎機用作中、細碎破碎車間的破碎設備。

中碎車間主要承擔了粒徑大于80 mm的破碎任務，其目的是處理進倉后大于80 mm的物料。細碎車間主要承擔40～80 mm的破碎任務。

（2）篩分沖洗。本砂石加工系統共設第一篩分、第二篩分、第三篩分。全部為濕式篩分。為合理地布置砂石系統，我們將第一篩分車間設為雙層篩分樓，共4組，上層為3YKR2460振動篩，下層設置3YKR2460振動篩，按級配要求滿足進倉后，將篩分后>80 mm的物料送入中碎車間破碎，40～80 mm的送入細碎車間破碎，5～40 mm的送入超細碎車間制砂。小于5 mm的砂子進入螺旋分級機洗泥后，通過膠帶機送入天然料成品砂倉。第二篩分車間布置4臺3YKR2460圓振動篩，主要是將中細碎破碎后的物料進行分級，人工砂進倉后，5～40 mm物料進入超細碎車間制砂。第三篩分車間布置5臺2618VM高頻篩，主要是對超細碎車間破碎后的物料進行分級進倉及進入棒磨機制砂。

（3）制砂。本砂石系統制砂工藝，采用目前B9100立軸破碎機和常規的棒磨機（MBZ2136）聯合制砂。立軸破碎機料源為一篩和二篩后5～40 mm的物料。棒磨機料源為立軸破碎機破碎后3～20 mm的物料。立軸破碎機破碎后進行篩分，篩網設置為5 mm×5 mm，3 mm×3 mm，通過分級達到控制成品砂細度模數。

（4）廢水處理。設計本系統的廢水處理流程如下。一篩車間廢水：車間廢水→輻流沉淀池→旋流器→真空過濾脫水→回收水池；二篩車間、三篩車間和棒磨車間廢水：其他車間廢水→集砂池→石粉回收裝置→2#輻流沉淀池→旋流器→真空過濾機脫水→回收水池→泵→各用水點。

3.2.2 工藝流程設計平衡計算

主要破碎設備的產品粒度特性，綜合考慮相關設備廠家提供的同類巖石的試驗數據選定（見表2）。

3.2.3 江口料場各級配計算

根據勘探資料江口砂礫石料場砂礫料顆粒中粗骨料的獲得率按95%計算，細骨料按65%計算，江口料場開采后獲得級配見表3。

3.2.4 流程設計計算

根據上述工藝流程和主要破碎設備產品粒度特性，砂石加工系統工藝流程計算結果見表4。

3.2.5 車間處理量

根據流程計算表的結果和系統總處理量，計算出各車間的處理量（見表5）。

3.3 設備選型與配置

（1）中碎車間：根據中碎車間處理量為332 t/h的要求，中碎選用1臺HP500圓錐破碎機，用于處理第一篩分車間篩出粒徑大于80 mm的石料，單機處理能力為520 t/h。設備符合率為64%，該設備產量高、性能穩定；經破碎后的石料粒形好，針、片狀含量極少。

（2）細碎車間：細碎車間處理量為239 t/h，選用1臺HP500破碎機，單機處理能力為360 t/h，設備負荷率為66%，該設備產量高、性能穩定。破碎后的產品粒形好，針、片狀含量極少。

（3）制砂設備：制砂車間B9100、MBZ2136處理量分別為1 357 t/h、155 t/h，配備目前國際先進的B9100立軸破碎機5臺和MBZ2136棒磨機6臺。立軸破碎機設備負荷率為75%，棒磨機設備負荷率為74%，2種制砂設備性能優越，砂產品質量好。

（4）篩分與脫水設備：第一篩分車間為篩分樓結構，共4組，選用8臺3YKR2460圓振篩，上、下各4臺；第二篩分選用4臺3YKR2460圓振篩；成品砂脫水選用ZSG1233直線篩。第三篩分車間選用先進的進口高頻篩5臺2 618 vm。

（5）洗砂設備：洗砂設備選用XL762螺旋分級機14臺，單機功率為7.5 kW，FC-15螺旋分級機5臺，單機功率為11 kW。

3.4 工藝設計的兼容性、便利性、經濟性

在進行工藝計算時，先對3種不同的料源進行工藝計算和工藝設計，選用的破碎設備能適用不同料源的破碎，中細碎設備選用圓錐破碎機HP500各1臺，該設備為進口設備，既適用于天然砂礫石料的破碎，也適用于備用料場啟用后石料的破碎。制砂設備選用5臺B9100立軸破碎機加6臺棒磨機聯合制砂，該設備既能保證天然料人工砂的生產，又能在備用料場啟用后，適用于石料場料源的制砂生產。該工藝方案保證了系統設計的兼容性與便利性。

根據備用料場巖石巖性及物理力學指標，啟用備用石料場后，中細碎共增加3臺HP500圓錐破碎機，啟用中橋料場時，中細碎車間共增加了2臺NP1520反擊式破碎機，為保證改造調整量最小，在系統布置時，預留了中細碎車間啟用料場后需增加設備的場地。此措施保證了備用料場啟用后，系統設計的便利性。

工藝設計時，考慮備用料場啟用后，能充分地利用天然料生產的設備，保證改造的經濟性。中橋灰巖料場啟用后，將第一篩分車間4臺3YKR2460圓振動篩（第一篩分車間下層的振動篩在原工藝設計時，只需2層篩網，但考慮到系統改造需要，配置了3層篩網的振動篩）、洗砂機、脫水篩拆除后安裝至二篩車間。這既節省了設備采購時間，又節約了改造成本。該方案保證了設計改造的兼容性。

通過以上措施，既保證了天然料系統設計的兼容性、便利性、經濟性，又保證了系統改造備用料場啟用時不影響生產的持續性。

4 結語

大藤峽水利樞紐工程砂石料系統的特點主要有以下方面：系統主要依靠天然骨料篩分工藝及破碎制砂工藝；通過很少的改造量，系統可具備生產天然砂礫石、砂巖、灰巖3種類型骨料的能力；廢水處理系統采用目前較先進的真空帶式過濾機配刮泥機的脫水干化工藝。砂石系統運行正常后，廢水處理系統達到生產廢水零排放的標準，解決了以往砂石系統廢水處理的難題。

[1]SL 303—2004，水利水電工程施工組織設計規范[S].

[2]DL/T 5098—2010，水電工程砂石加工系統設計規范[S].

[3]GB 10595—2009，帶式輸送機技術條件[S].

[4]GB 8978，污水綜合排放標準[S].

[5]GB 50014—2006，室外排水設計規范[S].

[6]國環字第002號，建設項目環境保護設計規定[S].

[7]SL 667—2014，水利水電工程施工交通設計規范[S].

[8]SL 535—2011，水利水電工程施工壓縮空氣及供水供電系統設計規范[S].

[責任編輯：鐘聲賢]