砂石骨料廠入料母巖性質測定優化生產工藝研究

孫健 王利召

摘? 要：河北某礦山企業欲建設機制砂石骨料生產線，其入料母巖為硬質石灰巖。設計部門已根據現場類似案例確定粗、中細碎破碎機型號及電機功率。為提高工藝流程設計質量及生產線運行可靠性，對母巖進行了飽和單軸抗壓強度及邦德破碎功指數試驗研究，經過與工程技術研究中心相關試驗數據數據庫對比，確定該母巖硬度屬高硬硬度范圍，需對原設計方案中破碎機型式、規格型號、數量及電機功率進行調整。經專家論證，確定后期設計方案整改屬必要性整改，可確保生產線運行達產及設備故障率有效降低。

關鍵詞：砂石骨料;石灰石;性質試驗;破碎機

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

河北某砂石骨料企業欲建設機制砂石骨料生產線，其入料母巖為硬質石灰巖。委托設計院已根據現場類似案例確定工藝流程、粗、中細碎破碎機型號及電機功率。為保證工藝流程穩定性、設備作業率、產品方案及實際處理量，業主委托遼寧省北方重工集團工程技術研究中心對母巖進行了飽和單軸抗壓強度及邦德破碎功指數試驗研究，為工藝流程設計及設備選型提供參考依據。

1 母巖性質

1.1 工藝礦物學研究

1.1.1 礦物成分

礦物成分主要為方解石、伴有白云石、菱鎂礦和其他碳酸鹽礦物，還混有其他一些雜質。其中的鎂呈白灰石及菱鎂礦出現，氧化硅為游離狀的石英，石髓及蛋白石分布在巖石內，氧化鋁同氧化硅化合成硅酸鋁（黏土、長石、云母）;鐵的化合物呈碳酸鹽（菱鎂礦）、硫鐵礦（黃鐵礦）、游離的氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦）及氫氧化物（含水針鐵礦）存在;此外還有海綠石。

1.1.2礦石結構

石灰巖結構較為復雜，有碎屑結構和晶粒結構2種。碎屑結構多由顆粒、泥晶基質和亮晶膠結物構成。該類石灰石屬部分變質石灰石，結晶程度較高，其結晶度和密實度比石灰石好，其抗壓強度較碎屑結構石灰石高。

1.1.3礦石抗壓強度

該類石灰石質地較為疏松、易吸水，吸水后易膨脹，因此天然抗壓強度高于飽和抗壓強度。

1.1.4層理面受力方向影響

1.2 化學成分分析

礦石CaO含量48.48%、SiO2含量5.13%。

2 試驗方案及方法

2.1 試驗原理

2.1.1 單軸飽和抗壓強度機理

巖石的單軸抗壓強度，是指試樣只在一個方向受壓時所得的極限破壞強度，也就是說將巖石試樣放在壓力機的上下壓板之間進行加壓，直至試樣被壓壞時測得的壓力強度值。其測定一般使用單軸抗壓強度儀器來進行，三軸的儀器也可以作為單軸使用。據其含水狀態接壓壞標準試件測得，又有干燥抗壓強度、天然抗壓強度與飽和抗壓強度之分。

對于軟巖類、孔隙率比較大的試樣，其飽和和天然狀態抗壓強度差別較大，因此需進行兩類抗壓強度測定，以結果數值較大者為準進行功率核算。

試驗操作方法見《工程巖體試驗方法標準》GB/T50266—2013。

2.1.2 邦德破碎功指數測定原理

邦德破碎功指數Wc又稱為沖擊功指數，它是衡量礦石在沖擊作用下（例如在破碎機中）破碎物所耗能量的一種指標。邦德破碎功指數的大小，反映了該礦石被破碎的難易程度，是礦石可碎性判據之一。根據物料破碎功指數的大小可以選擇和計算破碎機及初步判斷礦石進行自磨的可能性。

邦德沖擊功指數是利用雙擺錘破碎功指數實驗機測定的。該機由2個對稱的擺錘組成，每個擺錘重為13.62 kg。擺錘在正常位置時，2個錘面的距離為50 mm（2''）。從擺錘輪軸（相當于擺錘懸掛點）到擺錘中心線的距離為412.75 mm（16.25''），擺線長為711.2 mm（28''），寬5 mm（2''），高50mm（2''）。當擺錘轉到某一角度后，擺錘被提升h，因此貯存了勢能，其大小為：

（1）

式中 ：EP —2個擺錘在φ角時所具有的勢能，kg·m;mg—擺錘重量13.62 kg;R—擺錘中心到吊輪中心的距離412.75mm;φ—擺錘的提升角度。

將有關數據代入式（1）得：

（2）

破碎功指數Wc按下式計算：

（3）

式中：Wc—破碎功指數，kW·h/t;b—被破碎礦塊厚度，m;δ—被粉碎礦塊密度，g/cm3。

2.2 試驗方法

2.2.1 單軸飽和抗壓強度試驗方法

根據測量試樣破壞面上的兩荷載點之間的距離和垂直于加載點連續的平均寬度，將其換算成試樣破壞時的荷載P和等價巖心直徑D，根據下列公式計算巖石點載荷強度。

式中：F—壓力表讀數（MPa）;D—在試樣破壞面上測量的兩加載點之間的距離（mm）;如巖心試樣徑向加載時，D=De（等價巖心直徑）。

2.2.2 Bond破碎功指數試驗方法

Bond破碎功指數試驗方法如下所述。1）隨機取待測礦塊20塊，其尺寸為75mm～50 mm，要求盡量有2個近似平行平面。2）將選好的礦塊進行編號、稱重（以克計，精確到0.1g）。3）測量待測礦塊2個被沖擊面間（近似平行的2個面）的厚度。4）測出待測礦塊的密度δ（g/cm3）。5）將試件置于載物臺上，并升、降載物臺，調整載物臺上試件高低位置，盡量使擺錘的打擊點作用在試件的中心位置。6）提升擺錘5°，然后放開擺錘使擺錘下落，此時二擺同時打擊在待測礦塊的2個近似平行面上。7）檢查試件是否被擊碎或有裂縫，如果沒有，則將擺錘的提升φ角度在再增加5°，重新沖擊。每次提升角度以5°梯度增加，直至試件被擊碎為止。

3 結果及討論

3.1 單軸飽和抗壓強度試驗結果

3.2 邦德破碎功指數試驗結果

試樣礦物組成均勻、單一，其邦德沖擊功指數指數（Wc）平均值為17.56 （kW·h）·t-1;單軸天然抗壓強度均值105.5 MPa，波動范圍：100.5 MPa～112.8 MPa;單軸飽和抗壓強度均值85.6 MPa，波動范圍：81.6 MPa～90.8 MPa。

3.3 參考案例

3.3.1 某河卵石項目

礦石種類：河卵石。

礦石性質：邦德沖擊功指數指數（Wc）平均值為15.09（kW·h）·t-1;去除最大值、最小值后邦德沖擊功指數指數（Wc）平均值為14.72 （kW·h）·t-1;單軸飽和抗壓強度156.8MPa～42.6 MPa。

旋回破碎機型號：PXZ0913。

設計通過量：800 t/h。

3.3.2 朝陽某石灰石項目

礦石種類：石灰石。

礦石性質：邦德沖擊功指數指數（Wc）平均值為6.26（kW·h）·t-1;去除最大值、最小值后邦德沖擊功指數指數（Wc）平均值為6.31 （kW·h）·t-1;單軸飽和抗壓強度抗壓強度均值91.75 MPa;單軸飽和抗壓強度波動范圍窄：86.8MPa～95.10 MPa。

旋回破碎機型號：PXZ1216。

設計通過量：2 000 t/h。

從相關數據中可知，該項目母巖的邦德沖擊功指數為普通石灰石結果的近3倍，接近高硬度鐵礦石。因此需對前期工藝流程設計及設備型號進行校核，以保證后續流程產量及產品穩定性指標。

4 結語

根據物料性質及試驗結果，對前期方案進行整改，調整參數主要為設備型號、數量及電機功率。調整后的粗碎設備PXF5065具有高效率、大產量、超高穩定性，使用成本低的特點;中細碎設備C900具有超高作業率、高速破碎、大偏心距、可互換組件、輕松改裝的優點。

參考文獻

[1]楊安民，劉文林.多缸液壓圓錐破碎機在石灰石骨料生產線上的運用[C].第五屆全國砂石骨料行業創新大會論文集，2018：34-36.

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