水電站天然砂石骨料生產加工系統設計

王彥強

摘? 要：該文以剛果（金）布桑加水電站砂石骨料生產加工系統項目為例，主要根據天然骨料料源情況，為滿足工程工期，成品骨料質量要求等，對于生產加工系統從料場復勘、料場開采規劃、系統生產規模設計、系統工藝設計，給排水、廢水處理，成品料儲存及運輸等幾方面進行設計論證。目前該生產系統已滿足工程所需成品料要求，在天然沙礫料生產合格骨料方面積累了經驗，節約了工程成本，取得較好的經濟效益。

關鍵詞：天然骨料;生產加工系統;系統工藝設計

中圖分類號：TV42? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 工程概述

砂石骨料加工系統承擔水電站主體工程總量為75.5萬 m3的混凝土砂石骨料的生產任務，需砂石凈料總量約120萬 m3。工程混凝土最高月澆筑強度為4.77萬 m3，其中常態混凝土強度為0.83萬 m3/月，碾壓混凝土強度為3.94萬 m3/月。混凝土高峰時段持續11個月時間，月平均澆筑強度4.12萬 m3，考慮1.3的不均衡系數后，砂石加工系統生產能力需滿足高峰時段月平均澆筑強度5.4萬 m3混凝土骨料的生產任務。

考慮到國外工程物資設備運輸周期長及其他特殊情況，而水電工程現場施工時經常發生搶工期的情況，砂石加工系統設計應為其預留一定的機動性，該項目要求砂石加工系統生產能力需滿足高峰時段月平均澆筑強度6.0萬 m3混凝土（其中碾壓混凝土5.0萬 m3）骨料的生產任務。同時該項目為碾壓混凝土拱壩，碾壓混凝土采用平層碾壓工藝，最大澆筑倉面為3 700 m2，砂石加工系統生產能力還需滿足碾壓混凝土最大澆筑倉面入倉強度要求。

2 天然沙礫料場情況

然沙礫料場位于壩址區下游約4.5 km的Lualaba河的左岸支流兩側。料場屬Lualaba河的階地，后經其支流沖蝕切割形成斜坡，地形起伏較大料場地表植被發育，大部分為林區，少數為沼澤區，有用層厚度一般5 m～10 m，變化不大，上部細粒土需予以剝離，為Ⅱ類料場。天然砂礫石料場包括左岸料場Ⅰ區、左岸料場Ⅱ區、右岸料場3部分。壩址區至料場之間有土石路相通，交通便利。

3 天然沙礫料場復勘

為進一步了解天然料場分布、料源實際性能及料源儲量，便于后期料場開采規劃，優化生產設備配置，確定系統選址，施工方與設計方、業主方及監理方等對于天然沙礫料場進行復勘。對于天然沙礫料場分布，各區域內料源級配、含泥量，儲量等數據進行整理，最終得出以下結論：

（1）料場總體儲量考慮毛料開采系數等因素時，儲量欠缺，對于原規劃料場周邊增設補勘區域，可以滿足儲量要求，建議對于補勘區域進行征地，見表1。

（2）料源分布不均勻，各區域覆蓋層厚度不均勻，有用層厚度不均勻，在規劃料場區域存在覆蓋層厚度深，有用層較淺現象，開采不經濟，不能作為開采儲量計算。

（3）復勘工作對于勘探50個勘探點，對于各區域按照成品骨料進行要求進行篩分，含泥量數據進行檢測，最終得出各規劃區域料源級配不均勻，含泥量較高。

4 系統規模設計

根據施工進度計劃安排，該工程承擔大壩、廠房、引水系統等主體工程混凝土所需骨料的生產任務，混凝土最高強度為4.16萬 m3/月，高峰時段有兩段：第一個高峰時段程序13個月，最高強度4.16萬 m3/月。第二個高峰期持續2個月，最高強度3.81萬 m3/月。第二個持續時間不足3個月，砂石無須計入不均勻系數。考慮成品率、加工系數、月工作日、工作小時等因素，該砂石加工系統處理能力約400 t/h，生產能力約330 t/h。

同時考慮到國外工程物資設備運輸周期長及其他特殊環境情況，而水電工程現場施工時經常發生搶工期的情況，砂石加工系統設計預留一定的機動性。該項目砂石加工系統生產能力需滿足高峰時段月平均澆筑強度6.0萬 m3混凝土（其中碾壓混凝土5.0萬 m3）骨料的生產任務（實際不均衡系數為1.5）據此砂石加工系統處理能力約470 t/h，生產能力約380 t/h，見表2。

5 系統工藝設計

根據設計的地勘資料和復勘成果，我們認為該系統砂石料加工有如下關鍵工藝需進行重點分析和研究。

5.1 篩洗工藝

根據設計文件及現場勘測成果報告，天然料源各類級配比例分布相對均衡。各類級配骨料主要經過水洗、篩分即可得到相應料源。水洗、篩分設備共配置2套，主要包括設備有：給料機、水洗篩、洗石機、洗砂機、振動篩。

5.2 骨料整形（中間破碎）

針對成品粗骨料針片狀含量≤15%的要求，系統選用顎破+反擊破循環破碎。該工藝具有產量大、產品粒形好、可控制性強的特點。根據生產工藝設計，經過篩洗后的骨料0～10進行成品儲備，≥10的骨料進入反擊破進行破碎，然后進入鄂破進行骨料整形，確保粗骨料針片狀含量滿足設計規范要求。

5.3 制砂工藝

在該項目制砂工藝設計中，采用立軸式沖擊破碎機制砂，該設備成品率高，效率快，成品砂中礦粉含量高，從而確保成品砂的產量和質量，滿足合同要求。在設備數量配置上，充分考慮了制砂工藝的合理性，結合實際需要，我們采用2臺立軸式沖擊破碎機制砂。

6 設備配置選型及成產工藝平衡

根據系統生產規模，成品骨料所需數量，結合單個設備生產能力、皮帶機輸送能力等因素，對于每條生產線的成產能力進行計算，在考慮經濟、適用，便于操作等原則下，優化設備配置，選擇適用的規格型號。

7 堆料倉設計

該項目成品骨料級配有0 mm～5 mm，5 mm～20 mm，20 mm～40 mm，40 mm～80 mm 4種級配，其中混凝土根據工程需要有常態混凝土及碾壓混凝土兩類，對于0～5 mm砂分為常態砂及碾壓砂兩種，系統工藝對于兩類砂生產系統不同;根據《水利水電工程施工組織設計手冊》規定，該項目采用雙條長條形布置，考慮海外施工因素堆料倉設計預備一個月儲量，結合堆料參數確定料倉底寬及高度等數據。為了防雨及料倉排水，料增架設頂棚、設置橫縱坡，排水盲溝等形式防雨防水，在進入料倉前設置洗車平臺等防止進入料倉設備污染成品料。

8 供水、廢水處理系統設計

供水需求量計算是考慮系統篩洗、設備沖洗、生活用水幾個方面，其中系統篩洗用水量結合設備配置最大用水量計，確定供水系統供水功率。

廢水處理考慮高峰期生產量及毛料加工系數，確定沉淀池規格大小，沉淀池在系統生產時，對應的水洗設備下方排污口通過污水管道將污水首先排入污水池，然后依次通過2個沉淀池進行沉淀，最后達到清水池后基本能夠達到排放條件。污水處理工藝流程如下：

管道污水→污水池→1#沉淀池→2#沉淀池→清水池→沉泥挖除→裝車棄渣。

該項目在優化設備配置提高成品砂利用率時，在污水池中增設輪式洗砂機，一方面回收在可利用的成品砂，另一方面減少排污量。

9 結論

砂石骨料系統是一項復雜的學科技術，該文以布桑加水電站砂石骨料系統設計工作為例，簡要從設計前期的料場復勘、生產規模設計、系統工藝設計、成產配置選型及成產工藝平衡幾方面闡述，實施過程中還需對土建結構，給排水系統，廢水處理系統，成品料倉設計，設備供配電系統，成品料質量控制等進行詳細規劃設計。

布桑加水電站砂石骨料系統設計是以天然沙礫料為原材料的設計方案，大大節約了工程建設的成本，整體設計原則是“以原材料性能選擇設備類型，重點考慮生產高峰期的可靠性、設備選型的先進性和低峰期生產的經濟性”的設計指導思想，以成功的工程實例以供參考。

參考文獻

[1]國家能源局.DL/T5098—2010，水電工程碎石加工系統設計規范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[2]水利電力部水利水電建設總局.水利水電工程施工組織設計手冊[M].北京：中國水利水電出版社，1990.