天池抽水蓄能電站砂石加工系統(tǒng)工藝研究

張曉微

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 工程概述

天池抽水蓄能電站工程混凝土總量57.16萬m3(其中常態(tài)混凝土49.91萬m3，噴混凝土7.25萬m3)，需要由砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)成品骨料的混凝土量為54.13萬m3，需要生產(chǎn)混凝土骨料約119.1萬t，其中粗骨料71.46萬t、細(xì)骨料47.64萬t；下水庫區(qū)墊層料、反濾料及級(jí)配碎石填筑總量為10.31萬m3，需生產(chǎn)用于下水庫區(qū)墊層料及反濾料的砂石共計(jì)22.68萬t，其中粗骨料13.61萬t、細(xì)骨料9.07萬t。總計(jì)需要生產(chǎn)成品砂石141.78萬t，其中粗骨料85.07萬t、細(xì)骨料56.71萬t。

砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求[1，2]：①砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模必須滿足系統(tǒng)處理能力250 t/h，成品骨料生產(chǎn)能力200 t/h，其中成品砂生產(chǎn)能力約80 t/h；②主要設(shè)備應(yīng)為全新設(shè)備。骨料加工系統(tǒng)的破碎設(shè)備建議采用全新進(jìn)口設(shè)備，設(shè)備性能需達(dá)到國際先進(jìn)水平[3]；③砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為混凝土骨料所需的大石、中石、小石、瓜米石及砂；成品骨料質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

試驗(yàn)?zāi)康陌z驗(yàn)各設(shè)備的生產(chǎn)能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；檢驗(yàn)系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；檢驗(yàn)系統(tǒng)生產(chǎn)能力是否符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

由于設(shè)計(jì)級(jí)配平衡參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中會(huì)存在差異，一般通過生產(chǎn)性試驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)整。設(shè)備的處理能力、運(yùn)行參數(shù)能否滿足系統(tǒng)要求，必須通過試驗(yàn)檢測(cè)，并形成生產(chǎn)性試驗(yàn)報(bào)告，以便指導(dǎo)系統(tǒng)生產(chǎn)。

3 主要試驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目、取樣地點(diǎn)、試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目

系統(tǒng)處理能力試驗(yàn)、產(chǎn)品級(jí)配試驗(yàn)、成品骨料顆粒粒形試驗(yàn)、成品砂石粉含量與含水率等。

3.2 取樣地點(diǎn)

砂石料取樣地點(diǎn)設(shè)在膠帶機(jī)皮帶及膠帶機(jī)頭部下料斗。

3.3 試驗(yàn)方法

一般采用“子樣試驗(yàn)法”，所謂“子樣試驗(yàn)法”是指在負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)皮帶上截取一段或幾段樣品進(jìn)行試驗(yàn)分析[4]。

4 主要試驗(yàn)設(shè)備

參加試驗(yàn)設(shè)備見表1。

表1 砂石加工系統(tǒng)各主要設(shè)備

試驗(yàn)儀器及工具：磅稱1臺(tái)、籮筐5個(gè)、水泥取樣桶2個(gè)(裝成品砂，避免含水損失)、現(xiàn)場用篩1套(5～80mm)、秒表1個(gè)、掃把2把、圓頭鏟2把、卷尺1把(5m)。

5 系統(tǒng)生產(chǎn)性試驗(yàn)

本次工藝性試驗(yàn)分為單機(jī)和系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)：單機(jī)試驗(yàn)按照工藝流程依次對(duì)各加工車間進(jìn)行試驗(yàn)，分析檢測(cè)產(chǎn)品級(jí)配、品質(zhì)和處理能力，聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)品級(jí)配、品質(zhì)和處理能力[5]。

試驗(yàn)方法：在車間進(jìn)料及出料膠帶機(jī)上分別隨機(jī)取樣，取樣長度為3m，每條膠帶機(jī)上取3段。

5.1 單機(jī)檢測(cè)

單機(jī)檢測(cè)按系統(tǒng)加工順序由粗碎車間→中細(xì)碎車間→第一篩分車間→第二篩分車間→超細(xì)碎車間→棒磨機(jī)車間分別進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

各車間試驗(yàn)內(nèi)容、檢測(cè)結(jié)果具體如下。

5.1.1 粗碎車間

粗碎車間設(shè)備為1臺(tái)顎式破碎機(jī)，型號(hào)為C110(設(shè)計(jì)處理能力250 t/h)，開口e=110 mm，其進(jìn)料原料為毛料中轉(zhuǎn)場毛料；通過破碎機(jī)生產(chǎn)過程中，在出料皮帶上隨機(jī)檢測(cè)其產(chǎn)量和級(jí)配；檢測(cè)結(jié)果如下。

(1)在粗碎出料膠帶機(jī)(A2)上隨機(jī)取樣，單臺(tái)破碎機(jī)的平均產(chǎn)量291.77 t/h，略高于250 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需求。

(2)粗碎出料顆粒主要分布在>150 mm(占出料總量27.8%)與150～80 mm(占出料總量36.1%)。

(3)顎式破碎機(jī)C110實(shí)際破碎曲線處于設(shè)備理論破碎曲線下方，破碎后大粒徑占比偏多。

5.1.2 一篩車間

一篩車間配置2YKRH2460圓振動(dòng)篩一臺(tái)，設(shè)計(jì)處理能力430 t/h，進(jìn)料為A4膠帶機(jī)，其原料為半成品料倉及中細(xì)碎車間破碎后混合料。檢測(cè)結(jié)果如下。

(1)在A4進(jìn)料膠帶機(jī)上隨機(jī)取樣，單臺(tái)破碎機(jī)的平均產(chǎn)量494.64 t/h，滿足430 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需求。

(2)一篩出料A5膠帶機(jī)顆粒分布在>40 mm(占出料總量4.9%)、40～20 mm(占出料總量42.4%)、20～10 mm(占出料總量20.92%)、10～5 mm(占出料總量12.14%)和<5 mm(占出料總量19.64%)；中石和小石偏多，砂偏少。

(3)由于此次試驗(yàn)不考慮大石進(jìn)倉，經(jīng)過一篩車間篩分后大于40 mm全部進(jìn)入中細(xì)碎車間進(jìn)行二次破碎，A6膠帶機(jī)(進(jìn)中細(xì)碎車間)上隨機(jī)取樣，平均進(jìn)料量243.76t/h。

(4)返回中細(xì)碎車間進(jìn)行二次破碎的顆粒級(jí)配>150 mm(占出料總量15.15%)、150～80 mm(占出料總量45.53%)、80～40 mm(占出料總量39.32%)。

5.1.3 中碎車間

中碎車間配置圓錐破碎機(jī)HPS4000一臺(tái)，設(shè)計(jì)處理能力180 t/h，進(jìn)料為6#膠帶機(jī)，其原料為一篩車間>40 mm的篩上物。中碎開口e=30 mm，其檢測(cè)結(jié)果如下。

(1)中碎車間單臺(tái)破碎機(jī)的平均產(chǎn)量190.96 t/h，略高于180 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需求。

(2)中細(xì)碎出料膠帶機(jī)顆粒分布在>40 mm(占出料總量42.31%+2.36%=44.67%)和<40 mm(占出料總量55.33%)；大于40 mm的需進(jìn)行循環(huán)破碎。

5.1.4 二篩車間

一篩車間配置3YKRH2460圓振動(dòng)篩3臺(tái)，兩用一備，設(shè)計(jì)處理能力500 t/h，本次試驗(yàn)開兩臺(tái)振動(dòng)篩，第一篩分車間篩分<40 mm的混合料；檢測(cè)結(jié)果如下：

(1)在A11和A12膠帶機(jī)上隨機(jī)取樣，兩臺(tái)振動(dòng)篩的平均總產(chǎn)量527.96 t/h，略高于500 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需求。

(2)經(jīng)換算中石∶小石∶砂=2.89∶2.35∶1(設(shè)計(jì)級(jí)配1∶1∶1.3)，中石和小石比例過高。在生產(chǎn)過程中，為控制中小石的進(jìn)倉量，超細(xì)碎車間的進(jìn)料量要加大循環(huán)，且中石過多，對(duì)超細(xì)碎設(shè)備的磨損加大。

(3)二篩篩分后的成品骨料質(zhì)量均滿足規(guī)范要求。

5.1.5 三篩車間

三篩車間配置YKRH2460圓振動(dòng)篩1臺(tái)，設(shè)計(jì)處理能力150 t/h；由于三篩車間僅生產(chǎn)瓜米石，且生產(chǎn)量較小(8.9 t/h)，故對(duì)三篩車間不做生產(chǎn)能力分析，瓜米石可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)配。

5.1.6 超細(xì)碎車間

超細(xì)碎車間主要設(shè)備為1臺(tái)立軸式破碎機(jī)B9100E，設(shè)計(jì)處理能力250 t/h，進(jìn)料為19#膠帶機(jī)，出料為8#膠帶機(jī)，其原料為二篩車間分流的部分中石和小石混合料；檢測(cè)結(jié)果如下。

(1)在A8膠帶機(jī)上隨機(jī)取樣，單臺(tái)破碎設(shè)備的平均產(chǎn)量261.2 t/h，略高于250 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需求。

(2)超細(xì)碎破碎后的中石與小石的比例將近1∶1，砂率僅為19.62%，產(chǎn)砂率遠(yuǎn)低于設(shè)備理論值(28%)，初步分析判斷為進(jìn)料粗骨料(中石)偏多，導(dǎo)致設(shè)備破碎級(jí)配不理想。

5.1.7 棒磨機(jī)車間

棒磨機(jī)車間設(shè)備為1臺(tái)MBZ2136棒磨機(jī)，設(shè)計(jì)處理能力20 t/h；進(jìn)料為26#膠帶機(jī)，出料為28#膠帶機(jī)，其原料為二篩車間部分5～20 mm骨料；在A28膠帶機(jī)上隨機(jī)取樣，單臺(tái)設(shè)備的平均產(chǎn)量21.36 t/h，略高于20 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)量，滿足滿負(fù)荷生產(chǎn)的需求；成品砂的細(xì)度模數(shù)為2.87，石粉含量11.5%，質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2 聯(lián)動(dòng)檢測(cè)

為檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)的砂石骨料質(zhì)量、產(chǎn)量能否到達(dá)設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的生產(chǎn)能力檢測(cè)。

滿載生產(chǎn)組合工況：一篩(1臺(tái))+中碎(1臺(tái))+二篩(2臺(tái))+棒磨機(jī)(1臺(tái))+超細(xì)碎(1臺(tái))；檢測(cè)小石、中石、瓜米石及砂產(chǎn)能及質(zhì)量；檢測(cè)結(jié)果見表2～5及圖1。

圖1 成品砂級(jí)配曲線

表2 小石生產(chǎn)能力試驗(yàn)成果(進(jìn)倉23#膠帶機(jī))

表3 中石生產(chǎn)能力試驗(yàn)成果(進(jìn)倉21#膠帶機(jī))

表4 瓜米石生產(chǎn)能力試驗(yàn)成果(進(jìn)倉25#膠帶機(jī))

表5 成品砂生產(chǎn)能力試驗(yàn)成果(30#膠帶機(jī))

5.3 小結(jié)

(1)通過單機(jī)試驗(yàn)結(jié)果可知，砂石加工系統(tǒng)各車間生產(chǎn)能力均能達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，且成品質(zhì)量均能滿足規(guī)范要求。

(2)從系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)分析結(jié)果來看，二篩車間中石最大生產(chǎn)能力約為230 t/h,滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力62.7 t/h，除64.84 t/h進(jìn)倉外，全部返回超細(xì)碎二次破碎；小石生產(chǎn)能力為185 t/h；滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力59.5 t/h，除69.69 t/h進(jìn)倉外,全部返回超細(xì)碎循環(huán)破碎；瓜米石根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)配；砂生產(chǎn)能力為76.2 t/h,略小于80 t/h，但在生產(chǎn)過程中可通過加大超細(xì)碎制砂車間的循環(huán)量，達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量。

(3)成品粗骨料超徑、遜徑、含泥量、表觀密度及吸水率等指標(biāo)檢測(cè)值均滿足規(guī)范及合同要求；砂細(xì)度模數(shù)2.72，石粉含量13.4%，中砂，顆粒級(jí)配良好。

6 存在的問題、原因分析及解決辦法

6.1 存在的問題

(1)砂石加工系統(tǒng)各破碎車間的破碎效率較差，粗骨料比重大，產(chǎn)砂率偏低。

(2)超細(xì)碎立軸式破碎機(jī)B9100E主要為生產(chǎn)成品砂設(shè)備，理論進(jìn)料中小石比例為4∶6，產(chǎn)砂率可達(dá)到28%～40%，比較合理；但天池砂石加工系統(tǒng)超細(xì)碎設(shè)備進(jìn)料中小石比例為6∶4，產(chǎn)砂率僅為19.62%。

6.2 原因分析

針對(duì)以上存在的問題，部初步分析判斷，主要是因?yàn)榛◢弾r料源巖石硬度太高(經(jīng)檢測(cè)巖石飽和抗壓強(qiáng)度180～230 MPa)，可破性難度大，破碎效果差，從而導(dǎo)致中石產(chǎn)量高，小石及砂的產(chǎn)量偏低。

6.3 解決辦法

(1)將粗碎、中碎的襯板及襯套適當(dāng)加厚，以便于粗碎及中碎的開口調(diào)節(jié)，改善粗碎和中碎車間設(shè)備的破碎效果。

(2)增加一臺(tái)細(xì)碎設(shè)備，降低中碎設(shè)備負(fù)荷率，增加小石產(chǎn)量，改善超細(xì)碎設(shè)備進(jìn)料中小石比例。

(3)增加系統(tǒng)設(shè)備耐磨件的儲(chǔ)備，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，增加系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間。

7 結(jié)語

通過工藝性試驗(yàn)驗(yàn)證了砂石加工系統(tǒng)各車間的設(shè)備配置均達(dá)到了設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，產(chǎn)品質(zhì)量滿足合同要求；但由于料源巖石全部為洞挖花崗巖，飽和抗壓強(qiáng)度高，導(dǎo)致設(shè)備破粹效果差，影響系統(tǒng)生產(chǎn)級(jí)配；通過采取一系列措施，可進(jìn)一步改善設(shè)備破粹效果，降低粗骨料比例，提高細(xì)骨料產(chǎn)量[6]。