天池抽水蓄能電站砂石加工系統工藝研究

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(其中常態混凝土49.91萬m3，噴混凝土7.25萬m3)，需要由砂石加工系統生產成品骨料的混凝土量為54.13萬m3，需要生產混凝土骨料約119.1萬t，其中粗骨料71.46萬t、細骨料47.64萬t；下水庫區墊層料、反濾料及級配碎石填筑總量為10.31萬m3，需生產用于下水庫區墊層料及反濾料的砂石共計22.68萬t，其中粗骨料13.61萬t、細骨料9.07萬t。總計需要生產成品砂石141.78萬t，其中粗骨料85.07萬t、細骨料56.71萬t。

砂石加工系統設計要求[1，2]：①砂石加工系統設計規模必須滿足系統處理能力250 t/h，成品骨料生產能力200 t/h，其中成品砂生產能力約80 t/h；②主要設備應為全新設備。骨料加工系統的破碎設備建議采用全新進口設備，設備性能需達到國際先進水平[3]；③砂石加工系統設計的產品為混凝土骨料所需的大石、中石、小石、瓜米石及砂；成品骨料質量應滿足規范要求。

2 試驗目的

試驗目的包括檢驗各設備的生產能力是否達到設計要求；檢驗系統產品質量是否符合系統設計要求；檢驗系統生產能力是否符合系統設計要求

由于設計級配平衡參數在實際生產運行中會存在差異，一般通過生產性試驗來進行調整。設備的處理能力、運行參數能否滿足系統要求，必須通過試驗檢測，并形成生產性試驗報告，以便指導系統生產。

3 主要試驗檢驗項目、取樣地點、試驗方法

3.1 試驗檢驗項目

系統處理能力試驗、產品級配試驗、成品骨料顆粒粒形試驗、成品砂石粉含量與含水率等。

3.2 取樣地點

砂石料取樣地點設在膠帶機皮帶及膠帶機頭部下料斗。

3.3 試驗方法

一般采用“子樣試驗法”，所謂“子樣試驗法”是指在負荷運轉皮帶上截取一段或幾段樣品進行試驗分析[4]。

4 主要試驗設備

參加試驗設備見表1。

表1 砂石加工系統各主要設備

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

5 系統生產性試驗

本次工藝性試驗分為單機和系統聯動試驗：單機試驗按照工藝流程依次對各加工車間進行試驗，分析檢測產品級配、品質和處理能力，聯動試驗檢測系統的產品級配、品質和處理能力[5]。

試驗方法：在車間進料及出料膠帶機上分別隨機取樣，取樣長度為3m，每條膠帶機上取3段。

5.1 單機檢測

單機檢測按系統加工順序由粗碎車間→中細碎車間→第一篩分車間→第二篩分車間→超細碎車間→棒磨機車間分別進行試驗檢測。

各車間試驗內容、檢測結果具體如下。

5.1.1 粗碎車間

粗碎車間設備為1臺顎式破碎機，型號為C110(設計處理能力250 t/h)，開口e=110 mm，其進料原料為毛料中轉場毛料；通過破碎機生產過程中，在出料皮帶上隨機檢測其產量和級配；檢測結果如下。

(1)在粗碎出料膠帶機(A2)上隨機取樣，單臺破碎機的平均產量291.77 t/h，略高于250 t/h的設計產量，滿足滿負荷生產的需求。

(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C110實際破碎曲線處于設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圓振動篩一臺，設計處理能力430 t/h，進料為A4膠帶機，其原料為半成品料倉及中細碎車間破碎后混合料。檢測結果如下。

(1)在A4進料膠帶機上隨機取樣，單臺破碎機的平均產量494.64 t/h，滿足430 t/h的設計產量，滿足滿負荷生產的需求。

(2)一篩出料A5膠帶機顆粒分布在>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)由于此次試驗不考慮大石進倉，經過一篩車間篩分后大于40 mm全部進入中細碎車間進行二次破碎，A6膠帶機(進中細碎車間)上隨機取樣，平均進料量243.76t/h。

(4)返回中細碎車間進行二次破碎的顆粒級配>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HPS4000一臺，設計處理能力180 t/h，進料為6#膠帶機，其原料為一篩車間>40 mm的篩上物。中碎開口e=30 mm，其檢測結果如下。

(1)中碎車間單臺破碎機的平均產量190.96 t/h，略高于180 t/h的設計產量，滿足滿負荷生產的需求。

(2)中細碎出料膠帶機顆粒分布在>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的需進行循環破碎。

5.1.4 二篩車間

一篩車間配置3YKRH2460圓振動篩3臺，兩用一備，設計處理能力500 t/h，本次試驗開兩臺振動篩，第一篩分車間篩分<40 mm的混合料；檢測結果如下：

(1)在A11和A12膠帶機上隨機取樣，兩臺振動篩的平均總產量527.96 t/h，略高于500 t/h的設計產量，滿足滿負荷生產的需求。

(2)經換算中石∶小石∶砂=2.89∶2.35∶1(設計級配1∶1∶1.3)，中石和小石比例過高。在生產過程中，為控制中小石的進倉量，超細碎車間的進料量要加大循環，且中石過多，對超細碎設備的磨損加大。

(3)二篩篩分后的成品骨料質量均滿足規范要求。

5.1.5 三篩車間

三篩車間配置YKRH2460圓振動篩1臺，設計處理能力150 t/h；由于三篩車間僅生產瓜米石，且生產量較小(8.9 t/h)，故對三篩車間不做生產能力分析，瓜米石可根據實際需要進行調配。

5.1.6 超細碎車間

超細碎車間主要設備為1臺立軸式破碎機B9100E，設計處理能力250 t/h，進料為19#膠帶機，出料為8#膠帶機，其原料為二篩車間分流的部分中石和小石混合料；檢測結果如下。

(1)在A8膠帶機上隨機取樣，單臺破碎設備的平均產量261.2 t/h，略高于250 t/h的設計產量，滿足滿負荷生產的需求。

(2)超細碎破碎后的中石與小石的比例將近1∶1，砂率僅為19.62%，產砂率遠低于設備理論值(28%)，初步分析判斷為進料粗骨料(中石)偏多，導致設備破碎級配不理想。

5.1.7 棒磨機車間

棒磨機車間設備為1臺MBZ2136棒磨機，設計處理能力20 t/h；進料為26#膠帶機，出料為28#膠帶機，其原料為二篩車間部分5～20 mm骨料；在A28膠帶機上隨機取樣，單臺設備的平均產量21.36 t/h，略高于20 t/h的設計產量，滿足滿負荷生產的需求；成品砂的細度模數為2.87，石粉含量11.5%，質量滿足標準要求。

5.2 聯動檢測

為檢測整個系統生產的砂石骨料質量、產量能否到達設計要求，需進行系統聯動的生產能力檢測。

滿載生產組合工況：一篩(1臺)+中碎(1臺)+二篩(2臺)+棒磨機(1臺)+超細碎(1臺)；檢測小石、中石、瓜米石及砂產能及質量；檢測結果見表2～5及圖1。

圖1 成品砂級配曲線

表2 小石生產能力試驗成果(進倉23#膠帶機)

表3 中石生產能力試驗成果(進倉21#膠帶機)

表4 瓜米石生產能力試驗成果(進倉25#膠帶機)

表5 成品砂生產能力試驗成果(30#膠帶機)

5.3 小結

(1)通過單機試驗結果可知，砂石加工系統各車間生產能力均能達到設計生產能力，且成品質量均能滿足規范要求。

(2)從系統聯動試驗分析結果來看，二篩車間中石最大生產能力約為230 t/h,滿足設計生產能力62.7 t/h，除64.84 t/h進倉外，全部返回超細碎二次破碎；小石生產能力為185 t/h；滿足設計生產能力59.5 t/h，除69.69 t/h進倉外,全部返回超細碎循環破碎；瓜米石根據需要進行調配；砂生產能力為76.2 t/h,略小于80 t/h，但在生產過程中可通過加大超細碎制砂車間的循環量，達到設計產量。

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

6 存在的問題、原因分析及解決辦法

6.1 存在的問題

(1)砂石加工系統各破碎車間的破碎效率較差，粗骨料比重大，產砂率偏低。

(2)超細碎立軸式破碎機B9100E主要為生產成品砂設備，理論進料中小石比例為4∶6，產砂率可達到28%～40%，比較合理；但天池砂石加工系統超細碎設備進料中小石比例為6∶4，產砂率僅為19.62%。

6.2 原因分析

針對以上存在的問題，部初步分析判斷，主要是因為花崗巖料源巖石硬度太高(經檢測巖石飽和抗壓強度180～230 MPa)，可破性難度大，破碎效果差，從而導致中石產量高，小石及砂的產量偏低。

6.3 解決辦法

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

(2)增加一臺細碎設備，降低中碎設備負荷率，增加小石產量，改善超細碎設備進料中小石比例。

(3)增加系統設備耐磨件的儲備，加強設備維護保養，增加系統生產運行時間。

7 結語

通過工藝性試驗驗證了砂石加工系統各車間的設備配置均達到了設計生產能力，產品質量滿足合同要求；但由于料源巖石全部為洞挖花崗巖，飽和抗壓強度高，導致設備破粹效果差，影響系統生產級配；通過采取一系列措施，可進一步改善設備破粹效果，降低粗骨料比例，提高細骨料產量[6]。