天然砂卵石料高效篩分利用技術研究

張紅衛 王鵬 周閩

摘要：為了提高天然砂卵石料的篩分效率和成品石料級配穩定，該文從工藝規模、流程和設備選型等方面介紹了一種骨料篩分與洗料廢水回用集成技術。通過在篩分前設置粗碎設備，在篩分系統內部對超徑料增設細碎環節并形成閉路循環進行二次篩分。三級沉淀池內設有繞流擋板和上坡道，增加廢水的流動路徑和沉淀時間，并將沉淀后的清水循環用于砂料的洗泥脫水。工程效果表明，該技術能夠避免出現骨料超遜徑問題，具有廢水資源可循環利用的特點。

關鍵詞：水電工程 ?骨料加工 ?篩分技術 ?洗料廢水回用

中圖分類號：TD452 ??文獻標識碼：A ??文章編號：1672-3791（2022）05（b）-0000-00

作者簡介：張紅衛（1975—），男，本科，高級工程師，主要從事土木工程建設工作。

Research on High-efficiency Screening and Utilization Technology of Natural Sand and Pebble Materials

ZHANG Hongwei?WANG Peng ZHOU Min

（CCFEB Civil Engineering Co.， Ltd.， Changsha，?Hunan Province，?410004 China）

Abstract：?In order to improve the screening efficiency of natural sand and gravel and the stability of finished stone grading， this paper introduces an integrated technology of aggregate screening and washing wastewater reuse from the aspects of process scale， process and equipment selection. By setting up the coarse crushing equipment before the screening， a fine crushing step is added to the super-diameter material inside the screening system to form a closed loop for secondary screening. The three-stage sedimentation tank is provided with a flow baffle and an uphill road to increase the flow path and sedimentation time of the waste water， and the cleaned water after the sediment is used for sludge dewatering of the sand material. The engineering effect shows that the technology can avoid the problem of over-expansion of aggregates and has the characteristics of recycling of wastewater resources.

Key Words： Hydropower engineering; Aggregate processing; Screening technology; Washing wastewater reuse

當今我國科學技術突飛猛進，水利水電作為國家的基礎產業得到飛速發展。作為水電工程中最基本的建設材料，在以混凝土壩為主體的水電工程建設初期，很多臨時輔助設施的基礎施工都需要建設，以及后期的主體施工也需要大量的混凝土。混凝土約占砂石骨料體積的80%～85%，砂石骨料重量的85%～90%。由于砂石骨料的質量對混凝土質量的影響很大，因此砂石骨料的生產將最終影響混凝土的質量和造價。大量的工程經驗表明：作為水工結構附屬的砂石加工系統，是制約水工結構施工的關鍵因素。

如果采用從市場上采購砂石骨料，運輸成本和采購價格成本均較高，且質量也難以保證。當施工現場附近河灘存在豐富天然砂卵石毛料時，往往通過臨時建設天然砂卵石骨料加工篩分系統，這樣既能保證砂石骨料的數量和質量，又能保證工程的有序施工。然而，現有天然砂卵石骨料加工篩分系統中，若對毛料直接篩分，超徑的大石往往作為棄料，造成浪費;若增加工作環節，作業線加長，又易出現篩分后的骨料顆粒級配不穩定、骨料超遜徑等問題。此外，采用傳統三級沉淀池處理用于清洗砂卵石的廢水，凈化效率有待提高且廢水的回收利用率不高。該文結合實際工程提出了一種天然砂卵石料篩分與洗料廢水回用集成技術，以期能夠解決上述問題。

1 工程概況

江西贛江井岡山航電樞紐工程地處江西省吉安市境內的贛江中游河段，壩址右岸位于萬安縣窯頭鎮，其砂石加工系統位于壩軸線下游至小港溪場地內，地面高程65.5m，占地面積3.89萬m。據設計方案砂礫石料主要用于壩區兩岸連接土壩填筑和混凝土重力壩骨料，砂礫石料為壩區沿河上下廣布的漫灘及河道上（含壩基）的砂礫石覆蓋層，屬I類料場。料場砂礫料存在骨料堿活性的可能性不大，按水下開采深度6m計算儲量：有用層儲量約為300萬m3，砂與卵石各占一半，無用層方量為45萬m3，其中水上開挖儲量約70萬m3，水下開挖儲量約500萬m3。此外，該料場的運輸距離短，交通便利，對環境影響較小，綜合條件良好。

2 天然砂卵石料高效篩分利用技術

2.1 工藝規模

本工程中卵石加工系統承擔混凝土量為50.56萬m（含常態混凝土、RCC、噴混凝土和混凝土防滲墻）的骨料生產任務，共需生產砂石料79.16萬m，其中粗骨料54.32萬m，細骨料24.84萬m，需加工毛料量68萬m，卵石加工系統按滿足7.44萬m/月混凝土澆筑強度設計。

（1）混凝土月供應量：

=7.44×10?m/月×2.2t/m=1.64×10t/月

其中：系數2.2為每立方混凝土中的卵石料用量。

（2）按照混凝土月強度，設每月工作天數為25d，每天工作時間為20h，成品卵石料生產能力：

=1.64×10t/月÷25d÷20h=328t/h

（3）考慮到卵石加工過程中由于運輸、存放、清洗等因素造成的損耗，系統處理能力：

=/=328t/h/0.8=410t/h

其中：系數為成品率，本工程中取0.8。

因此，實際系統生產能力按照350t/h，處理能力按照400t/h考慮。

2.2 天然砂卵石料的篩分系統

圖1為該文天然砂卵石料高效篩分系統的工藝示意圖。可見，在篩分前，受料坑內的毛料先進行粗碎處理，通過調節粗碎設備的排礦口大小控制毛料級配，以減少超大粒徑毛料的比例;篩分時，將粗碎后的毛料通過皮帶機轉移至篩分樓，振動篩分時，在篩分機內的每層篩網內均加水沖洗，以降低石料的含泥量。根據篩分流程計算確定篩分流量，采用80 mm、40 mm、20 mm、5 mm的4層篩網結構。經過第一級篩分后，粒徑大于80 mm的毛料通過溜槽和皮帶機轉移至細碎間，經過進一步破碎處理后再返回至篩分樓進行二次篩分，形成閉路循環，直至無粒徑超過80 mm的石料。粒徑小于80 mm的毛料則繼續下落，經過分級篩分后，粒徑為40～80 mm的大石、20～40 mm的中石和5～20 mm的小石分別通過皮帶機直接送入成品料倉進行分級堆放。粒徑小于5 mm的砂料則需要經螺旋洗砂機和脫水篩洗泥脫水后，再通過皮帶機送入成品料倉。

2.3 廢水三級沉淀回收利用

本篩分系統對傳統廢水三級沉淀池進行了改進，主要由第一沉淀池、第二沉淀池和第三沉淀池構成，如圖2所示。其中，每級沉淀池的內部空間增設有繞流擋板，通過區域分隔延長廢水的流動路徑和滯留時間，進而增加廢水的沉淀時間。繞流擋板兩側的底板又設置為上坡道的傾斜形式，且每級沉淀池的上坡道高度均高于上一級沉淀池，可以有效降低廢水在沉淀過程中的流動勢能和流動速度，進一步提高沉淀效果，同時也促使沉渣堆積在低洼處，易于清理。每級沉淀池之間通過擋墻間隔，在流動路徑末端處設有溢流口，溢流口上的過濾網可阻擋漂浮雜質。第二擋墻的溢流口高度小于第一擋墻的溢流口高度，保證池內廢水的持續流動。最后，將沉淀后達標的清水經過出水口循環作為螺旋洗砂機用水。

2.4 設備選型

卵石篩分系統設備選型必須在滿足全系統設計生產能力的基礎上，穩定可靠、功耗較小、對環境影響較小的設備。選型中按流程計算強度，并按照設備負荷率考慮一定的富余。根據車間處理能力擬選定各車間設備型號，本工程中粗碎設備采用PEX-300×1300型顎式破碎機，篩分、砂脫水設備采用2YK2160+2YK1860圓振動篩，其主要特點為篩網面積較大，產量高，篩分機質量可靠，運行正常。砂料的洗泥脫水采用XL-1210螺旋洗砂機。詳細的卵石骨料加工系統設備配置見表1。

3 運行效果

左岸系統生產能力按照350 t/h考慮，砂率按照25%考慮，參照天然毛料級配數據，及考慮篩選損耗，可知系統成品砂生產能力約為93.31 t/h，中石生產能力約為81.65 t/h，小石生產能力約為81.7 t/h，大石生產能力約為93.34 t/h。由表2中的系統各級料源含量可知，系統大石、中石、小石和砂的產能滿足生產需要。

對經過該文三級沉淀池處理后的洗料廢水進行檢測，選取化學需氧量COD、五日生化需氧量BOD、懸浮固體SS、氨氮NH-N和總磷TP作為主要排放指標。處理后各指標的濃度值分別為54、16、14、11和1.2 mg/L，小于國家排放一級B標準規定的60、20、20、15和1.5 mg/L。可見，采用本篩分系統中的三級沉淀池結構，廢水凈水效果良好，能夠循環用于洗料。

4 結語

該文結合井岡山航電樞紐工程對天然砂卵石篩分技術的難點和質量控制的要點，有針對性對篩分系統、廢水凈化回收進行了技術研究，結論如下。

（1）該技術充分利用砂卵石料的天然資源，與直接采購商品骨料相比，大幅降低了施工成本。篩分系統生產能力為350 t/h、處理能力為400 t/h，在保證成品骨料級配質量的同時，也保障了后續施工的有序進行，避免了因骨料生產供不應求導致工程延誤帶來的經濟損失。

（2）本技術對三級沉淀池結構進行改進，通過在每級沉淀池內增設繞流擋板和上坡道來延長廢水的流動路徑和沉淀時間，以及對廢水凈化后實現回收再利用，凈化后的水體指標能夠達到國家一級B廢水排放標準。

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