高寒缺水環境下砂石骨料生產工藝探索

文杰

（中國葛洲壩集團路橋工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 研究背景

抽水蓄能電站的主要組成部分包括上水庫、下水庫、地下廠房、地下輸水系統等，多數需進行地下施工，從而提高了施工難度系數，且工期較長。隨著我國特別是北方多座抽水蓄能電站的建設，如何使電站早日投產發電、盡早發揮效益顯得尤為重要，然而冬季北方的高寒環境制約了施工進度，基本處于冬休停工狀態。

2 工程概況

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內，工程區距豐寧縣公路里程約62 km，電站對外有國道、省道和簡易鄉村公路相通。電站主要由上水庫、水道系統、地下廠房系統、蓄能專用下水庫及攔沙庫等建筑物組成。工程規劃裝機容量3 600 MW，為一等工程，大（1）型規模。豐寧電站分兩期開發，同期建設，一、二期工程共安裝10臺300 MW的單級立軸可逆式定速抽水蓄能發電機組和2臺300MW交流勵磁變速機組，總裝機容量3 600 MW，平均發電量6.612×109kW·h，平均抽水電量8.716×109kW·h。上水庫正常蓄水位1 505 m，死水位1 460 m，調節庫容4.061×107m3，死庫容7.53×106m3；大壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 510.3 m，最大壩高120.3 m。下水庫正常蓄水位1 061 m，死水位1 042 m，調節庫容4.148×107m3，死庫容1.813×107m3。

為了保證和加快豐寧抽水蓄能電站的建設進度，盡快發揮效益，顯然必須保證關鍵線路地下工程的施工，為此，應盡量縮短冬歇期，保證冬季施工，從而如何保證冬季施工原材料混凝土骨料的生產供應成為問題的關鍵。

3 砂石骨料必須滿足的質量要求

1）粗骨料質量標準。其最大粒徑禁止超過鋼筋凈距離的2/3、斷面邊長的1/4、素混凝土板厚的1/2，如果結構中不含鋼筋混凝土，則選擇最大的粗骨料粒徑。豐寧工程分為2個等級，即5～20 mm和20～40 mm。應嚴格控制粗骨料超遜徑含量，其控制標準為：超徑小于5%，遜徑小于10%；針片狀骨料應不大于15%；含泥量應不大于0.5%。

2）細骨料質量標準。細骨料應當質地堅硬和級配良好，人工生產的細骨料其細度模數嚴格控制在2.4～2.8，如果使用山砂、粗砂或者細砂代替其他砂石料時，應滿足嚴格的實驗要求；保證細骨料含水率不會發生較大的變化，人工砂飽和面含水率宜在6%以內。

3 骨料生產工藝

3.1 干法工藝

豐寧抽水蓄能電站4月極端最低氣溫為-19.8℃，10月最低極端氣溫-18.3℃，在此氣溫下用于濕法生產的水系統將無法運作，運輸骨料的膠帶機因結冰而無法正常運行，骨料加工系統無法生產。干法工藝使用少量水或不用水，受環境溫度影響較小，基本能保證骨料加工系統正常運行，能有效延長生產時間約2～3個月。

濕法生產的成品骨料因含有一定水分，在氣溫低于0℃時會結冰。用濕法生產的人工砂在進入砂堆場堆存脫水之前其含水率約為18%，即使是7～9月生產的骨料，當10月底最低氣溫降到0℃以下時，骨料也因結冰而無法轉運和使用，嚴重制約了冬季混凝土施工。

相反，采用干法工藝生產的骨料，除人工砂的含水率約為2%（采用噴霧降塵約3%），其余骨料含水率幾乎為0，基本不受外界溫度影響，并增設雨棚防止雨雪進入。這樣，成品骨料在寒冷季節也不會發生凍結現象，可保證冬季混凝土施工。

同時，干法工藝大大減少了水資源的浪費，對于缺水的北方則更顯得順勢而為，而且避免了濕法生產帶來的水污染和污泥在干化、運輸過程中造成的二次污染，也節省了濕法生產設備和污水處理所需的大面積場地，這在目前土地資源日顯寶貴的背景下尤為重要，實現了綠色環保的理念。

3.2 含泥量預處理工藝

系統原料為灰窯子溝料場的花崗巖，一般不含夾泥層。為確保有害的泥不進入系統后端加工環節，保證成品質量，經開采后粒徑不大于750 mm的毛料進入受料坑時，其下部設置有棒條間距為40 mm的棒條給料機，大于40 mm的毛料進入顎式破碎機進行破碎。只有當料源質量好、基本不含泥時，篩下這部分粒徑小于40 mm物料才與顎破加工后的物料一道進入后續生產環節，否則將其棄除[1]。

3.3 立軸破制砂和整形相結合工藝

如果單一采用立軸破制砂，砂子粗細顆粒呈現出“兩頭大中間小”的不利現象，傳統的濕法工藝采用棒磨機是為了彌補中間顆粒偏少的問題。近年，隨著綠色環保理念的興起，干法生產工藝則采用高線速度、“石打石”工況的立軸破代替棒磨機，達到了理想的效果。為此，豐寧砂石加工系統超細碎車間PL9500立軸破的任務為制砂，進料為5～40 mm混合料，采用中等線速度（70 m/s）、“石打鐵”工況。

砂整形車間型號為PL-700的立軸破的任務主要是砂子整形、調整細度模數，其進料主要是3～5 mm骨料，為了達到砂整形的良好效果，少量加入5～20 mm的骨料，采用相對較高的線速度（80 m/s）、“石打石”工況，以達到改善砂子粒型、調整細度模數的目的。

3.4 砂子選粉降粉工藝

在工藝布置上，為確保砂的含粉量要求，砂子進入堆場之前將其輸送至選粉機，選粉機將其中多余的石粉棄除。豐寧砂石加工系統選用NHX-A型系列高效轉子式選粉機對多余的石粉進行回收棄除。NHX-A型系列高效轉子式選粉機，是外部循環式帶轉子的選粉機，生產效率高，采用重力和離心雙重分級力場，物料在分級室內，在較強的旋流及切向剪力的作用下達到有效分級的目的。經實際使用，選粉效率可達85%以上，成品料石粉含量可在6%～18%任意調整，調節方便，靈敏可靠，可通過調節主軸轉速及風量靈活控制，廣泛應用于水泥生產、人工制砂干法系統等領域[2]。

3.5 達到的效果

系統設置四段破碎，工藝及設備配置合理，生產的粗骨料全部合格，重點對成品細骨料進行密切關注和跟蹤試驗檢測。經過以上一系列工藝處理后的成品砂含粉率平均值能穩定控制在8%～12%，可以滿足水工混凝土用砂的質量要求。現僅列出2016年度成品砂的檢測成果，見表1。

表1 人工砂出廠試驗檢測成果統計表

4 環保措施

干法生產工藝，在骨料加工和轉運環節容易產生粉塵外溢，揚起的粉塵不僅造成環境和大氣污染，而且對運行管理人員的身體健康產生危害，為此，在破碎、篩分、選粉、膠帶機卸料等粉塵產生集中部位進行全封閉，采用除塵器結合噴淋、噴霧裝置除塵。

4.1 除塵器除塵

各破碎、篩分、選粉車間產生的粉塵較多，應采取封閉措施，具體封閉粗碎、中、細碎車間，超細碎車間，砂整形車間，第一、二篩分車間，并安裝多臺除塵器對破碎、選粉、篩分過程中產生的粉塵進行回收，并傳輸至粉塵回收倉集中存儲。

此外，選擇XM系列脈沖單機除塵器除塵，該設備通過脈沖噴吹達到清灰的目的，具有清灰效果好、凈化快、處理風量大、濾袋耐用、可減小維修工作量、運行穩定性高、安全等多方面的優勢，在冶金、建材、機械、化工、礦山等非纖維性粉塵工業粉塵的除塵凈化和物料回收中取得了廣泛的應用。

4.2 噴淋、噴霧除塵

毛料經粗碎車間加工成半成品時，在顎式破碎機的卸料口及受料坑會產生粉塵，為防止粉塵外溢，在受料坑、顎式破碎機的進、出料口同時安裝有噴淋裝置，再加上上述除塵器除塵，基本可以確保粗碎沒有粉塵外溢。

骨料在膠帶機運送過程中，在落差較大的膠帶機搭接處產生少量的粉塵，為此，在半成品和成品骨料堆場上方膠帶機頭處安裝噴霧裝置，防止粉塵擴散。

噴霧降塵采用JC系列設備，該設備霧滴直徑均勻，成霧穩定，霧量調節范圍大，操作簡單，是解決PM2.5空氣質量超標的優選設備，廣泛應用于建筑工地。

4.3 其他除塵措施

及時清掃散落在生產場地周邊的砂石骨料，并根據天氣、現場的實際情況不定時采取灑水等措施，降低粉塵的污染。

砂石骨料加工系統通過以上措施對粉塵進行處理后，經環境監測機構檢驗，空氣質量滿足招投標文件要求（即符合GB 3095—2012《環境空氣質量標準》規定的二級標準）。因砂石骨料加工系統為干法生產，污水排放基本為零對環境無影響。

系統環保措施見表2。

表2 各部位環保措施一覽表

5 結語

在高寒缺水環境下生產混凝土砂石骨料，采用干法生產等多種工藝技術可保證成品骨料質量，并且采取相應的環保措施可以有效延長冬季施工時間，加快施工進度，為工程提前投產發電提供了條件，具有顯著的經濟和社會效益，有效節約了水資源，避免了水污染。