蒼溪航電樞紐右岸工程砂石加工系統設計

張 瑜,張順利

(1.葛洲壩集團第二工程有限公司,成都,610091;2.中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,成都,610072)

1 工程概況

蒼溪航電樞紐右岸泄水建筑物土建及船閘工程,其全部混凝土骨料均由砂石骨料加工系統生產。根據合同工程量統計,本工程共需混凝土306084.48m3。其 中,二 級 配 混 凝 土23265.48m3;三級配混凝土282174m3;四級配混凝土645m3。由于四級配混凝土所占比例很小,單獨為生產四級配骨料配備所需的砂石加工設施很不經濟,因此本工程砂石加工系統均按三級配骨料加工進行設計。根據混凝土初步配合比,并考慮各種損耗,計算出砂石各級骨料的需求量。其中,粒徑80mm～40mm骨料用量為197771t,粒徑40mm～20mm級配骨料用量為221034t,粒徑20mm～5mm級配骨料用量為221032t,粒徑5mm以下骨料用量為 205464t。合計加工量為845301t。

2 料場地質情況分析

蒼溪航電系統天然砂卵石料場——花家壩料場有用層厚度0～9.90m,卵、礫石成分為砂巖、石英巖、大理巖、灰巖和火成巖等;砂為中細砂,含泥較重。據21組試驗表明,平均含礫率76.13%,各粒徑組含量基本一致,在12.05%～19.92%之間。粗骨料除含泥量為1.72%略為偏高外,其它指標均滿足混凝土粗骨料質量要求。細骨料的平均粒徑為0.37mm,屬細砂,細度模數2.16,偏小,含泥量偏高,達10.89%,其它指標均滿足細骨料質量要求,經沖洗后細骨料可以使用。通過地質資料分析可以得知,各粒徑含量基本一致,不需要進行大規模的破碎處理,含泥量稍偏高,必須選擇足夠容量的沖洗設備。經現場考察后,又發現料場表面由于當地村民采砂,導致卵石含量偏高。

3 系統生產流程及生產能力的確定

根據上述分析,確定系統流程為:一段式破碎,二次篩分,以天然篩分為主,輔以局部破碎。破碎主要是去除大卵石,提高砂石骨料利用率,提高經濟效益。系統工藝流程見圖1所示。

圖1 砂石加工系統工藝流程

主體工程混凝土施工高峰月澆筑強度為6萬m3/月;砂石加工系統按月生產25d,每日工作兩班(18h),計算出砂石加工系統生產規模為:處理能力460t/h,生產能力383t/h。

4 各車間設計

4.1 受料坑車間

受料坑車間主要為鋼筋混凝土雙池形結構,頂部設置軌道鋼格柵,底部設置出料廊道。其功能為:剔除大卵石,向下一流程均勻、連續供料。為使系統處于一個合理的運行狀態,防止系統處理能力陡變,導致設備受沖擊荷載降低使用壽命,在廊道內設置GZG1003型振動給料機2臺,其額定處理能力為180t/h～250t/h。為了避免2臺振動給料機同時給料帶來的干擾和沖突,將給料機給料角度調整為-12°,通過運行期間停機測量,達到了390t/h的處理能力。這樣通過調整給料機運行,做到雙機交替運行給料,而不影響上部供料車輛的卸料。

頂部的軌道鋼格柵間距根據料場內大卵石含量確定,同時也需兼顧破碎機處理能力,初步確定其間距為18cm。軌道鋼格柵必須有一個傾斜角度,以便于大卵石在自重作用下滑落,考慮到卵石表面光滑,外表面基本呈圓形,初步確定軌道鋼格柵傾角為25°。

4.2 預篩分車間

預篩分車間采用大型鋼結構的平臺作為圓振動篩基礎,立柱采用工字鋼結構。預篩分車間內配置1臺2YK1845型園振動篩,其主要功能為將大于8cm的卵石選出。預篩分車間為一進三出結構,三個出料方向為:小于4cm的砂卵石混合料直接進入下一流程;4cm～8cm的砂卵石可進入碎石機或者直接進入下一流程;8cm以上的卵石可進入碎石機或者直接進入棄料場棄料。為此在預篩分車間圓振動篩出料口設計了空間重疊的雙褲襠叉溜槽結構,結構內設置雙層導料翻板門,滿足了這一需求。

在預篩分圓振動篩底部設置了大型集料斗,集料斗底部設置斜向緩沖溜槽,砂卵石可直接落于出料膠帶機上。

4.3 中細碎車間

碎石機近年來新機型、新工藝較多,國外產品一般價格昂貴,國內產品一般壽命短。經過考察,比較適合破碎卵石的一般有顎式破碎機和圓錐式破碎機,但是顎式破碎機破碎飛石嚴重,且破碎卵石呈片狀,超徑嚴重,容易導致混凝土低強;圓錐式破碎機價格昂貴,破碎卵石針片狀含量較大,也容易導致混凝土低強。權衡后決定選用反擊式破碎機,雖然也存在磨耗大,配件更換頻繁的缺點,且一般用于卵石破碎的較少,較多應用于巖石料場開采爆破料。后經查詢,洛陽大華廠可生產一種硬巖反擊破碎機,可破碎抗壓強度不超過300MPa、莫氏硬度小于8級的各種石料,如石灰石、玄武巖、花崗巖、爐渣、水泥塊等石料,但不宜破碎含水分過高的礦石或粘料。最為關鍵的是,該機采用三段式破碎法,一旦出現料場區域范圍內石料級配分布不均勻,可通過調整反擊板位置來調節出料粒徑。經權衡,反擊式破碎機具有可調,危險系數小,各工程可重復利用,且破碎料外形方正,不降低混凝土強度的特點,因此確定選用洛陽大華的PFY1311型反擊式破碎機。該機出料粒徑可位于4cm～10cm以下,調節范圍較大,且可充分用于各種爆破開采料場,天然卵石料場,各種類型的工程可充分利用,僅需更換反擊板即可。

反擊式破碎機布置在一小段混凝土廊道結構上,為簡化結構,出料膠帶機直接從預篩分樓下穿過破碎機底部至篩分樓。

4.4 篩分車間

篩分車間主要功能為將砂卵石混合料分離,成為成品的大石、中石、小石和砂。在篩分車間內配置1臺3YKH2060型圓振動篩,位于鋼結構樓體上,振動篩下方設置1臺WCD1118型螺旋分級機,用于成品砂的脫泥處理。因樓梯下方安裝了螺旋分級機,樓體高度達3.5m,為此在樓體前面設置一個2m高的鋼平臺作為成品料倉膠帶機機尾架,一是可提高膠帶機下的穿行空間,二是可作為清掃平臺提供不停機清掃作業。

5 膠帶機及溜槽設計

5.1 膠帶機設計

對于一般天然骨料輸料膠帶機,其最大爬坡角度不應大于13°,否則就會出現溜料現象。這并非是由于膠帶機角度大,而是因為卵石呈圓形,單一級配料容易在膠帶機上翻滾造成。在本工程上,我們通過提高膠帶機帶速、降低骨料初速度以及提高膠帶機滿負荷來解決這個問題。首先,通過將膠帶機帶速提高到2.5m/s,使之大于骨料的運動速度;其次,通過在溜槽下料口設置擋料板降低骨料初始進入膠帶機的速度;最后,確保膠帶機滿負荷生產,增大骨料與膠帶機的接觸面積來傳遞動能,從而解決了這一問題。

膠帶機機架采用分段設計,一般成品料倉旁都必須留出裝載機臨時供料裝料回轉空間。因此料倉旁段采用大型鋼桁架結構,桁架長度大于16m,而在臨近車間的膠帶機尾部,其高度較低,故采用簡易的槽鋼架結構,長度一般為9m左右,以便于加工,加快施工速度。大型鋼桁架由于在野外露天加工,結構尺寸較大,容易出現焊接應力變形,最簡易的方法就是通過加大構件尺寸來解決,這樣雖然增加了用鋼量,但是縮短了加工時間,整體效益反而好。

5.2 溜槽的設計

溜槽的設計在砂石加工系統中非常重要,一般砂石加工系統運行損耗的60%以上為溜槽鋼板磨損。在本工程中,我們采用在溜槽上設置角鋼底坎來解決這一問題。具體做法為:溜槽下溜角度大于50°,在溜槽底板上每間隔80cm焊接一條50mm等邊橫向角鋼,確保在溜槽表面堆積一層5cm的卵石層,在運行過程中,這層卵石層可起到保護緩沖作用,來料始終在卵石層上通過,減小了鋼板磨損。同理,在膠帶機機頭料斗設計中,在膠帶機機頭拋料與豎向鋼板相交處下方,也焊接了一條50mm角鋼,堆積一層卵石,后續料直接與堆積卵石撞擊落下,不再撞擊鋼板,經過1個月的運行,鋼板基本不磨損。

6 系統運行情況

整個系統建成后,經過1個月的運行,各車間、膠帶機運行良好,中間僅出現過卵石集中供料時,大卵石在膠帶機上翻滾,后通過調整給料機給料速度得以解決。碎石機出廠出料口寬度4cm,后發現中、小石較多,大石偏少,于是將出料口調整為8cm,各級配骨料產量趨于一致,滿足了生產要求。

7 結語

在本系統設計過程中,以混凝土強度控制為最終目標,合理選擇系統工藝流程,選擇合適的破碎設備,做到了單位效益的最大化,同時兼顧設備的通用性,避免了設備的短期使用,雖然配件有一定的損耗,但滿足了不同工程的適用性,不需重新采購設備。

通過對細部結構的精心設計,進一步降低了材料損耗,總體經濟效益較以前有所提高。及時了解新工藝和新材料,確保了合理、最優的生產系統。

對于以處理天然砂卵石為目標的砂石骨料生產系統,系統流程應盡量簡化、方便,才能確保最大生產強度,同時應兼顧破碎,以確保系統效益最大化。