淺談金安橋水電站砂石加工系統(tǒng)改造及質(zhì)量控制

左伶俐，張彥祥，黃勝一

（中國水利水電第八工程局有限公司金安橋砂石項(xiàng)目部，云南 麗江 674100）

0 工程概況

金安橋水電站碾壓混凝土重力壩最大壩高160 m，壩頂長度640 m。電站裝機(jī)容量4×600 MW。本合同工程由左岸砂石加工系統(tǒng)、金安橋玄武巖石料場和金安橋橋頭 （不含R110+200段）至玄武巖石料場的R11主線公路及場內(nèi)若干支線公路組成。左岸砂石加工系統(tǒng)布置于壩軸線下游五郎河口左側(cè)。系統(tǒng)主要承擔(dān)上游碾壓混凝土圍堰、大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)等主體工程約528萬m3混凝土所需砂石料的生產(chǎn)任務(wù)。共需制備砂石骨料約1 180萬t。其中，碎石730萬t，碾壓混凝土用砂230萬t，常態(tài)混凝土用砂220萬t。

1 人工砂石制作工藝流程

砂石加工系統(tǒng)主要工藝流程為：破碎→篩分→二次破碎→篩分→超細(xì)碎→篩分→棒磨制砂→成品砂。其中二篩車間和中細(xì)碎車間構(gòu)成第一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)，三篩車間和超細(xì)碎車間構(gòu)成第二個(gè)閉路循環(huán)加工系統(tǒng)。人工砂石制作過程為：在玄武巖石料場開采合格的毛料，在粗碎、中碎、細(xì)碎和篩分車間不斷處理后，其中特大石、大石經(jīng)過篩分車間篩分，輸送至成品料倉；另外，經(jīng)篩分出的5～40 mm的物料利用立軸式破碎機(jī)破碎通過終篩進(jìn)行成品砂篩分，輸送到成品砂倉，部分小石、中石返回立軸式破碎機(jī)多次破碎，篩分的5～3.5 mm的粗砂及部分5～20 mm的骨料利用膠帶機(jī)輸送到棒磨機(jī)制砂后輸送到成品砂倉；石粉回收裝置回收終篩及棒磨生產(chǎn)成品砂后的廢水中的石粉，與終篩的成品砂、棒磨的成品砂均勻摻和后利用膠帶機(jī)輸送到成品砂倉。通過對(duì)入倉成品砂的不斷檢測，調(diào)節(jié)棒磨機(jī)的進(jìn)料量、裝棒量、棒徑比、加水量來控制成品砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量等質(zhì)量指標(biāo)，利用脫水篩控制成品砂入倉含水率。

2 砂石系統(tǒng)加工工藝及技改措施

2.1 工藝特點(diǎn)

（1）金安橋水電站人工砂石原料具有硬度高、內(nèi)部晶胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特性，需要解決玄武巖 “硬、脆、碎”和 “易碎難磨”的特點(diǎn)。

（2）根據(jù)硬巖特點(diǎn)，巖石中夾雜具有吸水性高、保水性好等特性的火山角礫熔巖和凝灰?guī)r的斷層和夾層，需要編制合理的爆破設(shè)計(jì)，控制毛料的粒徑和級(jí)配組成，盡最大可能剔除廢料。

（3）立軸式?jīng)_擊破碎機(jī) （B9100）對(duì)碎石進(jìn)行整形，生產(chǎn)的成品砂的產(chǎn)量較高，級(jí)配良好，且可提高石粉含量。

（4）采用棒磨機(jī)生產(chǎn)細(xì)砂的工藝方式，與立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)相結(jié)合，能夠提高成品砂的石粉含量、降低細(xì)度模數(shù)，減少鋼棒耗量，節(jié)約運(yùn)行成本。

（5）利用一、二篩干砂分倉堆存，然后干濕砂按比例進(jìn)行摻配銷售，可適當(dāng)加快濕砂的脫水速度，降低銷售砂的含水率。

2.2 精細(xì)化開采實(shí)施控制毛料質(zhì)量

采用精細(xì)化施工，對(duì)計(jì)劃爆破的區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場鑒定，出具爆破設(shè)計(jì)。對(duì)于有水平斷層帶的爆破區(qū)嚴(yán)格按照分層造孔分層爆破的方方案進(jìn)行，對(duì)每一梯段的施工程序?yàn)椋菏紫葘?duì)上層玄武巖毛料進(jìn)行鉆爆開挖，然后剔除中部的凝灰?guī)r和火山角礫熔巖，最后爆破開挖底部的玄武巖。由于分層爆破，增加了挖掘機(jī)清理工作面的次數(shù)和鉆機(jī)造孔難度及進(jìn)出場次數(shù)。由于采場地質(zhì)情況較為復(fù)雜，有幾條水平斷層和不同程度的蝕變玄武巖、綠泥石、火山角礫熔巖等垂直夾層，給毛料開采造成了很大的困難。采用精細(xì)化施工以來，毛料中夾雜的凝灰?guī)r等軟弱顆粒以及飽水性較強(qiáng)的火山角礫熔巖大大減少，毛料質(zhì)量較有了明顯改善。

砂石聯(lián)合協(xié)調(diào)小組在石料場進(jìn)行取樣，對(duì)精細(xì)化開采后的巖石進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，浸水后巖石抗壓強(qiáng)度為178 MPa，氣干狀態(tài)的強(qiáng)度為163.6 MPa。說明精細(xì)化開采后的毛料強(qiáng)度有了很大的提高。

2.3 半成品生產(chǎn)

2.3.1 粗碎車間

兩個(gè)粗碎車間各設(shè)置了1臺(tái)旋回破碎機(jī) （42-65MK-Ⅱ），每臺(tái)破碎機(jī)的銘牌處理量不小于1 600 t/h。采石場粒徑小于700 mm的毛料經(jīng)自卸汽車運(yùn)到粗碎車間受料口，破碎后的半成品料匯集到A2膠帶機(jī)，卸至豎井緩沖平臺(tái)后再進(jìn)入半成品豎井。在一般情況下，粗碎車間啟動(dòng)1臺(tái)破碎機(jī)即可滿足生產(chǎn)要求，在生產(chǎn)高峰期則啟動(dòng)兩臺(tái)破碎機(jī)。其半成品料質(zhì)量控制要點(diǎn)是嚴(yán)禁控制泥塊含量，且控制半成品料超徑石 （即≥140 mm）的含量不超過25%，且最大粒徑不大于250 mm。

2.3.2 半成品豎井

半成品豎井由儲(chǔ)料平臺(tái)、豎井井腔、緩沖料倉、出料廊道和平洞組成。豎井中的半成品料通過廊道內(nèi)的2臺(tái)GZG200-4型給料機(jī)給料，將石料送入半成品平洞內(nèi)的A4膠帶機(jī)，再通過A5膠帶機(jī)進(jìn)入到半成品料堆堆存。

半成品料堆共設(shè)置兩條出料廊道，每條廊道內(nèi)布置1條膠帶機(jī)和4臺(tái)GZG125-160型振動(dòng)給料機(jī)，振動(dòng)給料機(jī)均勻給料，經(jīng)由B1和B2膠帶機(jī)輸送到第一篩分車間。

隨著開挖高程的下降，需要及時(shí)啟動(dòng)新粗碎車間，由A6～A8膠帶機(jī)輸送半成品料至半成品料倉。

2.4 成品生產(chǎn)工藝

2.4.1 第一篩分車間

第一篩分車間上下并排布置2組3YKRH2460型重型圓振動(dòng)篩和2組2YKR2460型圓振動(dòng)篩，篩孔尺寸分別為φ125 mm、85 mm×85 mm及43 mm×43 mm，下層圓振動(dòng)篩設(shè)兩層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為22 mm×22 mm和4.5 mm×15 mm。石料半成品經(jīng)一次篩分車間進(jìn)行分級(jí)篩分分級(jí)后，一部分滿足成品用料的特大石、大石分別運(yùn)輸?shù)降谒暮Y分車間；大于120 mm的超徑石和滿足成品需求后多余的部分特大石輸送到中碎車間；滿足成品需求后多余的部分大石經(jīng)溜槽分流輸送到細(xì)碎車間；小于40 mm的混合料進(jìn)入超細(xì)碎車間；小于4.5 mm的粗砂輸送至PL8500立軸式破碎機(jī)整形后輸送至成品砂倉。

第一篩分車間控制篩分能力為2 000 t/h，粗砂產(chǎn)量控制在30～80 t/h之間。第一篩分車間采用干式篩分。

2.4.2 中細(xì)碎及第二篩分車間

中碎車間布置了2臺(tái)HP500-ST-C型圓錐破碎機(jī)，80～250 mm的石料破碎后進(jìn)入二次篩分車間。

二次篩分車間布置2臺(tái)3YKR2460重型圓振動(dòng)篩，篩孔尺寸為 41 mm×41 mm、21 mm×21 mm及4.5 mm×4.5 mm鋼絲編織篩網(wǎng)，分級(jí)篩分后，小于4.5 mm的粗砂進(jìn)入PL8500立軸式破碎機(jī)進(jìn)行整形。小于20 mm的骨料進(jìn)入超細(xì)碎料倉；20～40 mm的骨料進(jìn)入三篩調(diào)節(jié)料倉；大于40 mm的混合料進(jìn)入細(xì)碎車間。

玄武巖特性導(dǎo)致半成品料中的大石比例不足，必要時(shí)將21 mm×21 mm篩網(wǎng)撤掉，可將二篩生產(chǎn)工藝改為：4.5～40 mm的物料進(jìn)入超細(xì)碎車間，大于40 mm的物料通過四篩進(jìn)入成品料倉。

細(xì)碎車間布置了3臺(tái)HP500-ST-F型圓錐破碎機(jī)，40～120 mm的石料破碎后進(jìn)入二次篩分車間進(jìn)行二次循環(huán)。

第二篩分車間主要控制中石的超徑含量以及成品砂的產(chǎn)量為80～130 t/h。二篩車間采用干式生產(chǎn)。

一篩、二篩所產(chǎn)干砂產(chǎn)量需要在110 t/h左右，進(jìn)入干砂倉，待成品砂銷售時(shí)進(jìn)行干濕砂摻配，干砂占總砂的摻配比例為15%～20%。

2.4.3 第三篩分車間

三篩主要匯集二篩和超細(xì)碎車間40 mm粒徑以下的混合料。三篩調(diào)節(jié)料倉每條供料膠帶機(jī)的供料量一般控制在300～350 t/h。三次篩分車間共布置了8組3YKR2460型圓振動(dòng)篩和2組3WZD2460型振動(dòng)篩，匯集了中心篩分和檢查篩分的功能。篩孔尺寸分別為 21 mm×21 mm、7 mm×15 mm、3.5 mm×12 mm。三篩調(diào)節(jié)料倉40 mm以下的石料進(jìn)入三篩。所生產(chǎn)的小于40 mm的石料經(jīng)沖洗篩分后，滿足成品需要的中石、小石、部分粗砂 （3.5～5 mm）和全部細(xì)砂分別進(jìn)入成品中石倉、小石倉和砂倉。粗砂進(jìn)入制砂原料倉；細(xì)砂脫水后運(yùn)往成品砂倉。

第三篩分車間總處理量為2 100 t/h，系統(tǒng)采用濕式生產(chǎn) （考慮到雨季由于一、二篩干砂產(chǎn)量降低，將三篩車間部分生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)：利用膠帶機(jī)連接將超細(xì)碎車間1臺(tái)B9100立軸沖擊式破碎機(jī)與三篩車間兩臺(tái)振動(dòng)篩進(jìn)行干法生產(chǎn)）。三篩車間主要控制成品中石、小石的產(chǎn)量 （分別為440 t/h）和質(zhì)量。要求三篩車間成品砂細(xì)度模數(shù)在3.3以下。

超細(xì)碎車間布置了4臺(tái)B9100型立軸沖擊破碎機(jī)和1臺(tái)PL8500立軸式破碎機(jī)，主要匯集一篩車間、二篩車間生產(chǎn)的部分5～40 mm粒徑骨料，以及三篩車間返回的部分中石和小石循環(huán)生產(chǎn)。5～40 mm的石料經(jīng)破碎后進(jìn)入第三篩分車間進(jìn)行檢查篩分。超細(xì)碎車間每臺(tái)設(shè)備處理量需達(dá)到380 t/h。

2.4.4 第四篩分車間

第四篩分車間布置了1組2YKR2460型圓振動(dòng)篩，篩孔尺寸分別為 85 mm×85 mm、30 mm×30 mm。特大石和大石混合料經(jīng)過沖洗后，成品料進(jìn)入特大石和大石成品料倉；小于30 mm的骨料進(jìn)入制砂原料倉，第四篩分車間采用濕式生產(chǎn)，要求成品大石產(chǎn)量不小于360 t/h。

2.4.5 棒磨制砂車間

棒磨制砂車間布置7臺(tái)BMZ-2136型棒磨機(jī)，制砂原料倉3.5～20 mm的石料進(jìn)入棒磨機(jī)，棒磨機(jī)生產(chǎn)的砂進(jìn)入FC-12螺旋洗砂機(jī)分級(jí)洗去泥，進(jìn)入ZKR1233型直線振動(dòng)篩脫水，脫水后的砂進(jìn)入成品砂倉。棒磨機(jī)產(chǎn)成品砂細(xì)度模數(shù)控制在2.3以下。

2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.5.1 粗骨料軟弱顆粒含量試驗(yàn)

成品粗骨料抽取試樣的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

表1 軟弱顆粒試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)%

表1說明，石料場精細(xì)化開采施工以后，成品粗骨料中軟弱顆粒含量明顯減少，其中火山角礫熔巖含量減少趨勢最為突出。

2.5.2 成品砂最佳摻配工藝試驗(yàn)

試驗(yàn)采用脫水容器，桶體高90 cm，直徑60 cm。試驗(yàn)分別在三篩、棒磨機(jī)、黑旋風(fēng)、砂漿泵和B60膠帶機(jī)等5個(gè)部位抽取砂樣進(jìn)行，試驗(yàn)周期為11 d左右。產(chǎn)砂的細(xì)度模數(shù)和石粉含量見表2。

表2 各部位砂樣指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

砂樣含水率數(shù)據(jù)分析如下：①所有砂樣含水率降低速度均呈先快后慢的趨勢，桶體上部的含水率在前2 d內(nèi)降低幅度較大，之后開始波動(dòng)下降。②10 d之內(nèi)，上部含水率基本能達(dá)到6%以下。其中,三篩砂樣在上、中、下部位的含水率均達(dá)到6%以下，脫水效果較好；B60膠帶機(jī)、棒磨機(jī)和砂漿泵砂樣 脫水效果次之，黑旋風(fēng)砂樣脫水效果最差，桶內(nèi)下部砂樣在第10 d的含水率仍為20.4%。此現(xiàn)象說明含水率受石粉含量 （黑旋風(fēng)砂樣基本為石粉）影響很大，石粉含量較高時(shí)，脫水效果就會(huì)很差。③桶體中部砂樣含水率最終可達(dá)到4.3%，而此樣品的細(xì)度模數(shù)為1.76，石粉含量為15.76%，說明此項(xiàng)試驗(yàn)受到桶體直徑和高度的局限，脫水滲徑較小，無法真實(shí)反映成品砂的脫水情況。

試驗(yàn)成果顯示，首先，成品砂脫水與砂堆上下部位有關(guān)，其中上部脫水效果優(yōu)于中部，中部脫水效果優(yōu)于底部式;其次，成品砂脫水與砂的細(xì)度模數(shù)、石粉含量有關(guān)，即細(xì)度模數(shù)大、石粉含量低優(yōu)于細(xì)度模數(shù)小、石粉含量高的脫水效果。受到場地小和現(xiàn)有成型工藝的限制，粗、細(xì)砂分倉堆存脫水后再進(jìn)行摻和銷售的做法難以實(shí)現(xiàn)。

2.5.3 精細(xì)化開采前后砂倉脫水變化試驗(yàn)

分別在成品砂倉的1-1號(hào)、1-2號(hào)、2-1號(hào)和2-2號(hào)倉口的上、中、下3個(gè)部位取樣，取樣數(shù)據(jù)共計(jì)93組。4個(gè)倉口的堆砂高度均為18 m左右，試驗(yàn)周期約8 d，結(jié)果見表3。

表3 精細(xì)化開采前后試驗(yàn)對(duì)比

數(shù)據(jù)和脫水情況可以說明：①精細(xì)化開采后，成品砂含水率的脫水整體速度略有加快，脫水周期略有減短。在8～10 d的脫水時(shí)間內(nèi)，砂倉頂部含水率可降至7%左右，但中部和底部的含水率仍基本超過8.5%，無法滿足碾壓混凝土的高強(qiáng)度澆筑要求。②砂倉上部脫水速度比下部快，中部的脫水效果也不甚明顯。

總體上，料場精細(xì)化開采施工前、后，成品砂脫水效果有改善但收效不大。

2.5.4 試驗(yàn)成果分析

綜合以上各類試驗(yàn)，可以得出結(jié)論：石料場精細(xì)化開采之后，毛料質(zhì)量有明顯改善，毛料巖石抗壓強(qiáng)度大大提升；成品粗骨料軟弱顆粒明顯減少，其中火山角礫熔巖含量逐步減少直至為零，成品粗骨料的抗壓強(qiáng)度有所提升；成品砂在倉內(nèi)的脫水成效不太明顯，無法判斷其脫水周期是否有所改觀，但成品砂不起團(tuán)，其保水性有一定的降低。

2.5.5 精細(xì)化開采階段性小結(jié)

目前，石料場仍堅(jiān)持精細(xì)化施工，盡最大努力剔除火山角礫熔巖和凝灰?guī)r，以穩(wěn)定成品粗骨料的整體質(zhì)量。針對(duì)成品砂含水率問題，實(shí)施的干砂摻配工藝已正式投產(chǎn)運(yùn)行，干濕砂摻配銷售試驗(yàn)顯示，成品砂整體含水率有明顯改觀。

3 結(jié)語

砂石系統(tǒng)經(jīng)多項(xiàng)改造后，系統(tǒng)生產(chǎn)能力有較大提高，原系統(tǒng)按混凝土澆筑強(qiáng)度22.7萬m3/月設(shè)計(jì)，改造后最高月產(chǎn)量約30.5萬m3/月。砂石料供應(yīng)完全滿足上游碾壓混凝土圍堰、大壩、引水發(fā)電系統(tǒng)等主體工程混凝土所需砂石料的要求。砂石加工系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)場施工對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了持續(xù)的改進(jìn)，且在邊生產(chǎn)邊改進(jìn)情況下逐步完善，其實(shí)踐探索可為其他砂石系統(tǒng)的改進(jìn)提供借鑒。