淺談金安橋水電站左岸砂石加工系統增容改造

董家清

（長江三峽經濟技術發展有限公司，北京 100140）

1 砂石加工系統概況

金安橋水電站左岸砂石加工系統主要承擔碾壓混凝土大壩、引水發電系統等主體工程混凝土所需砂石料，共需制備碎石730萬t，混凝土用砂450萬t。工程于2005年5月28日開工， 2006年9月30日開始提供砂石料。

左岸人工砂石加工系統按照招投標設計文件及要求建成之后，在試生產期間發現，整個系統制砂量達不到設計要求，同時石粉含量與砂脫水也存在較大矛盾。基于以上問題，監理和施工承包商先后請有關專家咨詢，一致認為，玄武巖具有保水性好、易碎難磨、產砂率低等特點。同樣使用巴馬克（Barmac9100）制砂，金安橋玄武巖產砂率僅為18%左右，而在三峽工程花崗巖制砂率可達36%以上。因此，對金安橋左岸制砂系統進行了大規模的增容改造。

該系統的主要設備如下：粗碎車間2臺美國美卓 （Metso）MK-II42-65旋回破碎機，小時產量3 000 t；中碎車間2臺美卓HP500-ST-C圓錐破碎機，小時產量840 t；細碎車間3臺美卓HP500－ST－f圓錐破碎機，小時產量746 t；超細碎車間4臺美卓巴馬克 （Barmac）9100立軸沖擊破碎機，小時產量1487t；第一篩分車間2臺3YKR2460圓振動篩和2臺2YKR2460圓振動篩，小時產量2 000 t；第二篩分車間原配備1臺3×3YKR2460圓振動篩，增容改造時增加1臺3×3YKR2460圓振動篩，小時產量1 586 t；第三篩分車間原配備10臺3YKR2460圓振動篩，增容改造時增加2臺ZKR1652振動篩，小時產量2 300 t；第四篩分車間1臺2YKR2460圓振動篩，小時產量672 t；棒磨機車間原配備5臺MBZ2136棒磨機，增容改造時增加了2臺，小時產量204 t；石粉回收車間原配備3臺ZX－250高頻旋流石粉回收機，增容改造時增加了1臺，小時產量112 t；污水處理車間配備4臺套廂式壓濾機（XMK500/1500U）；滑道取水設備1臺套，小時取水能力 1 500 t。

2 試生產中發現的問題

2.1 單線試生產時的推算結果有誤

2006年8月，由于設備供應商未能按合同供貨時間供應設備。2臺粗碎設備只到了1臺，4臺巴馬克 （制砂設備）只到了2臺，加上安裝好的中細碎設備，正好構成 “單線”生產。于是承包商啟動“單線”進行72 h工藝性生產試驗。根據其檢測結果進行推算，粗骨料的生產質量與產量與設計基本相符。對第三篩分車間 （10組篩）單臺篩的進料量進行檢測，其進料量和進料級配好于設計，尤其是＜5 mm的石屑達到35.7%。監理在審查這個試驗成果時曾經懷疑結果有誤。于是承包商在2006年9月又做了一次專門生產砂的試驗。由三篩、棒磨機、巴馬克和石粉回收組合生產人工砂，其產量為600.5 t/h，如加上一篩和二篩產砂量，系統產砂量基本滿足設計要求 （646 t/h）。 但是砂的細度模數 （＞3） 和石粉含量 （＜10%）都不能滿足要求，尤其是碾壓混凝土施工要求。

2.2 砂的細度模數與產量矛盾

巴馬克制砂后，經過三篩篩洗，砂的細度模數在3.5以上，石粉含量在8%以下。系統設計時想通過棒磨機制砂調節砂的細度模數，但經過系統生產平衡計算，按已經安裝的5臺棒磨機的產砂量，降低細度模數后系統砂的總產量達不到設計要求。同時計算出，通過黑旋風回收細砂及石粉，其調節能力也難以達到設計產量和質量標準。

2.3 砂的石粉含量與產量矛盾

玄武巖具有 “易碎難磨”的特點，制砂后的石粉含量較低，在系統設計時就考慮通過黑旋風回收石粉來解決。在試生產中，當把石粉含量增加到18%以上時，不僅砂的產量大大降低，而且由于玄武巖保水性能好，砂脫水相當困難。經過多次試驗，石粉含量在18%以上時，10 d很難將砂的含水率脫至8%以下。

在這種情況下，業主、監理和承包商共同研究確定對砂生產系統進行增容改造，同時決定將成品砂的石粉含量確定在10%～14%范圍內，并要求石粉含量穩定。增容改造施工在不影響正常砂石料生產供應的前提下，于2007年1月啟動，同年5月完成。

3 增容改造成果

3.1 生產能力滿足工程需要

金安橋水電站工程混凝土設計施工最高月強度所需砂石料為58萬t，實際最高月強度出現在2008年1月，為67.52萬t。而且連續4個月月供料強度超過58萬t，左砂系統增容改造后實際生產能力滿足工程建設需要。

3.2 破碎設備選型正確

金安橋水電站左砂系統全部選用美卓 （Metso）公司生產的破碎設備。該公司生產的破碎設備具有噪音低、磨耗小、產量高等優點。單臺破碎設備生產能力都在400 t/h左右。2號粗碎設備第一次更換襯套時，已生產骨料360萬t；1號中碎設備更換襯套時已生產200萬t，這在其他同類人工砂石料生產系統中是少見的。

3.3 可根據需要生產各級別的骨料

由于玄武巖具有 “硬度高 （80～180 MPa）、 易碎、難磨”的特點，在混凝土實際施工中所需要的大石和小石的比例發生了變化，在系統加工生產時的砂石料均衡產量與設計時各級別的砂石料的均衡產量存在一定的出入。經過多次改進，左砂系統可以根據需要生產各個級別的砂石料。細碎和超細碎及三篩聯動時，可閉路循環生產砂、中石和小石；第一、第二、第四篩分系統和中細碎設備聯動時，可以根據需要增加或減少大石的入倉量，甚至可以做到大石的零入倉。

3.4 解決了玄武巖砂的石粉含量問題

玄武巖的基本特點就是 “易碎難磨”。金安橋工程玄武巖含鐵量高，大大增加了磨細難度。2006年3月7日，監理部組織的金安橋水電站玄武巖軋制骨料試驗成果專家咨詢會上，專家提出了 “試驗結果表明玄武巖成砂產粉率低”，要 “最大限度地回收石粉”的建議。按照專家的建議，采取了一下增加石粉的措施：①在砂石系統三篩的集水槽內增加1臺渣漿泵并配置1臺脫水篩，將三篩篩分流失的0.08 mm左右的顆粒部分回收；②利用4臺黑旋風專門回收0.08 mm以下的石粉；③對進入砂倉的干砂采取了防雨措施，以減少石粉流失；④為了減小成品砂的脫水難度，生產砂時，將成品砂的石粉含量控制在10%～14%。在混凝土拌和時，再添加4%～5%的石粉。

3.5 解決了玄武巖砂脫水難的問題

2007年7月16日，即進入雨季不久，承擔混凝土施工的水電四局項目部反映砂的含水率高，無法生產碾壓混凝土。監理部當即在現場取樣做試驗，取樣3組，檢測結果砂的含水率平均為8%。至此以后，由于雨季及高溫季節來臨，成品砂的含水率一直在8%左右，合格 （≤6%）率僅為20%，并且很不穩定，給碾壓混凝土生產及溫控造成較大影響。為解決這一問題，對構成成品砂的粗砂和石粉及成品砂進行了多次檢篩分析，并對多種脫水措施進行了實施和試驗。經過這些試驗，弄清了玄武巖砂脫水難的基本原因為：①金安橋工程玄武巖含鐵量高，用磁鐵可將石片吸住。在“石打石”的制砂研磨過程中，理順了砂分子極性，成品砂很容易成團，增強了砂的保水性能。②由于玄武巖料場裂隙多，巖石含泥量大，在生產過程中很難將砂中的泥沖洗干凈，增加了脫水難度?；谝陨显颍酆吭?5%以上時，10 d內很難將玄武巖成品砂的含水率降到6%以下。在業主、監理和施工單位共同努力下，采取了毛料開采精細化；每倉砂售空后清洗盲溝及濾料；干濕砂分倉分儲，在銷售時按15%～20%比例摻干砂等一系列措施后，解決了玄武巖砂脫水及含水量穩定性問題。

3.6 解決了中石 （20～40 mm）、 小石 （5～20 mm）入倉含泥量大的問題

由于受到自然資源的限制，金安橋水電站玄武巖毛料深埋坡積體下平均30多m，碎裂帶、斷層和夾層密布，因此，毛料的含泥量相當大。在試生產時， 發現大石 （40～80 mm） 和特大石 （80～120 mm）入成品倉的量相對少，沖洗得比較干凈。而中石和小石入倉量相對較大，經過三篩的一次沖洗，難以沖洗干凈，含泥量偏大。在改造施工時，在中石和小石入倉前增加了沖洗篩進行二次沖洗，保證了中石、小石的成品質量。

4 結論及建議

金安橋水電站人工砂石加工系統改造施工完成后，制砂系統產量滿足設計要求。為了解決石粉含量與砂脫水的矛盾，業主決定將砂的石粉含量控制在10%～14%，考慮到運輸過程中石粉的損失，監理在實際生產中石粉含量按照11%～15%控制。在長達近半年時間的混凝土施工強度超過原設計的最高強度的情況下，保證了砂石料的供應，創造了玄武巖砂石料全年時段澆筑碾壓混凝土的成功先例。

總結經驗，筆者提出幾個問題供今后砂石加工系統設計時參考：①粗碎生產系統的豎井僅為2 500 mm，井徑偏小；②半成品料倉倉容偏小，不利于生產調節和經濟運行；③成品料倉倉容偏小，不利于砂石骨料脫水；④超細碎（Barmak9100）的制砂出料，采用大型脫水篩脫水，石粉流失和砂的細度模數損失較大。