天然砂礫料加工工藝設計研究

劉淑芳，趙世隆，楊堉果

(1.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，貴陽 550081;2.四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院，成都 610017)

1 前言

近年來，在水電建設中，天然砂礫料因其開采方便，開采加工成本低，被越來越多的用于工程中。地質專業在料源勘查時，也是首先在工程區域內查找天然砂礫料場，在其儲量、質量不合要求，或者距離工程區較遠而沒有開采優勢時才會選擇人工料場。例如:枕頭壩一級水電站，料源組成為工程壩肩開挖玄武巖+壩基河床天然砂礫巖+卡子崗天然砂礫料場;石門水電站料源為壩址上游的C2天然砂礫料場;向丁、陽平水電站等等，這些工程均以天然砂礫料作為骨料來源。因此，對天然砂礫料的加工工藝設計，值得研究。

2 工藝研究

對砂石加工系統工藝進行設計時，首先必須擁有天然砂礫料的顆粒級配分析試驗成果及工程所需混凝土的數量、級配及配合比試驗成果，根據上述資料，計算出砂石料綜合級配，與天然砂礫料的級配情況進行對比后，進行工藝流程計算及設備選型，選擇系統加工工藝。下面以石門電站為例來闡述針對天然砂礫料進行系統設計的方案選擇。

2.1 電站概況

石門水電站是呼圖壁河中游河段規劃的第三個梯級電站。樞紐建筑物由瀝青心墻堆石壩、泄洪洞、溢洪洞、左岸引水系統和地面廠房組成。大壩總填筑量282萬m3(其中過渡料32萬m3)，混凝土總量26萬m3。扣除有用料回采利用后，料場設計規劃開采量為460萬m3。料源為位于壩址上游左岸的C2天然砂礫料場，可采儲量達517萬m3，滿足工程需求。經試驗:作為筑壩材料，C2砂礫石料場各項指標均能滿足壩體填筑砂礫的質量技術要求;作為混凝土骨料場，除細骨料含泥量超標外，其它指標均能滿足質量指標要求。

砂石加工系統主要承擔大壩過渡料及主體工程混凝土所需骨料的生產。根據工程混凝土高峰時段月平均澆筑強度和大壩過渡料高峰時段月平均填筑強度來計算規模[1]，系統設計處理規模為280 t/h。

2.2 工藝選擇

石門水電站料源儲量充沛，填筑料需求量較大，混凝土量較少，砂石加工系統規模不大，天然砂礫料大石含量較多，中、小石含量明顯不足，砂子含量略欠。考慮多篩分天然砂礫料增加系統規模或破碎大石生產中小石等方案來設計砂石加工系統。初選三大方案:①全篩分工藝;②兩次篩分+一段破碎工藝;③兩次篩分+兩段破碎工藝。

2.2.1 全篩分工藝

全篩分工藝，顧名思義是指生產過程中全部采用篩分設備來進行砂石料生產的工藝，重點是將天然砂礫料的顆粒級配與工程的綜合配比進行對比，選取差異額大的粒徑做為系統設計的控制粒徑，以此確定篩分處理能力。全篩分工藝級配平衡計算表見表1。

表1 全篩分工藝級配平衡計算表

續表1

采用全篩分的加工工藝，系統處理規模增至720 t/h才能滿足工程需求，棄料產生規模達396 t/h。但由于C2料場可采儲量豐富，大壩為堆石壩，可吸納生產過程中產生的棄料，不會帶來棄渣及環保問題。因此，該工藝技術上可行，經濟性欠佳。

針對天然砂礫料進行砂石加工系統設計時，若主體工程不能消耗系統加工棄料，在系統增加規模較大、棄料較多的情況下，不建議采用全篩分加工工藝。若使用，需與其他加工工藝進行綜合經濟性比較，同時需解決好棄渣及環保問題。

2.2.2 兩次篩分+一段破碎工藝

兩次篩分+一段破碎工藝:系統設150 mm格篩去除＞150 mm超徑石，其他物料通過兩次篩分與一段破碎，來達到破碎多余大石生產中小石及砂子的目的。

增加一段破碎工藝，在開路生產的情況下，小石含量略欠，適當增加處理規模至330 t/h即可滿足工程需求，棄料產生規模為45 t/h，與全篩分工藝相比，大大降低了規模及棄料量，具有很大優勢。

表2平衡驗算是石門電站個案，針對其他工程，不排除采用該工藝不需增加規模即可實現系統平衡。工程設計中，根據級配平衡驗算成果調整中碎與篩分設備之間的開路或閉路工藝，以求得到更加經濟、環保的加工方案。

表2 兩次篩分+一段破碎工藝級配平衡計算表

2.2.3 兩段破碎+兩次篩分工藝

“兩段破碎+兩次篩分”的加工工藝多用于人工料場。天然砂石料處理超徑石時，一般只用一段破碎，在天然砂礫料級配狀況不好、料場儲量有限的狀況下，如利用多余特大石、大石調整級配，常需設二或三段破碎[3]。

石門水電站C2天然砂礫料場＞150 mm的超徑石含量不多，＞350 mm的石料幾乎沒有，無設置粗碎車間的必要。考慮到系統設計處理規模不大，天然砂礫料中砂子含量基本可滿足需求，因此無選擇兩段破碎+兩次篩分的必要。工程建設中，若天然砂礫料中＞350 mm的石料比例較多時，建議增加粗碎，采用兩段破碎+兩次篩分工藝。

2.3 工藝比較

綜上，針對石門電站，兩段破碎+兩次篩分工藝，不宜采用;全篩分工藝需增加處理規模達720 t/h才能滿足工程需求，增加規模及設備均較多;兩次篩分+一段破碎工藝與全篩分工藝比，僅增加了一段中碎，便可大大降低系統規模，減少棄料量和篩分設備。因此，推薦采用兩次篩分+一段破碎的加工工藝。

3 結語

綜上所述:

1)在主體工程為堆石壩，工程可大量消耗系統加工過程中產生棄料的情況下，系統工藝選擇遵循如下原則:①在料場儲量豐富、采用全篩分工藝規模增加不大的前提下，優先采用全篩分加工工藝;②在料場儲量豐富、采用全篩分工藝系統規模增加較大情況下，＞350 mm的石料含量較多時，采用兩段破碎+兩次篩分工藝，＞350 mm的石料含量較少時，采用兩次篩分+一段破碎工藝;③在料場儲量有限情況下，以不產生棄料或少產生棄料為原則，通過系統級配平衡驗算，選擇可實現自身級配平衡的方案。

2)若主體工程不具有消耗系統加工過程中產生棄料的能力，系統工藝選擇遵循如下原則:①在料場儲量豐富、渣場容量富裕的情況下，采用全篩分工藝或兩次篩分+一段破碎工藝技術上均可行，推舉單價低、環保好的方案;②在料場儲量有限狀況下，可采用兩次篩分+兩段破碎或兩次篩分+一段破碎工藝，以不產生或少產生棄料、不增加或少增加系統規模為原則，進行綜合比較，推薦經濟性指標較好的方案。

總之，針對天然砂礫料，砂石加工系統的加工工藝具有多樣性、復雜性的特點，設計過程中，需根據各工程的用料特點及天然砂礫料的顆粒狀況進行統籌分析、綜合比較，選擇經濟環保、合理可行的加工方案。

[1]DL/T 5397—2007水電工程施工組織設計規范[S].北京:中國電力出版社，2007.

[2]中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院.呼圖壁河石門水電站可行性研究施工組織設計報告[R].貴州:中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院，2001.

[3]水利水電工程施工組織設計手冊4輔助企業[M].北京:中國水利水電出版社，2008.