嘉陵江草街航電樞紐馬鞍山人工砂石加工系統設計與施工

畢榮君，沈國毓

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 概述

馬鞍山位于嘉陵江左岸草街鎮，地表呈一橢圓形山包，長700 m，寬250～400 m，分布高程280～420 m，呈北東向展布。料場地形坡度30°～40°，地表有厚0～1 m的坡殘積堆積，植被較發育，多為灌木覆蓋。料場有簡易公路至草街航電樞紐區，距離約7.5 km，儲量滿足左岸工程需求。人工骨料加工場布置在馬鞍山下沖溝內，場內布置2套骨料破碎、篩分系統，加工能力910 t/h。

馬鞍山砂石加工系統承擔嘉陵江草街航電樞紐工程的船閘、廠房、5孔沖沙閘等部位混凝土所需骨料的生產任務，主體工程混凝土量180萬m3，需砂石凈料量418萬t，其中碎石297萬t，砂121萬t。根據混凝土高峰期月澆筑強度11.22萬m3計算，考慮澆筑損耗，不考慮成品料倉調節能力，砂石加工系統需要成品骨料生產能力為470 t/h，砂子生產能力為197 t/h。砂石加工系統采用每天2班14 h工作制。

產品質量要求為：

1） 本工程骨料的粒徑分為150～80 mm，80～40mm，40～20mm，20～5mm，10～5mm 及＜5mm，各級產量應根據混凝土澆筑需要量調節。

2）粗骨料的針片狀顆粒含量不應大于15%。

3）成品砂石骨料滿足水工質量技術要求。

2 系統布置

根據招標文件的要求，砂石加工系統布置在馬鞍山人工骨料場的西南方向，主要車間布置在高程280～310m，占地面積5.5萬m2。

砂石加工系統由粗碎車間、半成品料倉、一級篩分車間、中碎車間、二級篩分車間、三級篩分車間、細碎制砂車間、石粉回收車間、2個調節料倉及成品料倉組成，各車間之間用膠帶機進行連接。

1）粗碎車間布置在高程297.0 m平臺上，粗碎回車場布置在高程306.0 m的平臺上，粗碎布置反擊式破碎機2臺，供料通過2臺振動喂料機篩分給料，通過2條膠帶機出料。

2） 一級篩分車間布置在高程280.0 m平臺上，布置2臺3層重型振動篩，設1條膠帶機分開給料，2條膠帶機出料，對超徑或多余料直接進入中碎車間。一級篩分底部設洗泥機2臺，通過1條膠帶機出料到1號調節料倉。

3）中碎車間布置在高程280.0 m平臺上，布置2臺反擊式破碎機，由一級篩分車間直接給料，由1條膠帶機出料，并輸送到2號調節料倉。

4）二級篩分車間布置在高程280.0 m平臺，布置2臺3層圓振動篩，由1號調節料倉供料。

5） 三級篩分車間布置在高程277.0 m平臺上，布置3臺2層圓振動篩，由制砂車間給料，出成品砂。

6）制砂車間布置在高程277.0 m平臺上，布置3臺沖擊破碎機及2臺棒磨機，并在高程277.0 m平臺上設置2號調節料倉提供制砂原料。

7）半成品料倉布置在高程290.0 m平臺上，堆高15m，單點堆料，由2條廊道膠帶機出料。

8）成品料倉布置在高程275.0 m平臺，布置4個粗骨料堆場和1個砂堆場。粗骨料堆場堆高15m，平面尺寸30m×40m，采用單點堆料；砂堆場堆高18m，平面尺寸40 m×60 m，采用卸料小車堆料。骨料成品料倉由2條廊道膠帶機出料裝車，砂成品料倉由3條廊道膠帶機出料裝車。

3 加工工藝

3.1 工藝設計基本條件

料源為三迭系下統嘉陵江組石灰巖，濕抗壓強度55.5MPa。產品最大粒徑150mm。

3.2 工藝流程

為了確保草街航電樞紐工程施工進度和工程質量，砂石加工系統設計遵循工藝先進可靠，成品砂石質量符合規范要求，砂石生產能力滿足工程需要為原則。根據馬鞍山砂石加工系統的特點、料源的巖性和類似工程的經驗，本系統采用濕法生產的加工工藝。

破碎工藝采用粗碎、中碎、細碎（制砂）三段破碎工藝，粗碎、中碎為開路生產，細碎（制砂）為閉路生產；篩洗工藝采用預篩分、分級篩分和脫水篩分3種篩洗工藝，并建立了一、二、三級篩分車間；石粉回收裝置起調節砂的石粉和細度模數作用[1]。具體流程如下。

粗碎車間并排布置2臺反擊式破碎機，每臺粗碎前設有1臺振動給料篩，采石原料經振動給料篩，大于150 mm的毛料進入反擊式破碎機破碎，小于150mm的毛料則由振動給料機篩下后，再經棄料篩，使大于20mm的毛料與粗碎后毛料一同經過膠帶機運輸進入半成品料倉堆存作一級篩分料源。

一級篩分車間并排布置2臺圓振動篩分機，每臺設3層篩網，篩孔尺寸分別為150 mm×150 mm，80mm×80mm，40mm×40mm，半成品料由振動給料機均勻給料，經膠帶機輸送到一級篩分車間分級后，大于150 mm和部分40～150 mm的石料經膠帶機送往中碎車間進行第2次破碎。中碎車間共布置2臺反擊式破碎機，經過中碎處理的石料再由膠帶機輸送到2號調節料倉。滿足成品料的特大石（80～150 mm）、大石（40～80mm）的石料經膠帶機運輸進各自成品料倉堆存。小于40 mm的混和料進入槽式洗泥機沖洗后，經膠帶機運輸進1號調節料倉，作為二級篩分的料源。

二級篩分車間并排布置2臺圓振動篩分機，共設3層篩網，篩孔尺寸分別為20mm×20mm，5mm×5mm及φ3mm的篩孔。從1號調節料倉經膠帶機送至二級篩分車間分級，分級處理后部分滿足成品料的中石（20～40 mm）、小石（5～20 mm）的石料和全部砂（＜5 mm）分別由膠帶機輸送到各自成品料倉堆存。剩余部分的中石（20～40 mm）、小石（5～20mm）的石料，經膠帶機運輸進2號調節料倉，作為細碎（制砂）車間的料源。

細碎（制砂）車間并排布置3臺沖擊破碎機，破碎后的產品經膠帶機送至三級篩分車間分級處理。三級篩分車間布置3臺振動篩分機，每臺設2層篩網，篩孔尺寸分別為5 mm×5 mm及φ3 mm的篩孔。大于5 mm和部分3～5mm的產品經膠帶機運輸返回2號調節料倉，與細碎（制砂）車間形成閉路生產。經調節后的部分3～5 mm的產品經膠帶機運輸到成品砂倉堆存。經過螺旋分級機和脫水篩處理后的小于3 mm的產品經膠帶機進入砂倉儲存。所有篩分車間流失的細砂和石粉經石粉回收設備回收后，經膠帶機進入砂倉儲存。試生產階段對成品料的質量進行檢測，發現砂的產量及細度模數均不能達到設計要求，通過及時調整工藝，增加了2臺棒磨機，使砂的產量、細度模數滿足設計質量要求。

4 系統主要設備配置

使用進口設備，砂石加工系統工藝流程見圖1。

圖1 砂石加工系統工藝流程Fig.1 Technologicalprocessofartificialaggregate system

4.1 粗碎設備選擇

料源為三迭系下統嘉陵江組石灰巖，濕抗壓強度55.5 MPa，屬中等偏軟可破碎性巖石。產品最大粒徑150 mm。粗碎車間設計處理能力為700 t/h。設備選用意大利生產的PRM13和法國諾德伯格生產的NP1313反擊式破碎機各1臺。PRM13處理最大進料粒徑為1 000 mm，處理能力為550 t/h；NP1313處理最大進料粒徑為700 mm，處理能力為450 t/h。這2臺粗破設備具有破碎性能優越，產量高，粒形好，針片狀含量極少的優點，設備的負荷率為70%。

4.2 中碎設備選擇

中碎車間的處理能力為460 t/h。設備選用1臺NP1110反擊式破碎機，1臺意大利生產的BS150反擊式破碎機。該機具有破碎比大，產品粒形好，產量高等特點。該機曾在東風水電站、天生橋水電站、朝陽寺水電站等大型人工砂石生產系統中作為中、細碎設備。

根據廠商提供的資料，NP1110反擊破碎機通過能力為300 t/h；BS150反擊破碎機處理能力為320 t/h，設備的負荷率為74.2%。

4.3 細碎、制砂設備選擇

細碎制砂車間生產能力為197 t/h。設備選用1臺VI300沖擊式破碎機、1臺FMI800沖擊錘磨機、1臺PFL1500立式復合破碎機和2臺MBZ2136棒磨機聯合制砂。VI300生產能力為200 t/h，FMI800生產能力為100 t/h，PFL1500生產能力為80～110 t/h，MBZ2136生產能力45 t/h，設備的負荷率46.4%。

5 電氣系統

供電范圍：加工系統、供水系統、生活用電等。馬鞍山砂石加工系統用電設備裝機總容量共約5 000 kW，均為A.C380/220 V用電設備。

5.1 加工系統電氣控制

控制系統設計以砂石加工系統工藝流程為基礎進行。采用逆料流啟動、順料流停機的控制方式。所有用電設備的運行既可集中聯動亦可就地起停操作。

變電所內設置單獨的值班控制室，室內布置模擬屏及中控臺。中控臺上的控制開關設置有自動和手動兩種方式。當采用自動方式時，運行人員只需在中控臺上進行必要的調度方式選擇，操作程啟、程停按鈕，便可完成工藝流程的自動控制；當采用手動方式時，可分別在控制室的中控臺和各車間的就地控制箱上進行一對一的起停操作。就地控制箱上設緊急停機開關和電鈴；設備自動啟動前通過振鈴發出開機信號，手動方式下能在現地手動振鈴。

當工藝線上某一設備發生故障，包括電氣和現地機械故障，前線設備（故障點以前設備）緊急停機，后線設備按正常停機順序停機，同時發出聲光報警信號。

各設備運行狀態及事故情況主要由低壓開關柜、就地控制箱、模擬屏及中控臺上的指示儀表、信號燈、電鈴進行監視和報警。

5.2 電視監視系統

監視系統的控制系統設置在砂石料場的控制室內，其顯示器固定在操作臺上，在控制室內可控制操作遠端攝像頭，包括360°轉動、俯仰、變焦等，以觀察設備的運行情況。

6 系統施工

馬鞍山砂石加工系統自2005年11月底開工后，由于工期短、任務重，系統的幾大車間是布置在狹長山谷內的幾個臺階上，受場地限制，各破碎及篩分車間基本由棄料回填而成，這些工作平臺面積較小，各平臺開挖施工不能同步進行，只能從高到底逐級進行梯段開挖回填，導致土建工期加長；加上業主對該區域的征地一直未能徹底解決以及進場道路未能按期交付使用等客觀因素，使得系統建設困難重重。當時只有一條鄉間小路通往工地，路面狹窄，急轉彎路多，嚴重阻礙了施工所需要的設備材料進場，對一些應整體運輸的設備不得不進行拆散后再運，對一些不能拆散的大型設備，只能待進場道路修好后二次倒運進入現場；為了確保系統按期建成，對施工方案和施工進度安排進行了合理優化調整。鋼結構的制作，由于時間緊和場地制約，采取了部分現場制作加工和異地制作、現場組裝的辦法，與土建施工同步進行，為系統按期投產贏得了時間。

7 質量保證

該系統在設計過程中，聘請有豐富砂石系統設計經驗的長委設計院進行專門的設計，并請業內資深的人工砂石料專家對系統工藝流程和布置進行審查；充分利用成功經驗，選用了工藝先進，運行可靠的破碎、篩分設備；充分利用地形、地質條件對各車間進行合理布置。

在施工過程中，為了保證施工質量，成立了專門的質檢辦，配置了專職質檢人員，嚴格按工序施工。同時，制定了質量保證組織措施、技術措施、控制措施等，技術部門編寫施工工藝和技術交底，嚴格工藝紀律，嚴把工序質量關，有力地保證了工程質量。

8 系統特點

由于系統生產時間長，且生產強度極不均衡，針對這種狀況，主要生產設備按雙線配置，這樣既滿足高峰生產強度，又考慮低谷時生產運行的經濟性。

8.1 粗、細碎車間各選用2臺反擊式破碎機

其車間結構簡單、土建工程量小、建設工期短，且該設備具有破碎性能優越、生產效率高、破碎比大、產量高、粒形好、針片狀含量極少等優點，粗碎用反擊式破碎機將是砂石加工系統的發展方向。但目前都是進口，價格比較高，而且此類設備適用于二氧化硫含量少和中等硬度以下的巖石[2]。

8.2 制砂設備選用沖擊破碎機和棒磨機聯合生產

沖擊破碎機具有破碎比大、土建工程量小、建設快、產量高、生產運行費用和砂的單價低等優點，但存在砂的細度模數高、質量不穩定的缺點。正是為了彌補破碎機制砂的這些缺點，增設棒磨機，使砂的細度模數達到2.6～2.8之間，滿足規范的要求[3]。

9 結語

該砂石骨料系統生產效率高，長期運行的可靠性強，設計時砂石加工系統關鍵設備采用了經驗成熟的進口設備，滿足設計供應量要求。

[1] 呂樟順.關于人工砂石系統工藝設計的若干問題[J].水利發電，1980（3）：28-33.LYU Zhang-shun.Some problems in process design of artificial aggregate system[J].Water Power,1980(3):28-33.

[2]張祿文.騎馬嶺水電站砂石加工系統規劃設計[J].貴州水利發電，2006（5）：47-50.ZHANG Lu-wen.Planning&design of artificial aggregate system ofQimaling Hydropower Station[J].GuizhouWater Power,2006(5):47-50.

[3] 張斌，韋仕鴻，鄧紅梅.龍開口水電站籌建期砂石加工系統工藝及布置優化[J].水利與建筑工程學報，2010（5）：90-93.ZHANG Bin,WEIShi-hong,DENG Hong-mei.Optimization for technologyand layoutofaggregate processing system in preparation period of Longkaikou Hydropower Station[J].Journal ofWater Resourcesand Architectural Engineering,2010(5):90-93.