金沙水電站正長巖骨料破碎特性分析

韓 朝 強， 雷 濤， 江 坤 友

(中國水利水電第七工程局有限公司五分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

人工砂石加工系統的工藝設計主要取決于料源情況及成品需求級配，需滿足產量、質量要求。筆者依托四川攀枝花金沙水電站砂石加工系統的設計、運行管理情況，對正長巖作為骨料破碎料源進行了分析研究，以了解正長巖的特點，為類似工程的設計或生產運行提供借鑒。

金沙水電站砂石加工系統位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，上距觀音巖水電站壩址約29 km，下距攀枝花中心城區(攀枝花水文站)11 km。金沙水電站裝機容量為560 MW。砂石加工系統位于左岸壩址上游新莊電廠施工區附近，距壩址約0.5 km。

該砂石系統的生產能力按滿足混凝土澆筑高峰強度7萬m3/月設計，生產四級配混凝土骨料，設計小時處理能力為650 t/h，成品骨料生產能力為520 t/h，其中粗骨料生產能力為353 t/h，成品砂生產能力為167 t/h。混凝土骨料采用大壩開挖有用料加工。

金沙水電站砂石加工系統采用的加工毛料為導流明渠及廠壩爆破開挖料，巖性為正長巖。料源選用位于系統上游2.5 km的鋼廠溝有用料堆場。

2 料源情況

弱微風化巖石飽和單軸抗壓強度達82～234 MPa，平均強度為150.85 MPa，軟化系數為0.78～0.95，天然塊體密度為2.66～2.76 g/cm3，符合混凝土人工骨料的質量要求。

3 骨料破碎效果

筆者利用金沙水電站砂石系統現有的破碎設備進行了對比試驗，金沙水電站的粗碎設備為美卓C125，中碎設備為山特維克S4800和S3800，細碎設備為山特維克H4800，制砂設備為山特維克RP109和美卓B9100，細砂回收設備采用VDS-512-5L的石粉回收設備。

通過調整各破碎機破碎開口，收集了不同給料量下破碎機的破碎特性、進出料情況及產品產量、質量特性，對比了設備在中硬巖的標準曲線，以了解巖石的破碎特性。

(1)骨料通過粗碎C125顎破后的破碎效果。

C125顎式破碎機設備排料口尺寸為100～250 mm，設備處理能力為290～720 t/h；系統設計處理能力為410 t/h，設計排料口尺寸為150 mm。對料源回采料分排料口尺寸150 mm、120 mm進行了破碎試驗，C125產品檢測成果見表1。

粗碎車間設備排料口尺寸為150 mm時破碎后的特大石、大石產量高，粒形基本穩定，處理量為435 t/h，滿足設計生產要求410 t/h，實際破碎曲線略好于廠家試驗曲線。粒度特性曲線見圖1、2。

圖1 顎破機排料口尺寸為150 mm左右時的破碎曲線圖

圖2 顎破機排料口尺寸為120 mm左右時的破碎曲線圖

(2)骨料通過S4800、S3800圓錐破碎機后的破碎效果。

中碎配置1臺S3800EC和1臺S4800EC設備。S3800EC設備排料口范圍為22～54 mm，設備處理能力為115～345 t/h，S4800EC設備排料口范圍為29～54 mm，設備處理能力為235～525 t/h，主要承擔的是破碎第一篩分車間粒徑大于80 mm的石料；對S4800圓錐破碎機進行的破碎試驗為：將破碎機排料口尺寸調整為60 mm、45 mm時，分別對大石、特大石、超徑石混合料進行破碎試驗，進料最大粒徑為250 mm；并對破碎機在排料口尺寸為55 mm時破碎特大石進行了試驗，分別對破碎的進料粒徑比例、短時生產率、顆粒級配、產品針片狀含量指標進行了測定。S4800產品檢測成果見表2。

表1 顎式破碎機C125產品檢測成果表

表2 圓錐破碎機S4800產品檢測成果表

① 最大進料粒徑為250 mm時，產品的大石針片狀符合規范要求；當破碎比約為5時，其產品的針片狀指標約為11%；設備排料口粒徑為60 mm時，特大石產量占23.3%；排料口粒徑為55 mm時，特大石產量占13.56%。特大石在粗碎后已經出料，為減少骨料循環，可將設備排料口尺寸控制在45 mm，這樣實施基本上不考慮生產特大石。中碎車間的設計處理能力為455 t/h，設備負荷為80%，要求達到的處理能力為570 t/h，S4800排料口尺寸為45 mm時的處理能力為368.4 t/h，S3800排料口尺寸為55 mm時的處理能力為241.8 t/h，滿足設計要求。

② 粒度特性曲線見圖3、4。

圖3 S4800圓錐破排料口尺寸為60 mm時的破碎曲線圖

圖4 S4800圓錐破排料口尺寸為45 mm時的破碎曲線圖

(3)骨料經過細碎H4800、HP300圓錐破碎機后的破碎效果。

細碎車間采用1臺山特維克單缸液壓圓錐破H4800和1臺美卓HP300粗腔形圓錐破碎機，主要承擔的是第一篩分車間出來的、粒徑大于40 mm的大石料，出料產品粒型較好，該車間為閉路生產，對中石起到了整形作用。

對HP300和H4800圓錐破碎機進行的破碎試驗為：將破碎機排料口尺寸調整為29 mm、23 mm兩種，分別對大石料進行破碎試驗，進料最大粒徑為80 mm。試驗分別對破碎的進料粒徑比例、短時生產率、顆粒級配、產品針片狀含量指標進行測定，檢測結果見表3。

表3 圓錐破碎機H4800、HP300產品檢測成果表

① 最大進料尺寸為80 mm、破碎比約為5時，產品中的石針片狀符合規范要求，其產品的針片狀指標約為10.2%；設備排料口尺寸為29 mm時，大石產量占總量的10.3%～16.3%；排料口尺寸為23 mm時，大石產量 占 總 量 的2.3%～3.6%，大石在中碎后已經出料。為減少骨料循環，可將設備排料口尺寸控制為23 mm，基本上不生產大石。細碎車間的設計處理能力為302 t/h，設備負荷為80%，要求達到的處理能力為377 t/h，H4800排料口尺寸為23 mm時的處理能力為171.5 t/h，HP300排料口尺寸為23 mm時的處理能力為190.3 t/h，滿足設計要求。

② 粒度特性曲線見圖5、6。

(4)骨料經過超細碎制砂車間RP109、B9100后的破碎效果。

超細碎車間的處理能力為615.6 t/h，配置1臺RP109、1臺 B9100和1臺PL9500(備用)立軸沖擊式破碎機，單臺處理能力為300～350 t/h，主要承擔第二篩分車間分級的中小石混合料的破碎制砂任務，出料產品粒型較好。該車間為閉路生產，對小石起到了整形作用。檢測結果見表4。

①本次試驗通過對B9100及RP109進、出料進行檢測得知：B9100制砂機的轉子速度為65 m/s，處理量為462.8 t/h，成砂率為28%，細度模數為3.04，石粉含量為13.8%；RP109的轉子速度為55 m/s，處理量為327～362.9 t/h，成砂率為39.34%，成品砂的細度模數為2.66，石粉含量為18.2%，RP109制砂機的處理量小于B9100，但成品砂的產量、質量優于B9100。制砂車間的砂子經水洗后細度模數為3.12，石粉含量為3.97%，需要回摻石粉10%左右。

圖5 H4800圓錐破排料口尺寸為22 mm左右時的破碎曲線圖

圖6 HP300圓錐破開口尺寸為23 mm左右時的破碎曲線圖

表4 立軸沖擊式破碎機RP109、B9100產品檢測成果表

② 粒度特性曲線見圖7、8。

圖8 不同部位水洗砂級配曲線圖

(5)骨料成品砂的質量研究。

成品砂主要在第二篩分車間產出，第二篩分車間為濕法生產，第二篩分車間混合中細碎破碎后粒徑<40 mm的骨料和制砂車間粒徑<40 mm的破碎料；各設一組篩子對骨料進行篩分分級，設置尺寸為3 mm的篩網，剔除部分粒徑為2.5～5 mm的粗砂，水洗后大部分細顆粒流失，砂子的石粉含量由最初的15%～18%降為6%～8%，可以回摻部分石粉，不同工況下的砂子級配見表5。

表5 不同工況下砂子的級配表

(6)廢水生產濃度分析。

對二次篩分車間的尾水進行了取樣試驗，確定生產環節的中細碎車間骨料沖洗后尾水的固形物含量為6.6%，制砂車間骨料沖洗后尾水中的固形物含量為10.05%，生產廢水經沖洗后混合廢水的固形物含量為9.78%，細砂回收車間處理的固形物為4.22%，進入廢水處理系統的固形物含量為5.56%。

(7)石粉回收車間回收細粉的分析。

石粉回收車間配置了1臺VDS-512-5L克萊博斯細砂回收設備，設備配置5組旋流器，可處理的水量為550 m3/h，可回收粒徑>0.05 mm以上的固體物質85%以上。為保證渣漿泵的安全運行，杜絕粒徑>3 mm的顆粒物進入漿液池，所處理的固體物質量為50 t/h。將二次篩分尾水引流至石粉回收漿液池，通過渣漿泵將高濃度的漿液抽至旋流器，旋流器將石粉與水分離，通過脫水篩后經B40膠帶機進入B41膠帶機，與二次篩分車間的粗砂均勻混合，形成成品砂。通過分別開啟不同組數的旋流器控制石粉的回收量，調整碾壓砂及常態砂石粉含量。

進入石粉回收池的漿液濃度為9.78%(即97 800 mg/L)，開啟5臺旋流器可處理550 m3/h的廢水，所處理的固體量為31.2 t/h，該部分石粉若全部摻入砂子，成品砂的石粉含量可達19.1%；為保證廢水處理的第一道工序效果，5臺旋流器需全部開啟，將砂子的石粉含量控制在15%以下，需要棄除部分石粉。

4 運行工況下破碎效果的分析

(1)粗碎C125設備排料口e=150 mm時，設備出料的最大粒徑為260 mm，依據成品料的最大粒徑和中碎設備的處理能力，在不生產特大石成品料的情況下可適當調小排料口尺寸至135 mm，可減少出料中粒徑>150 mm的骨料。

(2)中碎設備S4800和S3800排料口e= 42～45 mm，進料粒徑為80～250 mm的骨料，此時破碎比為5，使其出料的95%保證在粒徑80 mm以下。

(3)細碎設備為HP300多缸圓錐破碎和單缸的H4800，進料尺寸為40～80 mm的骨料，設備排料口尺寸控制在23～25mm左右，此時破碎比為3.5，使其出料粒徑保證在40 mm以下。

(4)篩分工藝：中細碎后成品料可出中石和部分小石，部分小石需制砂機整形。制砂機的破碎料到第二篩分車間進行篩分有利于小石的出料；采用水洗工藝后，制砂機的成品砂細料流失較多，應盡最大可能摻入石粉回收車間的石粉，使成品砂的石粉含量維持在16%～18%的上線范圍，減少石粉的棄除。

(5)制砂工藝：不使用棒磨機生產，利用立軸沖擊式制砂機生產，篩分環節篦除部分粒徑為2.5～5 mm的粗砂顆粒以調節砂子的細度模數；以1臺RP109制砂機和1臺B9100制砂機為主進行生產，產量和質量滿足規范要求。

6 結 語

由破碎試驗得知：正長巖的平均強度為140 MPa，略高于普通花崗巖，破碎曲線與花崗巖接近，處理能力基本接近花崗巖及廠家標準破碎量的中值。因進料的級配問題，破碎效果略有差異。與廠家的硬巖破碎曲線相對比，巖石破碎效果及制砂率表現為粗碎及中碎環節略好，細碎及制砂環節略低。