山嶺高速公路工程機制砂石生產技術研究

李善豪

中交第四公路工程局有限公司，北京 100022

1 機制砂石應用背景

（1）項目周邊砂石料資源匱乏，品質差、價格高，隨著水土資源保護政策收緊，外購砂石原材料無法保障生產，面臨地材漲價造成的材料虧損；（2）項目隧道主要為中風化熔結凝灰巖，巖質較堅硬，飽和單軸抗壓強度為45～85MPa，料源充足，進行砂石自加工利用，可實現利用棄石加工砂石，帶來的雙重效益；（3）地方政策鼓勵機制砂石應用，且機制砂石的加工工藝、技術標準已在專業領域推行。

2 機制砂石廠規模及場地規劃

2.1 工廠產能

該項目土建、路面工程路線較長，料源及結構均主要集中在兩座互通區附近。為了降低材料的運輸成本，建設兩處砂石廠，每個砂石廠的年產量為50萬t（屬于小型規模的碎石加工廠），具備連續5d日供1600～2000t（合800m3混凝土成品料）砂石料的產能，配備5000t儲量的分檔儲料倉，設置10萬m3宕渣儲量的堆料區。砂石廠建設實際效果如圖1所示。

圖1 砂石廠建設實際效果圖

2.2 廠址選擇

采用三維地圖軟件結合設計圖紙進行選址，再通過實際調研勘定。結合實際及經驗估算，每個廠站占地規劃面積應≥16667m2（堆料場約為10667m2，含加工區4000m2、儲料倉1333m2、場內便道等功能區2000m2），堆料場、生產區、儲料倉依次由高至低層疊布置。

3 機制砂石生產技術

（1）選擇母材。宕渣天然密度為2.5～2.8g/m3，飽和單軸抗壓強度為45～85MPa（主要為60～85MPa的巖石），基本為易碎性巖石，材質較好、強度較高，適合作為機制砂石母材。（2）選擇粒度和級配。該項目各類機制砂石級配劃分為0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm四檔，總用量占比約為40%∶12%∶36%∶12%。

4 機制砂石生產設備選型

4.1 生產設備配置

常用設備技術參數如下。①給料。采用振動喂料機，條形篩長度≥2m，篩條間距≥30mm。②粗碎。采用顎式破碎機，最大進料粒徑為350～1100mm，最大出料粒徑為100～300mm。③中碎。采用反擊式破碎機、圓錐式破碎機，進料粒徑為100～300mm，最大出料粒徑為50～100mm。④細碎。采用反擊式破碎機、圓錐式破碎機，進料粒徑為50～100mm，最大出料粒徑為16～50mm。⑤制砂。采用立式沖擊破碎機，進料粒徑＜40mm，出料粒徑＜5mm。⑥篩分。采用圓振動篩，2層及以上篩網，篩網直徑為5mm。⑦除塵。采用布袋式除塵器，吸收粉塵，降低材料石粉含量；采用噴淋系統，霧狀噴淋，加濕降塵。⑧運輸。采用皮帶運輸機，皮帶寬度為500～1500mm，密封運輸廊道，如表1所示。

表1 常用制砂設備技術參數表

（1）給料設備。①常用給料設備包括喂料機、皮帶式傳輸機，給料設備一般與破碎設備配套使用。按用途選擇如下：第一，粗碎宜采用板式振動喂料機、條式振動喂料機，喂料機篩口下設置傳輸帶收集廢料；第二，濕法細碎宜采用板式振動喂料機，干法細碎采用皮帶式傳輸機。②結合母材粒徑及設備負荷，粗碎采用GZD-1300×6000棒條式喂料機，效率為300t/h；采用干法工藝。

（2）破碎設備。①破碎設備按破碎粒徑分為粗碎、中碎、細碎和制砂流程設備。選型應根據母材強度、產能、級配比例、粒形等需要配置，具體選型如下：第一，粗碎宜采用顎式破碎機，其規格與產能匹配；第二，中碎、細碎一般采用圓錐式破碎機、反擊式破碎機、立式沖擊破碎機等設備進行破碎；第三，干法制砂與濕法制砂設備基本通用，可采用立式沖擊破碎機（最適合干法，效率高，粒型優，能耗高）或棒磨機（最適合濕法，沙子粒型較差，顆粒存在問題），濕法相比干法工藝只是后續增加一級脫泥、濾水設備；第四，為了提高碎石粒形質量、降低針片狀含量，易碎性礦石破碎流程宜采用反擊式破碎機、錘式破碎機、立軸沖擊式破碎機等具有整形作用的設備，不宜采用圓錐破碎機替代整形。②結合母材粒徑及設備負荷，各級破碎設備如下：第一，粗碎采用PE-870×1060、PEW-860×1100顎式破碎機，產能分別為250t/h、250t/h；第二，中碎、細碎可采用PYB1200圓錐式破碎機（200t/h）、PYB1400圓錐式破碎機（250t/h）；第三，兼具制砂采用具有整形作用的PCL1400立式沖擊破碎機（250t/h）、PF-1315反擊式破碎機（200t/h）。

（3）篩分設備。①篩分設備用于材料分檔，并剔除篩余材料。常用的篩分設備配置如下：第一，砂石聯產篩分宜選擇傾斜圓振動篩，并配置相應層數、粒徑篩除的方孔篩網；第二，干法制砂宜采用圓振動篩、空氣篩等設備，濕法制砂宜選用直線振動篩、滾筒洗砂機等設備。②結合集料分檔及工藝，為了降低廢水排放，采用1～4Y2160圓振動篩，可相應配備0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm等檔網篩。

（4）除塵設備。除塵設備一般采用布袋吸塵系統、噴淋降塵系統等。結合實際的粉塵排量及環保要求，設備選擇如下：①全封閉或分布式封閉加工區（如中碎、細碎、振動篩等設備）采用布袋吸塵系統，布袋吸塵器應具有收集較大顆粒細集料且滿足粉塵排放量在5%～15%的控制要求，吸塵機應能有效控制加工區的粉塵含量；②噴淋系統由制動開關、供水管道、噴霧器等組成。噴霧器可布置在粗碎、料倉口、吸塵器煙囪等易產生揚塵的區域上方，以達到凈化空氣和降塵的目的。

（5）輸送設備。根據場地布置、加工設備產能，選擇輸送設備。①破碎設備采用皮帶式傳輸機輸送材料，傳輸帶采用防雨防塵罩封閉遮蓋。②根據材料含水率及垂直高差，在傳輸帶口設置噴霧、串桶等裝置防離析措施。

（6）工藝流程選型。①按照工藝流程，可分為多段破碎閉路篩分工藝流程或單段破碎閉路篩分工藝流程。②按照材料配比需求選擇，可選用同時生產機制砂和碎石的砂石聯產工藝或單獨制砂工藝。③按照機制砂的石粉含量和環保要求，可選擇干法制砂工藝或濕法制砂工藝。

結合以上生產工藝類型及特點，為了滿足該項目的環保要求及材料級配需求，綜合考慮生產工藝和設備性能等因素，選用多段式干法砂石聯產工藝。

4.2 設備選型及能效

選用機制砂和碎石聯產工藝或單獨制砂工藝。根據石粉含量和環保要求，可選擇干法制砂吸塵工藝或濕法制砂水洗工藝。結合項目采用的2套加工機制砂石，四段破可兼顧后續自加工玄武巖集料所設置，在三段式圓錐破碎機加工工藝的基礎上，增加一段立式破碎機加工流程。經統計，兩種機制砂石工藝流程的效能如表2、表3所示。

表2 四段破機制砂石效能統計表

表3 三段破機制砂石效能統計表

據統計，項目四段破碎的能效比為0.226t/kW，三段破碎的能效比為0.303t/kW，兩站產能均達到1500t/d，且集料級配和產量基本滿足施工需求。其優缺點對比結果如下：第一，四級破比三段破多一級破碎設備，有利于材料解小，提高了工效，但會造成粗集料產出比減小，細集料產出比提高，因此不能隨意地增加破碎流程；第二，細集料均比其他粗集料產出率高，因此必須加強母材含泥量控制，以降低細集料出料比率，提高母材利用率；第三，圓錐破可對難、中碎性巖石進行中碎，立軸破適宜整形，而反擊破不適用，因此該四段破亦可用于玄武巖等難、中碎性巖石加工，而該三段破設備不宜。

5 機制砂石生產改進措施

該三段破的實際圓錐破負荷率達到67%，正常范圍為75%～85%，導致“石磨石”“鐵打石”不充分，存在材料加工粒度不均勻、整形效果不理想、效能不高的問題。建議三段圓錐破給料設置緩沖倉或適當選用產能較小的圓錐式破碎機。母料細集料含量高，產出細集料含量隨之提高，易發生黏網、混料等現象，建議選擇潔凈度較高的母料，且及時清理設備。

6 結束語

通過開展機制砂石技術及產能研究，對山嶺高速公路工程項目兩處砂石生產線在設備選型、工藝流程、生產效能、改進措施等方面進行對比分析，有效解決了該項目砂石原材料供應不足的難題，同時為同類型項目自產砂石提供了較全面的生產技術指導和經濟性生產經驗參考。