老撾南歐江三級(jí)水電站砂石加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

龍 波

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

南歐江三級(jí)水電站位于老撾瑯勃拉邦省境內(nèi)，工程需要的混凝土總量約為63萬(wàn)m3，其中常態(tài)混凝土為55.5萬(wàn)m3，噴混凝土為1.4萬(wàn)m3，膠凝砂礫石為6.1萬(wàn)m3。砂石系統(tǒng)主要生產(chǎn)常態(tài)混凝土和噴混凝土所需的骨料。根據(jù)實(shí)施階段的施工總進(jìn)度計(jì)劃安排，南歐江三級(jí)水電站施工高峰期混凝土澆筑強(qiáng)度為3.4萬(wàn)m3/月。

該工程砂石加工系統(tǒng)布置在壩址下游左岸石料場(chǎng)附近。由于招標(biāo)階段業(yè)主指定的砂石系統(tǒng)場(chǎng)地地形陡峭且場(chǎng)地中間有3條切割較深的沖溝，施工道路及場(chǎng)地難以滿足砂石系統(tǒng)的布置需求。為此，在實(shí)施階段，項(xiàng)目部將砂石加工系統(tǒng)的布置場(chǎng)地根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑒于砂石加工系統(tǒng)在工程項(xiàng)目中屬于臨建項(xiàng)目，但因每個(gè)工程生產(chǎn)砂石骨料的石料場(chǎng)地質(zhì)情況和巖性各不相同，而且各工程部位混凝土對(duì)骨料的質(zhì)量要求也有一定的差異，因此，每個(gè)砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型均需要結(jié)合工程的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足合同文件的各項(xiàng)技術(shù)要求。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模、生產(chǎn)能力需滿足該項(xiàng)目施工總進(jìn)度中混凝土澆筑高峰強(qiáng)度的要求；同時(shí)，考慮到混凝土澆筑強(qiáng)度的不均衡性，在系統(tǒng)布置時(shí)，需增加砂石系統(tǒng)成品料倉(cāng)堆料的場(chǎng)地，在混凝土澆筑強(qiáng)度不高的時(shí)段，將所生產(chǎn)的骨料作為儲(chǔ)備料，用以調(diào)節(jié)混凝土澆筑高峰時(shí)段的骨料用量。

在地域性方面，由于老撾南勃拉邦省粉煤灰購(gòu)買困難，需從國(guó)內(nèi)貨運(yùn)，從而相應(yīng)增加了工程成本。項(xiàng)目部結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)砂石骨料生產(chǎn)的實(shí)際情況，增加了一道石粉生產(chǎn)工藝，從而緩解了工程區(qū)粉煤灰供應(yīng)難的問(wèn)題。

眾所周知，砂石加工系統(tǒng)的設(shè)備工作環(huán)境一般較惡劣，且工作量大，極易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，砂石加工系統(tǒng)將會(huì)全線癱瘓，從而影響砂石骨料的正常生產(chǎn)。因此，系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量尤為重要。故在系統(tǒng)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到合同指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能地使系統(tǒng)的設(shè)備成本、建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的總和達(dá)到利益最大化。為提高砂石系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，砂石系統(tǒng)用于加工的關(guān)鍵設(shè)備必須采用技術(shù)領(lǐng)先、質(zhì)量可靠、單機(jī)生產(chǎn)能力大、使用經(jīng)驗(yàn)成熟的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備[1]。項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)各種方案對(duì)比，最終選用了芬蘭美卓公司生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè)備產(chǎn)量較高，后期維修費(fèi)用較低。

3 設(shè)備選型

3.1 生產(chǎn)規(guī)模

根據(jù)合同要求，砂石系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模原則上要求：處理能力不低于400 t/h，成品生產(chǎn)能力不低于350 t/h。同時(shí)，砂石料成品的生產(chǎn)能力必須滿足本合同的工程用料需要。投標(biāo)階段混凝土澆筑高峰強(qiáng)度為4萬(wàn)m3/月，而實(shí)施階段的混凝土澆筑高峰強(qiáng)度為3.4萬(wàn)m3/月，故砂石系統(tǒng)的成品生產(chǎn)能力應(yīng)按照實(shí)施階段施工總進(jìn)度中的混凝土月澆筑高峰強(qiáng)度3.4萬(wàn)m3設(shè)計(jì)，以滿足合同中的工程用料需要。

根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃安排，混凝土月澆筑高峰強(qiáng)度為3.4萬(wàn)m3。根據(jù)水利水電施工手冊(cè)[2]，成品骨料生產(chǎn)量的計(jì)算如下：

Qd=QmcA[(1-γ)/1+γ/2]=34 000×2.12×[(1-0.3)÷0.85+0.3÷0.7)]=90 251(t)

成品料小時(shí)生產(chǎn)強(qiáng)度Q1=90 251÷25÷14=258(t/h)

經(jīng)計(jì)算得知，該項(xiàng)目各級(jí)成品料月高峰強(qiáng)度需用量見(jiàn)表1。

表1 各級(jí)成品料月高峰強(qiáng)度需用量表

3.2 各車間的生產(chǎn)能力及設(shè)備選型

(1)粗碎車間。經(jīng)計(jì)算得知：砂石加工系統(tǒng)的生產(chǎn)能力為258 t/h。考慮到系統(tǒng)生產(chǎn)的不均衡性，取不均勻系數(shù)為1.1，則粗碎車間的處理能力Q=258×1.1=284(t/h)，配置C100顎式破碎機(jī)1臺(tái)。當(dāng)該設(shè)備的緊邊排料口尺寸最小設(shè)置為12.5 mm時(shí)，其處理能力為260～300 t/h，功率為110 kW。設(shè)備滿足生產(chǎn)能力要求。

(2)預(yù)篩分車間。粗碎車間的最大處理能力為284 t/h，預(yù)篩分車間的負(fù)荷系數(shù)取0.8，則預(yù)篩分車間的配置產(chǎn)量Q=284/0.8=355(t/h)。配置1臺(tái)2YA2160、具有兩層篩的偏心塊式圓振動(dòng)篩，篩孔尺寸為5～100 mm，最大給料粒徑為400 mm，生產(chǎn)能力為100～500 t/h，功率為22 kW。半成品料倉(cāng)配置了2臺(tái)GZD120×200型振動(dòng)給料機(jī)，最大給料粒徑為500 mm，轉(zhuǎn)速為740 r/min，處理能力為80～500 t/h，功率為2×2.2 kW，外形尺寸為2 000 mm×1 200 mm×855 mm，設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(3)中碎車間。根據(jù)粗碎車間所選的C系列顎式破碎機(jī)的產(chǎn)品粒度曲線，粒徑大于80 mm的產(chǎn)品占45%。粗碎車間的最大處理能力約為355 t/h，則中碎車間的實(shí)際處理能力為160 t/h，由于中碎破碎機(jī)的負(fù)荷系數(shù)為0.8，則中碎車間的設(shè)備配置產(chǎn)量為200 t/h。配置1臺(tái)GP100S圓錐破碎機(jī)，最大給料粒度為250 mm，排料粒度<40 mm的產(chǎn)品占42%，生產(chǎn)能力為145～230 t/h，功率為90 kW。在中碎平臺(tái)還配置有調(diào)節(jié)料斗和1臺(tái)GZD120×200型振動(dòng)給料機(jī)，最大給料粒度為500 mm，轉(zhuǎn)速為740 r/min，最大處理能力為500 t/h，功率為2×2.2 kW。設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(4)細(xì)碎車間。鑒于中碎車間中粒徑為40～80 mm的產(chǎn)品占58%，則中碎車間的實(shí)際處理能力約為160 t/h，細(xì)碎車間的實(shí)際處理能力Q=93 t/h。將細(xì)碎破碎機(jī)的負(fù)荷系數(shù)取0.8，則細(xì)碎車間的設(shè)備配置產(chǎn)量Q=93/0.8=116(t/h)。配置1臺(tái)GP100-MF圓錐破碎機(jī)，最大給料粒度為100 mm，排料粒度<20 mm的產(chǎn)品占89%，生產(chǎn)能力為80～120 t/h，功率為90 kW。在細(xì)碎平臺(tái)還配置有調(diào)節(jié)料斗和1臺(tái)GZD120×200型振動(dòng)給料機(jī)，設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(5)二篩車間。根據(jù)上述計(jì)算出的處理能力，配置1臺(tái)3YA2160、具有三層篩的偏心塊式圓振動(dòng)篩，篩孔尺寸為5～100 mm，最大給料粒度為400 mm，生產(chǎn)能力為100～500 t/h，功率為30 kW；1臺(tái)LSX-1120洗砂機(jī)，最大進(jìn)料粒度小于10 mm，處理能力為175 t/h，功率為18.5 kW，設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(6)制砂車間。根據(jù)流程設(shè)計(jì)，將二篩車間粒徑為15～40 mm的砂作為主料源，針對(duì)中、細(xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行級(jí)配調(diào)節(jié)，中、細(xì)碎車間的最大生產(chǎn)能力為253 t/h，制砂設(shè)備的負(fù)荷率取0.95，則制砂車間的設(shè)備配置產(chǎn)量Q=256/0.95=266(t/h)。配置1臺(tái)B7150立軸式?jīng)_擊破，最大進(jìn)料粒度為40 mm，處理能力為245～280 t/h，功率為220 kW。根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)，砂石系統(tǒng)的實(shí)際制砂產(chǎn)量與理論處理能力具有較大的差距，因此，在保證砂產(chǎn)量的情況下，系統(tǒng)生產(chǎn)出的砂為中粗砂。為此，最終采取摻和經(jīng)篩分的天然河沙的方式以保證砂的細(xì)度模數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

(7)三篩車間。三篩車間即為該系統(tǒng)的主篩分樓，也是該系統(tǒng)的制砂篩分車間。其主要料源為制砂車間生產(chǎn)出的所有物料，根據(jù)廠家提供的相關(guān)參數(shù)，選用了項(xiàng)目現(xiàn)有的1臺(tái)具有三層篩的偏心塊式圓振動(dòng)篩3YA2460，該設(shè)備的篩孔尺寸為5～100 mm，最大給料粒度為400 mm，生產(chǎn)能力為100～500 t/h，功率為37 kW；1臺(tái)LSX-1120洗砂機(jī)，最大進(jìn)料粒度小于10 mm，處理能力為175 t/h，功率為18.5 kW。設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(8)皮帶輸送機(jī)。該砂石加工系統(tǒng)的皮帶輸送機(jī)選用帶寬B=800 mm和B=650 mm兩種規(guī)格。

(9)其他車間的設(shè)備選型。根據(jù)流程設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)在沉淀池設(shè)置了一套細(xì)砂回收裝置，用于將沉淀池內(nèi)的細(xì)砂進(jìn)行回收利用，同時(shí)有利于環(huán)保。根據(jù)廠家提供的相關(guān)參數(shù)，選用了1套QC-2.0型設(shè)備，其最大處理能力可以達(dá)到10 t/h，砂水濃度最大可以達(dá)到20～80 kg/m3，泥砂粒徑小于5 mm。

4 生產(chǎn)工藝

該系統(tǒng)采用的生產(chǎn)工藝應(yīng)成熟、適用、可靠，并能保證所生產(chǎn)的各級(jí)成品料滿足工程進(jìn)度及質(zhì)量要求。該砂石系統(tǒng)全程采用干法生產(chǎn)工藝[3]。

根據(jù)施工需要和工藝流程設(shè)計(jì)，該砂石加工系統(tǒng)分為粗碎車間、半成品廊道、預(yù)篩分車間、中、細(xì)碎車間、二篩分車間、制砂調(diào)節(jié)廊道、制砂車間和三篩車間。

具體流程為：

對(duì)由采石場(chǎng)開(kāi)挖的毛料采用20 t自卸汽車運(yùn)輸至粗碎車間的毛料受料倉(cāng)，喂料到ZSW-490×130棒條給料機(jī)，將開(kāi)采石料中粒徑小于150 mm的石料篩下后直接進(jìn)入受料皮帶機(jī)，將粒徑大于150 mm的石料喂入C100STD型顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，破碎后的骨料由皮帶機(jī)輸送至半成品料堆。半成品料堆的設(shè)計(jì)存料為2 000 m3。

在半成品料堆設(shè)置2臺(tái)GZD-200×120給料機(jī)，將半成品骨料由皮帶機(jī)輸送至預(yù)篩分車間。預(yù)篩分車間配置一臺(tái)2YA2160偏心塊式圓振動(dòng)篩，該設(shè)備將粒徑大于80 mm的骨料由皮帶機(jī)輸送至中碎調(diào)節(jié)料斗；將粒徑為80～40 mm的骨料由皮帶機(jī)輸送一部分至大石成品骨料倉(cāng)，一部分送至細(xì)碎調(diào)節(jié)料斗進(jìn)行生產(chǎn)；將粒徑為0～40 mm的骨料由皮帶機(jī)輸送至二篩車間。

在中碎車間配置1臺(tái)GP100S圓錐式破碎機(jī)，負(fù)責(zé)處理預(yù)篩分車間產(chǎn)出的、粒徑大于80 mm的半成品料，設(shè)置一個(gè)8 m3的調(diào)節(jié)料斗，將骨料送至中碎破碎機(jī)，破碎后的骨料由皮帶機(jī)輸送至二篩分車間。細(xì)碎車間配置1臺(tái)GP100MF圓錐式破碎機(jī)，負(fù)責(zé)處理預(yù)篩分車間產(chǎn)出的粒徑為40～80 mm的半成品料，設(shè)置一個(gè)8 m3的調(diào)節(jié)料斗，將骨料送至細(xì)碎破碎機(jī)。破碎后的骨料由皮帶機(jī)輸送至二篩車間。

在二篩車間布置了一臺(tái)3YA2160三層偏心塊式圓振動(dòng)篩，一臺(tái)LSX-1120洗砂機(jī)，將預(yù)篩分粒徑為0～40 mm及中、細(xì)碎送來(lái)的料進(jìn)行篩分，粒徑為0～5 mm的料經(jīng)LSX-1120洗砂機(jī)后直接送至三篩成品砂主皮帶上；將粒徑為5～15 mm料的一部分送至成品料場(chǎng)，一部分返回至制砂調(diào)節(jié)料堆；將粒徑為15～40 mm的料送至制砂調(diào)節(jié)料堆，將粒徑大于40 mm的料返回細(xì)碎車間進(jìn)行再生產(chǎn)。

在制砂調(diào)節(jié)料倉(cāng)設(shè)置了二臺(tái)GZD200×120給料機(jī)，將料源由皮帶機(jī)輸送至制砂車間。在制砂車間配置了一臺(tái)B7150立軸式破碎機(jī)，破碎后的骨料由膠帶機(jī)送至主篩分車間。

在主篩分車間配置了一臺(tái)3YKR2460型偏心塊式圓振動(dòng)篩，將粒徑為0～3 mm的料送進(jìn)LSX-1120洗砂機(jī)，清洗后由皮帶機(jī)輸送至砂成品料倉(cāng)，可以將粒徑為3～5 mm的料直接進(jìn)成品料場(chǎng)。為滿足粒徑要求，亦可將粒徑3～5 mm的料返回至調(diào)節(jié)料堆進(jìn)行再生產(chǎn)， 5～20 mm粒徑的骨料由皮帶機(jī)輸送至成品骨料場(chǎng)。在成品料充足的情況下，也可將粒徑為5～20 mm的料返回一部分到制砂調(diào)節(jié)料堆。將粒徑為20～40 mm的料經(jīng)皮帶機(jī)直接送至成品料場(chǎng)。

細(xì)砂回收裝置選用了一臺(tái)QC-2.0刮砂機(jī)，在二篩與三篩之間設(shè)置了一個(gè)沉淀池，安裝了一臺(tái)QC-2.0刮砂機(jī)，沉淀池內(nèi)的砂經(jīng)刮砂機(jī)刮起后由皮帶機(jī)送至砂成品料場(chǎng)。

細(xì)砂脫水車間由料漿池、細(xì)砂脫水裝置等組成，料漿池中的細(xì)砂(粒徑為0.15～1.2 mm)經(jīng)脫水裝置處理后，由膠帶機(jī)輸送至成品細(xì)砂倉(cāng)堆存，廢水自流進(jìn)入廢水池，由污泥處理車間進(jìn)行處理。

5 砂石加工系統(tǒng)的土建與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 土建設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形、結(jié)合砂石系統(tǒng)進(jìn)行土建設(shè)計(jì)。根據(jù)砂石系統(tǒng)設(shè)備的布置需要，該砂石系統(tǒng)開(kāi)挖共分為7個(gè)平臺(tái)。在高程417.5 m平臺(tái)布置高位水池，提供砂石系統(tǒng)用水；高程401 m平臺(tái)為毛料堆放平臺(tái)；高程392.5 m平臺(tái)為鄂破安裝平臺(tái)；高程384 m平臺(tái)為半成品料場(chǎng)堆料平臺(tái)；高程380 m平臺(tái)為中細(xì)碎設(shè)備安裝平臺(tái)；高程376 m平臺(tái)為制砂設(shè)備安裝和成品料堆平臺(tái)；高程373 m平臺(tái)為成品料堆平臺(tái)。對(duì)各平臺(tái)的邊坡均進(jìn)行了防護(hù)并設(shè)置了漿砌石或磚砌排水溝以保證場(chǎng)內(nèi)不積水和邊坡坡腳不受水流沖刷,同時(shí)亦可保證料堆不受邊坡水流的污染。

5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

砂石加工系統(tǒng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目主要有以下幾部分[4]：

(1)粗碎車間及地弄。

(2)半成品料堆地弄、中細(xì)碎車間料倉(cāng)及破碎機(jī)基礎(chǔ)、篩分車間調(diào)節(jié)料倉(cāng)。

(3)制砂車間調(diào)節(jié)料倉(cāng)及制砂車間破碎機(jī)與棒磨機(jī)基礎(chǔ)。

(4)水處理車間結(jié)構(gòu)。

(5)膠帶輸送機(jī)基礎(chǔ)混凝土。

該項(xiàng)目采用的鋼筋混凝土地弄的特點(diǎn)為：側(cè)墻和底板橫斷面均較薄，綜合造價(jià)低；結(jié)構(gòu)型式剛度大，受力條件好，適應(yīng)地基變形的能力強(qiáng)。

鋼筋混凝土地弄在立面布置方面需要設(shè)沉降縫和止水[5]。沉降縫的間距取15～20 m，沉降縫寬20 mm，止水材料采用瀝青木板或其他具有彈性的不透水材料。在地弄縱向設(shè)1%的坡度以利于地弄排水。

地弄的凈空尺寸以滿足操作方便、生產(chǎn)安全及經(jīng)濟(jì)為原則。凈高與所選用的卸料裝置及膠帶輸送機(jī)支架的高度有關(guān)，并應(yīng)使卸料裝置的出口與膠帶機(jī)帶面保持有不小于20 cm的凈距。地弄的凈寬與膠帶機(jī)的帶面寬度、人行道布置有關(guān)。地弄設(shè)單側(cè)人行道，寬度為70 cm。地弄頂板卸料口采用角鐵保護(hù)，以防孔口磨損。在卸料口周圍設(shè)混凝土止水埂，以防止堆場(chǎng)地表水流入地弄。在地弄底板上埋設(shè)膠帶機(jī)中間支架、機(jī)尾改向滾筒支架、拉緊小車架及重錘吊架等地腳螺栓。

在砂石料加工系統(tǒng)中，料倉(cāng)被廣泛用作卸料、受料、配料和儲(chǔ)料的設(shè)施?？紤]到該系統(tǒng)運(yùn)行周期長(zhǎng)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)容積較小的中轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)料倉(cāng)采用鋼筋混凝土方形結(jié)構(gòu)。

由于物料由具有一定速度的設(shè)備運(yùn)送及本身以自由落體加速度進(jìn)入料倉(cāng)，當(dāng)儲(chǔ)存大骨料或毛料時(shí)，將產(chǎn)生巨大的沖擊力沖擊著料倉(cāng)的底板及料倉(cāng)壁的某一部位，對(duì)其若不采取積極的防護(hù)措施，勢(shì)必破壞料倉(cāng)的底板和料倉(cāng)壁，為此，最終采用了平底料倉(cāng)，以及利用料倉(cāng)堆積料作為料倉(cāng)壁的防護(hù)里襯。在成品料倉(cāng)中的特大石、大石和中石倉(cāng)中設(shè)置了緩降器以減小其對(duì)料倉(cāng)的沖擊力并可防止骨料二次破碎。

6 結(jié) 語(yǔ)

老撾南歐江三級(jí)水電站砂石加工系統(tǒng)采用的工藝科學(xué)合理、技術(shù)先進(jìn)可靠、設(shè)備先進(jìn)高效，保證率高，同時(shí)適合石料場(chǎng)灰?guī)r的特性，所選設(shè)備滿足生產(chǎn)需求。通過(guò)建設(shè)期對(duì)該系統(tǒng)的工藝流程和總平面布置進(jìn)行的優(yōu)化，使系統(tǒng)工藝流程更加簡(jiǎn)潔合理，平面布置更加緊湊集中，不僅直接減少了系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用，而且降低了系統(tǒng)能耗。經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行管理，成本控制較好，為運(yùn)行期整個(gè)項(xiàng)目的成本控制打下了良好的基礎(chǔ)。)