功果桥水电站大型人工骨料加工系统的设计与施工研究

摘要：本课题针对功果桥水电站大型人工骨料加工系统的设计与施工，优化工艺、降低工艺流程中的各种损耗，精心安排场地的使用，做到布置紧凑、合理，降低工程造价。在保证成品骨料产量、质量和安全生产的原则下，尽可能节约建安成本和运行成本。

本系统的设计本着成熟、实用、可靠与经济相结合的原则进行设计，粗碎、中碎、细碎、超细碎设备均采用有成功应用先例的先进设备。工艺流程的设计吸取国内大型砂石加工系统设计运行的经验，并根据功果桥水电站工程的特点和混凝土级配要求，以系统运行的高可靠性和骨料产品质量优质为前提，确保混凝土骨料的供应。

通过本系统设计，总结大型人工骨料加工系统设计与运行经验，借以在同类工程中推广。

一 概述

功果桥水电站砂石加工系统布置于坝址下游约2.0km的上七潘村，位于上七潘白龙滩沟台地。系统毛料大部分采用地下洞室开挖料、大坝河床开挖有用料。系统的料源岩性为变质砂岩、石英砂岩和砂质板岩，干抗压强度83～174Mpa，饱和抗压强度64～125MPa，岩石石英含量约65%。

左岸砂石加工系统承担左、右岸混凝土系统的骨料供应，混凝土总量约177.7万m3。左岸混凝土系统供应大坝工程部位，其中碾压混凝土85.83万m3，常态混凝土22.25万m3，高峰月浇筑强度10.2万m3。右岸混凝土系统供应厂房、临建等部位常态混凝土，其中厂房工程部分57.33万m3，施工临建工程部分5.96万m3，喷混凝土6.31万m3。左岸砂石加工系统设计处理能力为1000t/h，成品骨料生产能力750t/h。

二 主要技术标准及要求

系统设计处理能力为1000t/h，成品骨料生产能力750t/h。

系统场地高程按20年一遇防洪标准设防；

系统的电气控制系统设计做到微机自动控制；

系统的生产废水处理设施，设计要求达到“零”排放；

供配电等附属工程设计规模满足系统成品骨料生产的要求；

上七潘白龙滩沟按20年一遇防洪标准进行永久泄洪设计。

砂的质量技术要求

序号 项目 指标 备注

1 石粉含量（常态） 6%～18%最佳17.5% 指小于0.15mm的颗粒

石粉含量（RCC） 10%～22%最佳20% 指小于0.15mm的颗粒

2 坚固性 有抗冻要求的混凝土 ≤8 指硫酸钠溶液法5次循环后的重量损失

(%) 无抗冻要求的混凝土 ≤10

3 泥块含量 不允许

4 表观密度 ≥2.5t/m3

5 硫化物及硫酸盐含量 ≤1% 折算成SO3

6 有机质含量 不允许

7 云母含量 ≤2

8 含水率 ≤6% 修正到饱和和面干状态

9 细度模数 2.4～2.8

粗骨料质量技术要求

序号 项目 指标 备注

1 含泥量 （D80、D150）粒径级 ≤0.5%

（D20、D40）粒径级 ≤1%

2 坚固性 有抗冻要求的混凝土 ≤5%

无抗冻要求的混凝土 ≤12%

3 泥块含量 不允许

4 硫化物及流酸盐含量 ≤0.5% 折算成SO3

5 有机质含量 浅于标准色 如深于标准色,应进行混凝土强度对比试验,抗压强度比不应低于0.95

6 表观密度 ≥2.55 t/m3

7 吸水率 ≤2.5%

8 针片状颗粒含量 ≤15% 经试验论证，可以放宽至25%

9 超径 原孔筛 ＜5% 规范标准

超径筛 0.0

10 逊径 原孔筛 ＜10%

逊径筛 0.0

三 研究的意义

经济合理的前提下，按期完成砂石骨料系统的设计、施工和投产；

在满足生产的前提下，实现国产设备与进口设备的合理选型，节约投资；

合理组织生产，按技术要求生产合格的骨料；

总结生产与系统改造经验，编制与修订《砂岩及砂质板岩人工砂石加工工法》。

四 项目技术难点

1 系统总共生产约177.7万m3的混凝土所需骨料，骨料生产总量约366万t，如何保质保量的完成所需的成品骨料是系统设计的第一难点；

2 要求系统处理能力1000t/h，生产能力750t/h，保证系统的生产能力是系统设计的第二难点；

3 系统加工的毛料为变质砂岩，需要加工二种砂，即常态混凝土用砂（石粉含量6～18%）和碾压混凝土用砂（石粉含量10～22%），在系统设计中保证成品砂的细度模数和石粉含量，并使其达到常态砂最优石粉含量17.5%，碾压砂最优石粉含量20%是工艺设计和运行的第三难点；

4系统运行中产生的废水、粉尘、噪音是不可避免的，但是如何将废水处理后达到零排放、如何将破碎、筛分产生的粉尘回收、减少对空气的污染、如何减少设备运行产生的噪音是环境保护的一个重点，也是本系统设计的第五难点。

5本系统加工的毛料为变质砂岩、砂质板岩，在国内人工骨料加工系统属首创，无成熟经验可以借鉴。

五、实施方法

1 系统工艺设计

工艺流程包括粗碎、中碎、细碎、超细碎（制砂）四段破碎，其中粗碎开路生产，中细碎闭路生产，第一筛分湿法生产，第二、第三筛分干法生产，立式冲击破碎机与棒磨机联合制砂。

2 系统布置设计

系统布置于坝址下游约2.0 km的上七潘村白龙滩沟口，位于1253.0～1290.0m高程之间，与左岸混凝土拌和系统相邻。系统按工艺流程的先后顺序，从高向低依次分为7个高程台阶，1290.0m高程平台布置回车平台，1277.5m高程平台布置粗碎车间，1268.0m高程平台布置半成品调节料堆，1265.0m高程平台布置中碎车间， 1260.0m高程平台布置细碎车间、第二筛分车间、中石冲洗车间；1258.0m高程平台布置第一筛分车间、超细碎（制砂）车间， 1253.0m高程平台布置第三筛分车间、小石冲洗车间、棒磨机制砂车间、豆石筛分车间、豆石料堆及装车区、装料台、成品粗骨料堆、成品砂料堆、现场管理区的停车场、设备材料堆放场及办公室、水处理系统等设施。

成品粗骨料堆分为大石、中石、小石各一个料堆，均为条形料堆，活容积容量可以满足高峰期4～5天的需要量。成品砂料堆分为碾压混凝土砂、常态混凝土砂两个料堆，每个砂料堆底部设隔料墙各分为三个堆仓，料堆均为条形料堆，活容积容量可以满足7天的需要量。

3 环保工艺

1）污水处理系统运行原理及设备构成

左岸砂石加工系统废水处理厂主要由预沉池、调节池、加药装置、药剂库、高效快速澄清器、静态管道混和器、污水提升泵间、清水池、清水提升泵间、控制室等组成。

来自系统的生产污水首先进入预沉池进行初沉，池壁末端上部做溢水坎、溢流水进入调节池，通过提升泵把废水送入静态管道混和器加药，再进入高效快速澄清器，经处理后清水通过管道溢流入清水池，少量污水及沉淀物通过DN80的阀门流入排污沟，再流回预沉池进行循环处理。

加药装置共配置4台，2台为1组，1组用于絮凝药剂的配置，另1组用于助凝药剂配置，配制好的药剂通过加药泵分别送至进静态管道混和器管路。

预沉池设置2个，每个池内设置有一台SG-1000型链条式除砂机，池内的沉淀物，经链条式除砂机刮至地面装车外运。

存于清水池处理后的回用水，通过输送泵加压送往各用水点。

2）系统防尘处理

尘源点：左岸砂石加工系统生产工艺环节中，第一筛分、棒磨机制砂、小石冲洗、豆石筛分为湿法生产，基本没有粉尘污染问题，可不考虑粉尘处理措施。粗碎、中碎、细碎、立轴式破碎机制砂、第二筛分、第三筛分车间为干法生产，存在粉尘污染问题。

防尘处理措施：

根据尘源点的不同粉尘控制采取“封闭除尘、喷雾除尘、强排除尘”三种措施相结合。

系统各车间防尘处理措施：

（1）胶带机端头

对于系统中易产生粉尘的胶带机的端头，采取“喷水雾降尘”的控制措施，可以有效的控制粉尘污染。

（2）粗碎车间

对于系统中的粗碎车间，采取“喷水雾降尘+封闭出料廊道”的控制措施，一是在破碎机进料端、出料端喷雾，可以有效的控制粉尘污染；二是对出料廊道出料端采用油布封闭喷雾，控制出料粉尘污染。通过这两种措施可以有效的控制粉尘污染。

（3）中碎、细碎车间

对于系统中的中碎、细碎车间，采取“喷水雾降尘+封闭出料廊道”的控制措施。一是在破碎机进料端，在骨料表面、设备进口处喷水雾，控制进料粉尘污染；二是对中碎、细碎车间下方的出料廊道两端采用油布封闭喷雾，控制出料粉尘污染。通过这两种措施可以有效的控制粉尘污染。

（4）第二筛分车间

系统中的第二筛分车间，由于其筛分物料主要为颗粒较大的石料，粉尘污染相对较弱，可采取在筛分机进料端、出料端喷雾的方法予以控制，并注意控制水量，以免造成下一道工序物料的含水量超标。

（5）第三筛分车间

对于系统中的第三筛分车间，采取“封闭车间+喷水雾降尘”的控制措施。将第三筛分车间筛分机筛面采用防雨帆布加以封闭，控制扬尘。同时在筛分机车间进料端、出料端喷水雾，并严格控制水量，以免造成下一道工序物料的含水量超标。

（6）立轴式破碎机制砂车间

对于系统中的立轴式破碎机制砂车间，采取“封闭除尘”的控制措施。将4台立轴式破碎机的出料端采用钢结构单独进行封闭，由于封闭的环境粉尘浓度大，所以需要对其采用专门的设备进行处理，主要采用“风机抽风、除尘器除尘”的措施。

四台立轴式破碎机的出料端封闭后的抽尘管路采用φ300的支管道分别引至φ500的主管道中，再由主管道引至除尘设备中进行处理。

4 系统的施工管理与质量控制

1）成功地实现了砂岩、板岩制砂的问题，解决了因由岩性导致的成品砂石粉含量超标及细度模数超标的问题。

（1）采用水洗多余石粉工艺，即具体做法为三筛仍然将砂分级为0～3mm、3～5mm两级，少部分的3～5mm和全部0～3mm两级砂在胶带机上混合，在相应胶带机头部分成两路，一路仍旧接入相应胶带机进成品料堆，另一路经水洗去除多余石粉；另一部份3～5mm的粗砂进棒磨机整形，控制成品砂的细度模数；

（2）将一筛下层5mm筛网更换为4mm的孔径，以降低一筛后的流程砂细度模数。

2）解决了因由岩性导致的成品砂石粉含量超标及细度模数超标的的问题

通过调整粗碎鄂破开口，中碎与细碎挤满给料，已解决中石骨料粒形粒形不好，针片状超标的问题。

3）设计与实施了经济适用环保方案

根据尘源点的不同粉尘控制采取“封闭除尘、喷雾除尘、强排除尘”三种措施相结合。详见前述环保工艺设计。

4）改造胶带机及料仓漏斗，改变下料方式，延长胶带使用寿命，提高设备有效工作时间。

5）通过改造漏斗、设置积料窝、缓冲挡板，规范胶带机清扫器，有效地延长了胶带的使用寿命，提高设备有效工作时间。

5）总结生产与系统改造经验，编制与修订《砂岩及砂质板岩人工砂石加工工法》。

五 结束语

1 与国内外同类技术比较

功果桥项目砂石系统的原材料为砂板岩和石英砂岩，且砂板岩所占比例较高，片状严重。是造成生产过程中，中石、小石针片状的主要原因与造成成品砂石粉超标及细度模数超标的主要原因。此类人工骨料加工，在国内人工骨料加工系统属首创，无成熟经验可以借鉴（国内人工骨料系统多数为外加石粉工艺）。

2 应用推广

通过本系统的设计与建设、生产运行，总结设计、建设及运行经验为类似工程提供参考。

系统破碎的料源岩性主要为砂岩及板岩，砂岩及板岩具有抗压强度相对较高、磨蚀性较大的特点。生产的骨料石粉含量高，剔除石粉工艺可以为类似工程担供参考。

本系统作为我局独立设计与施工第一个大型人工砂石骨料，可以填补我工程局的一项施工技术空白，增加我局一项施工资质（大型人工骨料加工系统的设计与施工）。

3 结论：

1）经济合理的前提下，按期完成砂石骨料系统的设计；在满足生产的前提下，实现国产设备与进口设备的合理选型，节约投资；

2）合理组织生产，按合同工期实现骨料生产系统的投产；

3）成功地解决了中石针片超标、逊径的难题；解决了成品砂石粉及细度模超标难题；

4）总结《砂岩及砂质板岩人工砂石制作工法》、《左岸砂石加工系统运行及管理规章制度》、《左岸砂石骨料系统砂石骨料供应管理办法》，为同类工程提供参考；

5）通过本系统的生产运行培养一批熟练的技术工人，总结出一套完整的运行管理经验。