赵小青 王章忠
(葛洲坝集团第五工程有限公司,湖北 宜昌 443002)
摘 要:本文重点介绍了葛洲坝五公司进入21世纪来,在承建大型、特大型水电站砂石骨料加工系统设计、建设、运营过程中,在系统布置、工艺设计、料场开采、石料运输、废水处理等方面取得的不少领先于行业技术水平的新技术,取得了良好的社会效益和经济效益。
关键词:料场降段开采 深溜井垂直转运 风力磁选干法制砂 天然卵石硬岩制砂
1 概述
葛洲坝集团第五工程有限公司作为一家专业从事水电站混凝土砂石骨料的开采、加工生产的施工企业,早在葛洲坝建设时期就已开始水电站砂石骨料生产技术的研究和应用,到20世纪80年代中期,通过承建营运清江隔河岩水电站人工骨料砂石加工系统就已掌握了开挖料棒磨制砂技术,在20世纪90年代,葛洲坝五公司承建运营了三峡古树岭人工砂石系统,挖掘专业物料碎磨设备性能,优化工艺设计,引进当时世界最大功率的诺德伯格圆锥破碎机,一般解决了骨料针片状含量超标的难题。
进入21世纪以来,五公司先后承建运营了龙滩水电站大法坪砂石加工系统、亭子口水利枢纽左岸砂石加工骨料系统、溪洛渡水电站大坝人工骨料加工系统、锦屏一级水电站大奔流沟、三滩人工砂石加工系统、藏木水电站砂石拌和系统等二十多项国家特大型、大型水电站混凝土砂石骨料加工系统的设计、建设与运营任务,取得了一批领先于行业技术水平的砂石生产新技术。多年来获得省部级科技进步奖7项,葛洲坝集团科技进步奖33项,取得重大科技成果35项,获得国家专利授权125项;其中砂石骨料生产技术方面获得省部级科技进步奖4项,葛洲坝集团科技进步奖5项,取得重大科技成果12项,获得国家专利授权22项。2010年,经湖北省科技厅组织有关专家委员会鉴定,葛洲坝五公司在砂石骨料生产技术领域的研究成果整体达到国际先进水平,其中高陡狭窄复杂条件下石料开采、垂直运输等技术达到国际领先水平。研究成果《水电站混凝土砂石骨料新型工艺研究与应用》被评为湖北省科技进步二等奖。经过近四十年持续技术创新的积累,葛洲坝五公司已成为中国砂石骨料第一品牌。
2 砂石骨料生产新技术
①研发了高陡岩质顺层高边坡料场石料降段开采、深溜井垂直转运技术,攻克了高陡狭窄复杂地形地质条件下石料开采、垂直运输瓶颈,开创了高陡狭窄地形条件下,砂石加工系统依山坡地形台阶布置与粗碎车间井下立体布置新模式。
五公司承建运营的锦屏一级水电站印把子沟人工砂石骨料加工系统,针对锦屏大奔流沟料场在海拔2000多米的高边坡上,边坡陡峻,坡度达55°~65°,针对高陡、狭窄等复杂地形条件下,在不可能布置明线道路的前提条件下,将开采降段道路由“明道改暗洞”,由约10公里的地下洞室群组成,石料采用长度280m、倾角77°的长斜井转运,井下直接布置大型旋回破破碎,半成品料长距离皮带运输的料场开采和输送技术,突破了水电站料场选择对地形坡度条件的极限,为人工砂石骨料料场开采道路规划布置提供了成功范例。
在料场不可能布置明线道路的前提条件下,料场降段开采交通主要采用“明道改暗洞”的洞线方案,一方面从根本上突破了高陡狭窄复杂条件下石料开采、垂直运输瓶颈,解决了无条件形成明线运输的难题,避免了明道边坡坍塌、泥石流、重载车辆长距离下坡等潜在风险,提高了交通安全;另一方面洞线方案不仅缩短了运输距离,还不改变原始地形地貌,减少了开挖和支护工程量,更加绿色环保。通过降段支洞层层开采剥离,节节下降,降段高差达513米,满足了工程建设对砂石骨料的需要。攻克了被中国工程院谭靖夷院士称为“世界级难题”的锦屏大奔流沟料场降段开采难题。
在加工系统布置上,针对狭窄的地形和特殊地质环境,根据人工砂石料分段破碎需要,顺山坡自上而下分台阶将砂石加工系统主要加工车间布置在地表,以减少场平开挖量和缩短各车间联系胶带机的长度,减少系统的占地面积;而将粗碎车间大型旋回破碎机以埋入式直接布置在井下,既降低了洞室高度,减少了开挖量,保证了洞室的安全可靠性;又通过独立的洞室布置方式,配合轴流风机和电热方式,保证了电力设备的干燥,防止了电力设备因潮湿等方面的影响;采用串联式放矿机布置形式,有效解决了井和洞室之间的安全距离问题;解决了高陡狭窄条件下的大型旋回破碎机井下布置难题。
将粗碎车间直接布置在井下。通过合理确定溜井的直径、深度、角度、井下结构断面形状及断面尺寸和安全设施到位的前提下,通过“明道改暗洞+深溜井”输送方式,首次在水电行业实现了300米级斜井运输,单段溜井长度280米,斜度为77°,石料通过深溜井垂直运输到粗碎车间,解决了高陡料场的石料开挖运输、高边坡支护和临时施工之间,在时间与空间上的矛盾,开采降段高差达513m米;研制了井下震动给料装置,攻克了300米级深井骨料运输堵井的技术难题,单井处理能力首次达到2000吨/小时,解决了高陡、狭窄等复杂地形条件下开采石料300米级单段溜井垂直转运的难题。
②采用立轴与棒磨机联合制砂的方案,以立轴制砂为主,以棒磨机制砂为辅,增设细腔型圆锥破碎机细碎车间对天然硬岩进行“预破碎”,首创了天然卵石硬岩制砂、制粉新技术。
传统的制砂方案即是采用棒磨机制砂,虽有产品粒型好、细度模数和产量稳定的优点,但也有钢耗能耗大、占地面积大的缺点,同时石粉流失量大,而立轴制砂则具有效率高、产品含粉率高、占地面积小的优点,缺点是其产品级配不合理,存在成品砂中间级配缺失现象。
由于亭子口砂石系统的料源为硬度非常高 (最大246MPa) 的天然料,为更好地提高制砂效率,运用公司《带防堵装置的立轴冲击破碎机》(专利号:ZL201120101032.2)、《棒磨机装棒装置》(专利号:ZL201220068308.6) 专利技术,采用立轴与棒磨机联合制砂的方案,以立轴制砂为主,以棒磨机制砂为辅,增设细腔型圆锥破碎机细碎车间对原材料进行“预破碎”,以破坏硬岩节理、产生裂隙,再进入超细碎车间立轴破和棒磨车间棒磨机进行研磨,有效地提高立轴破和棒磨机联合制砂的效率,这样既充分发挥了立轴制砂效率高的优势,又调整了产品级配,保证了产品中石粉的含量,实现了立轴与棒磨机联合制砂、制粉,首创了天然硬岩制砂、制粉新技术,满足了工程需要,获得到了业主好评。(www.xing528.com)
③通过反击破粗级整形、四段破碎和调整筛孔数量,解决了变质石英砂岩生产人工骨料,特大石针片含量超标,产量不足制约工程进度的难题,采用加工性能较差的变质石英砂岩加工粗骨料获得成功。
在锦屏大奔流沟砂石加工系统,由于现场地质条件限制,只能以加工性能较差的变质石英砂岩生产粗骨料,尽管以四段破碎的全整形工艺加工粗骨料对减少骨料针片状效果较好,生产的大石、中石、小石的针片状含量平均为11%,可满足规范要求且较稳定,但生产的特大石中却存在针片状超标和产量不足的问题。在筛孔为155毫米时,检测到最大单边长度达到539mm的特大石。针对这种现象,经葛洲坝五公司在现场反复试验,后来通过减少筛孔,并增加3台反击破对特大石进行整形和破碎部分150mm以上的超径石,解决了特大石针片状超标和产量不足的问题。解决了特殊地形地质条件下加工性能较差的变质石英砂岩加工粗骨料,特大石针片含量超标、产量不足制约工程进度的难题,满足了工程建设需要,受到业主好评。
④因地制宜,运用粉尘控制专利技术和视频远程监控技术进行工艺创新,通过选粉机风力分级控制石粉含量,以现场强度较低、极易成粉的大理岩为原材料,采用干法制砂生产出了大坝混凝土用砂,满足了工程建设需要。
葛洲坝五公司在锦屏三滩砂石加工系统工艺设计中,将公司自主研发的《选粉机出口称重仓锁风装置》(专利号:ZL201020179715.5)、《一体化式自动排灰脉冲袋式收尘器》(专利号:ZL201120090323.6)、《一种移动组合式隔音室》(专利号:ZL201120138669.9) 等专利技术应用于大理岩干法制砂,用选粉机风力分级控制石粉含量,保证了大坝混凝土用砂,满足了工程建设需要。
受现场地形地质条件限制,锦屏水电站砂石加工系统料源不得不选用加工性能较差的变质石英砂岩加工粗骨料,选强度较低及易成粉的大理岩制细骨料,经现场反复研究试验,专家咨询,选强度较低、极易成粉的大理岩制细砂,运用《选粉机出口称重仓锁风装置》(专利号:ZL201020179715.5)、《一体化式自动排灰脉冲袋式收尘器》(专利号:ZL201120090323.6)、《一种移动组合式隔音室》(专利号:ZL201120138669.9) 等专利技术及视频远程监控技术,采用选粉机风力分级控制石粉含量,解决了噪音和粉尘的污染的问题,保护运行人员健康,保证了成品砂质量稳定,保证了锦屏水电站大坝混凝土施工对人工砂石骨料的供应。
根据锦屏一级建设管理局环保中心现场设置的环境监测点数据表明,空气中TSP的浓度值为0.25mg/m3,dB值为50,优于国家规定的TSP浓度值0.3mg/m3和dB值55的指标。
⑤“预处理+一次沉淀+机械脱水 (真空过滤) ”的砂石加工系统废水处理工艺获得成功,溪落渡砂石加工系统废水处理工程被三峡集团公司推荐为样板工程。
由于水电工程砂石骨料加工系统的废水处理存在SS含量大、颗粒差异大等特点,而传统废水处理方式,又存在周期长、占地面积大、SS去除率低和回收水的SS含量高等问题。葛洲坝五公司在总结过去砂石加工系统废水处理经验的基础上,依托承建运营的三峡集团溪落渡水电站大戏厂——马家河坝及塘房坪人工骨料加工系统废水处理组织攻关,在三峡集团公司的支持下,运用公司自主研发的专利技术,采取“预处理+一次沉淀+机械脱水 (真空过滤) ”废水处理工艺,首次在废水处理工艺中增设预处理单元,应用《骨料生产废水分级预处理系统》专利技术 (专利号:ZL201120078880.6)、《压滤机电控保护装置》(专利号:201120074076.0)、《一种辐流式沉淀池集泥斗冲洗装置》(专利号:ZL201220326486.4) 《不锈钢条缝筛网》(专利号:ZL201120075141.1) 等专利技术进行颗粒分级,减轻后续工序处理负荷,解决了渣浆泵及输浆管道堵塞、废水沉淀和泥浆脱水等难题,保证了系统正常运行;回收的石粉还可根据需要掺入细骨料中,不但可以用于调节成品砂的石粉含量,还能变废为宝,取得良好的经济效益和社会效益。
根据三峡工程开发总公司溪洛渡工程建设部委托的生产用水回收利用率为65.79%,塘房坪砂石骨料生产系统的生产用水回收利用率为67.52%。回收水SS平均含量为57.9%,SS去除率达到99.9%,废水处理后完全满足系统生产用水水质要求,实现了砂石加工系统废水处理达标和废渣零排放的标准,被三峡集团公司树为样板工程。
3 结束语
受工程所在环境条件地质条件的限制,葛洲坝五公司在三峡、龙滩、溪落渡、锦屏、亭子口、藏木等水电站砂石加工系统的建设中,通过不断创新加工系统工艺设计、设备配置,其生产料源已从龙滩的灰岩、三峡的花岗岩拓展到溪落渡的玄武岩、锦屏工程大奔流沟料场的变质石英砂岩、锦屏三滩料场的大理岩,实现了砂石加工料源来源的多样性;人工制砂也在锦屏三滩通过选用风力选粉机实现了大理岩制砂过量石粉的分离,实现了从湿法制砂到干法制砂的大跨越;亭子口则实现了天然卵石硬岩制砂、制石粉的突破,满足了碾压混凝土用砂的需要。上述成果表明:葛洲坝五公司混凝土砂石骨料生产技术已达到了水电砂石骨料生产领域的一个全新的水平,葛洲坝五公司砂石加工系统已成为当之无愧的“大坝粮仓”,葛洲坝五公司已成为中国水电砂石第一品牌。
◎作者简介:
赵小青,男,高级工程师,葛洲坝五公司法人代表,总经理。
王章忠,男,教授级高级工程师,葛洲坝五公司总工程师。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。