锦屏水电站大理岩砂石系统规划与设计

齐拥军　秦 明　白 晶

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：三滩大理岩砂石系统在料场采用短溜槽+竖井石料运输和粗碎井下布置方案，在砂石加工系统采用干法生产选粉机剔除多余石粉工艺。在料源采用加工性能较差的大理岩的情况下，有效控制了成品细骨料细度模数、石粉含量技术指标满足锦屏设计要求，同时进一步提高产品质量稳定性。

关键词：大理岩　溜槽+竖井　干法生产　选粉机剔除石粉　原状砂　稳定性

1 引言

雅砻江锦屏一级水电站大坝细骨料采用三滩右岸大理岩料场，该料场大理岩岩石加工性能较差，通过破碎设备破碎后，原状砂具有石粉含量高，中间级配含量严重偏少，细度模数低和砂的成品率低的特点。三滩大理岩砂石系统在料场采用短溜槽+竖井石料运输和粗碎井下布置方案，在砂石加工系统采用干法生产选粉机剔除多余石粉工艺。三滩右岸砂石系统于2008年底投产后，经过较小的调整和改造后，成品细骨料细度模数和石粉含量合格率达到90%以上且稳定性很高。在三滩右岸砂石系统合理的规划设计，保质保量地满足了大坝成品细骨料的供应。

2 料场的规划和设计

2.1 石料运输方案

（1） 方案分类

根据现场踏勘所收集的资料及料场开采规划方案，下面对三滩料场开采运输的几种可行性方案进行分析。

方案一：全道路汽车运输方案

三滩右岸砂石加工厂位于料场下部下游端平台上，采用公路运输方式汽车平均最大运距约2.5千米，全汽车公路运输有两种可行性，其一，为满足石料的运输，自料场下方较缓平台沿料场山体前缘修筑“之”字形明段公路约3.6千米至料场揭顶平台；其二，因料场后缘为陡壁，自料场下方较缓平台修筑“之”字形明段公路至一定高程 （2100米高程） 后，再于料场山体后缘修筑汽车运输洞 （长度约524米） 至揭顶平台。据此，两种道路布置形式均可满足石料的运输要求。全“之”字形明段公路方案，因公路全暴露于料场正下，料场每次爆破作业后因石料的滚落，其路面的清理工作量较部分洞室运输方案大，其道路回头弯也较部分洞室运输方案多一道弯。然而，就其部分洞室运输方案而言，其运距并没有减少，而且运输洞的断面尺寸大，其建安费用昂贵，工期难以保证且对下部料场安全没起到实质性作用。为减少爆破作业后路面的清理，两种方案均可以沿2100米高程，修筑拦渣平台及拦渣沟，以避免爆破作业后的滚石影响公路运输以及料场下方建筑物的安全。

方案二：道路+竖井平洞运输方案

受现场地形条件及料场开采规划布置的限制，竖井井口高程仅可在2100米左右， 2100米高程以上有用料采用汽车公路运输运至竖井卸料平台，再通过井下破碎机破碎后用胶带机运至半成品堆场，此方案可行，也有较高的保障性，对于全汽车运输方案需增加一条280米左右的胶带机洞、一条230米左右的设备运输洞和一套溜井系统，参照我公司类似工程经验，需增加建安费用350万～400万元，但建安期工期会稍长，至溜井卸料平台的道路布置较困难，而且也需修建覆盖层及弃料运输道路。

方案三：短溜槽+竖井运输方案

对于上一方案，将溜井布置在料场中部有一条约20米深的冲沟内，井口高程也在2100米左右，并在井口部位采用半挖半填的形式形成一个较大的平台，并在平台上设置拦石坎，2110米高程以上有用料利用天然的冲沟稍加修整后做成一段45～65米左右的溜槽，然后利用溜槽将有用料溜至竖井中，此方案是较优的，运行管理也较方便，但对于全汽车运输方案费用略有增加，建安期工期会稍长。

（2） 方案分析

方案一实施主要受汽车运输、道路影响较大。考虑三滩系统增加了70万吨用砂量，加工系统处理能力由投标时的850吨/小时增加至1000吨/小时，按现有粗碎设备3台布置，粗碎车间最大处理能力可达1500吨/小时，生产能力可达1200吨/小时，若采用20吨自卸汽车，则每分钟必须要有一辆车在卸料，加上覆盖层的运输，那么料场道路及粗碎的卸料强度较高，料场开采管理难度较大，结合现有的料场条件，修建一条宽度在10米的道路其施工难度极高，工期更难以保证。

方案二和方案三下部结构基本一致，仅是2100米以上高程石料运输略有差异，从表1中可以看出，2100米高程上部有128.29万方有用料开采，根据系统工艺计算和大坝混凝土浇筑强度估算，在2140～2160米高程左右大坝强度趋于高峰时段，考虑覆盖层和无用料的运输，方案二上部汽车运输强度仍然较大，其道路等级也必须相应提高。在这一点上，方案三具有更明显的优势。

方案三在高程2100～2160米利用现有的冲沟修建一条坡度在50～45度溜槽，高程2160米以上采用汽车运输，运输总量约18万方，考虑覆盖层运输，月高峰运输强度不足4万方，对设备配置及道路等级要求可以大幅度降低，同时道路等级适当降低，也有利于缓解工期紧张的矛盾。方案三明显好于方案一和方案二。

因此，石料运输采用方案三，即短溜槽加竖井运输方案。当然此方案的实施必须考虑料场后期开采、粗碎的布置、溜井的可靠性和施工时间等环节。

2.2 总体工艺

石料在料场高程2160米上部采用汽车运输至溜槽卸料平台，经过约60米的溜槽送入高程2100米的竖井，经竖井下部颚式破碎机破碎后由胶带机送入半成品堆场；同时考虑到大坝基坑、地下厂房等部位的开挖利用料，在外部另外设置粗碎卸料平台以满足回采料的破碎要求。

2.3 料场道路

由于有用料采取竖井运输，料场道路主要用于覆盖层剥离无用料运输和施工设备进场，车辆流量小于20台/小时，故料场道路要求相应会降低。

3 砂石加工系统的规划和设计

3.1 砂石加工系统总体规划设计

三滩右岸人工骨料生产系统总体工艺分四段破碎，即粗碎解决原岩的初碎；中碎以调整粗骨料级配为主兼大、中石的整形；粗碎与超细碎开路生产；中碎与细碎闭路生产，细碎主要承担制砂，砂中多余石粉采用选粉机风选法剔除。系统所有筛分破碎均采取干法生产工艺，以确保进入细碎的碎石的含水量及进入选粉机的原状砂满足设备运行工况要求。

①粗碎：粗碎选用颚式破碎机。经破碎后的半成品料通过带式输送机送至半成品料堆。

②第一筛分：半成品碎石用带式输送机运自第一筛分车间进行筛分分级，将其中大于40mm粒径的碎石直接运至中碎车间进行整形，小于或等于40mm粒径的碎石送入第二筛分车间进行筛分。

③中碎车间：本系统中碎车间有以下任务：①需将一筛来的大于40mm粒径的碎石破碎至40mm以下；②对部分80～40mm、40～20mm和20～5mm的碎石进行整形，以获得较好粒形的碎石。中碎选用进口反击破碎机。中碎后的碎石进入第二筛分车间形成闭路生产。

④第二筛分车间：从一筛分小于或等于40mm和中碎破碎后的碎石在本筛分车间进行分级。80～40mm的碎石可送入成品料堆堆存，多余部分可返回中碎车间破碎；40～20mm的碎石可送入成品料堆堆存，多余部分可送入细碎车间破碎；20～5mm的碎石可送入成品料堆堆存，多余部分可送入细碎车间破碎；小于5mm的砂送入1号选粉机选粉；多余的石粉送入无名沟弃料堆场。

⑤第三筛分车间：从制砂车间送来的碎石和砂混合物在本车间进行筛分。其中大于5mm粒径的碎石返回至细碎车间；5～3mm粒径的砂，根据生产性试验结果和工程经验，立轴破碎机制部分5～3mm粗砂进入超细碎，以调整砂的细度模数；部分5～3mm粗砂和小于3mm的砂2号、3号选粉机剔粉后进入成品砂堆场堆存。

⑥细碎车间：本车间主要任务是将第二筛分车间和第三筛分车间筛分后40～5mm粒径的碎石破碎至5mm以下。细碎后的碎石送入第三筛分车间形成闭路循环生产。

⑦超细碎车间：本车间主要任务是将三筛分后多余的5～3mm粒径的粗砂进行整形，以调整砂的细度模数。(www.xing528.com)

⑧干砂脱粉车间：主要控制成品砂的石粉含量，将系统生产的砂用选粉机剔除原状砂中多余的石粉后进入成品堆场，选粉机选出的多余石用胶带机运至无名沟弃料堆场，并用自卸汽车运至指定渣场。

⑨生产系统生产供水：本系统生产用水主要是粗骨料冲洗用水，总用水量较小，约每小时100吨，供水主要引用解放沟沟水。

⑩废水处理：生产系统粗骨料冲洗后的废水用明渠、管道送入水处理厂，处理达到标准后循环利用。

3.2 破碎设备选型

由于本系统以制砂为主，设备的选型应重点考虑有利于提高砂质量的破碎设备。粗碎选择颚式破碎机，细碎、超细碎选用立式破碎机。中碎设备选用反击破。

从溪洛渡中心场砂石系统和三滩前期砂石系统大理岩制砂性能试验数据看，用反击破作中碎设备比圆锥作中碎设备有较多优点：

①作为中碎设备，反击破成砂率较圆锥破高。从试验数据看，反击破产砂平均达21.85%，而圆锥产砂平均为10.25%。

②原状砂石粉含量较小。反击破生产原状砂的石粉含量为28.7%，圆锥破为40.17%，立轴破约为33%。

③砂的品质较好。反击破生产原状砂的2.5～0.315mm中间级配含量为26.05%，圆锥破为20.57%，立轴破为19%～23%。

在各种制砂工况下，反击破生产的原状砂中间级配比立轴破制砂高3%～5%，比圆锥破高5%左右，石粉含量比圆锥破产砂低14.12%，比立轴破低5%左右，这对大理岩制砂存在的石粉含量高，中间级配少的缺点有所改善。反击破生产的粗骨料针片状可以满足规范要求。

因此，选择反击破作中碎设备是可靠的，甚至在该工程中也存在用反击破替代立轴破作制砂设备的可能性。

3.3 砂中石粉剔除方案

在传统的方法中，砂中石粉剔除主要是利用加水冲洗部分石粉，然后用螺旋洗砂机回收有用料，直线振动筛脱水的方法来生产成品砂。从2007年8月8日和8月9日三滩大理全程制砂两次试验检测结果看 （原系统成品砂仓取样砂的检测结果石粉含量分别为36.62%和34.57%，细度模数为1.65和1.91；新增系统成品砂仓取样砂的检测结果石粉含量分别为32.28%和33.00%，细度模数为2.04和2.13），用传统的水洗方法在该工程中是无法剔除原状砂中大量的石粉，从而导致砂的细度模数偏低。

采用了在二筛增加0.4mm高频振动筛剔除中碎和粗碎生产砂中的部分石粉，然后通过三筛车间普通筛上增加一层0.4mm的筛网再剔除部分石粉后，进入洗砂机洗去多余的石粉，以使砂中石粉含量满足规范要求的方案，根据有关厂家咨询意见和工程实践经验，高频筛的筛孔尺寸不宜减小，因此该方案存在剔除石粉的同时也剔除了部分0.16～0.4mm有用料的缺点，同时由于筛孔尺寸小，也存在筛孔被堵而降低筛分效率的风险。

考虑该工程生产成品砂为以后大坝混凝土浇筑用砂的生产地及重要性，为达到有效剔除砂中多余的石粉，在系统布置三台选粉机，选粉机可以对二筛产生的小于5mm的物料和三筛产生的小于3mm或小于5mm的物料进行多余石粉的剔除，同时在二筛仍预留安装高频筛的空间，其他车间维持原方案。在系统生产前期安装三台选粉机就可满足生产要求，并可根据选粉机的工作效率是否增加选粉机和增加高频筛，同时在第三筛车间仍然保留了小于5mm的物料可进洗砂机的方案，可确保前期供料不受影响。

4 运行后的调整、改造及获得的效果

4.1 运行后的调整和改造

三滩砂石系统建安完成投产运行后，虽然初期成品细骨料细度模数和石粉含量存在较大的波动，但得出了选粉机风选剔除原状砂多余石粉方案是可行的，只要能保证进入选粉机的原状砂颗粒级配合理且稳定、含水率不高和进料量均匀，就能获得合格成品细骨料，因此废弃了增加高频筛和水洗方案。只需对系统进行以下较小的调整和改造：

①通过原岩抗压强度试验，确定料场开采料区毛料质量，对偏软的大理岩进行弃除，同时严禁覆盖层、风化料等无用料和污染料进入生产系统。通过研究试验总结，找出不同料源的岩石加工性能参数，了解不同岩性加工原状砂颗粒级配，选择比较理想的颗粒级配，有意识地对不同岩性的原岩搭配进入加工系统进行破碎。从一定程度上解决了原状砂的级配不良和波动较大的问题。

②调整反击破转速和进排料口径，改变立轴破在不同线速度和破碎腔型破碎时的产砂率，改进了立轴破铁砧。

③在一筛车间增设底料弃除筛，如果发现半成品毛料含水率较高，系统生产过程，底料弃除筛同时运行将来料大于30mm （或大于20mm） 的料进行弃除，留下的粒径石含水率较低，通过其他各个环节后形成的原状砂含水率要比半成品毛料小得多，保证系统正常运行。同时在一定程度上也解决了因多次破碎造成石粉偏高的情况，有利于系统的稳定控制。

④对三筛车间的工艺进行了改造，取消三筛车间筛分机的下层钢板，新增胶带机，致使三筛车间筛分机下层原状砂直接进入选粉机进料胶带机，并在细骨料胶带机上架设皮带秤，随时能观察选粉机进料情况，以保证选粉机进料稳定性。

⑤增加对带料皮带、筛分车间、调节堆场封闭和除尘器，减少除尘喷头的使用和防止雨水淋湿物料。做好竖井、堆场周围的排水措施，修建排水沟、排水管和盲沟，及时将积水排出，尽可能保证原状砂含水率较低。

4.2 运行获得的效果

通过简单的调整和改造，原状砂颗粒级配和含水率得到控制，选粉机进料稳定性加强，出厂成品细骨料质量得到保证，将生产高峰期2011年1月～2012年3月检测结果汇总统计，分析如图1和图2所示。

图1 成品砂细度模数波动曲线图

图2 成品砂石粉含量波动曲线图

从图1、图2可以看出：成品砂细度模数和石粉含量满足锦屏设计提出的要求：细度模数控制2.20～3.0，单月波动范围0.4，石粉含量控制在12%～20%，合格率达到85%。细度模数稳定在2.4±0.2，石粉含量主要控制在16%±2%，合格率达到90%以上稳定性很高，采用干法生产选粉机剔除多余石粉工艺取得成功。

5 结论

通过合理的规划设计三滩大理岩砂石系统料场和加工系统方案，成功解决了从加工性能较差大理岩岩石料场获得合格成品细骨料的难题，有助于解决今后类似砂石系统的技术难题。使更多岩性的料场能使用到水电行业砂石加工系统，并在减少水资源的消耗和避免水污染方面也可以起到借鉴作用。

◎作者简介：

齐拥军，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏三滩砂石项目部总工程师。

秦 明，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏三滩砂石项目部总经理。

白 晶，女，三峡大学硕士研究生在读。