浅谈金安桥水电站左岸砂石加工系统增容改造

董家清

（长江三峡经济技术发展有限公司，北京 100140）

1 砂石加工系统概况

金安桥水电站左岸砂石加工系统主要承担碾压混凝土大坝、引水发电系统等主体工程混凝土所需砂石料，共需制备碎石730万t，混凝土用砂450万t。工程于2005年5月28日开工， 2006年9月30日开始提供砂石料。

左岸人工砂石加工系统按照招投标设计文件及要求建成之后，在试生产期间发现，整个系统制砂量达不到设计要求，同时石粉含量与砂脱水也存在较大矛盾。基于以上问题，监理和施工承包商先后请有关专家咨询，一致认为，玄武岩具有保水性好、易碎难磨、产砂率低等特点。同样使用巴马克（Barmac9100）制砂，金安桥玄武岩产砂率仅为18%左右，而在三峡工程花岗岩制砂率可达36%以上。因此，对金安桥左岸制砂系统进行了大规模的增容改造。

该系统的主要设备如下：粗碎车间2台美国美卓 （Metso）MK-II42-65旋回破碎机，小时产量3 000 t；中碎车间2台美卓HP500-ST-C圆锥破碎机，小时产量840 t；细碎车间3台美卓HP500－ST－f圆锥破碎机，小时产量746 t；超细碎车间4台美卓巴马克 （Barmac）9100立轴冲击破碎机，小时产量1487t；第一筛分车间2台3YKR2460圆振动筛和2台2YKR2460圆振动筛，小时产量2 000 t；第二筛分车间原配备1台3×3YKR2460圆振动筛，增容改造时增加1台3×3YKR2460圆振动筛，小时产量1 586 t；第三筛分车间原配备10台3YKR2460圆振动筛，增容改造时增加2台ZKR1652振动筛，小时产量2 300 t；第四筛分车间1台2YKR2460圆振动筛，小时产量672 t；棒磨机车间原配备5台MBZ2136棒磨机，增容改造时增加了2台，小时产量204 t；石粉回收车间原配备3台ZX－250高频旋流石粉回收机，增容改造时增加了1台，小时产量112 t；污水处理车间配备4台套厢式压滤机（XMK500/1500U）；滑道取水设备1台套，小时取水能力 1 500 t。

2 试生产中发现的问题

2.1 单线试生产时的推算结果有误

2006年8月，由于设备供应商未能按合同供货时间供应设备。2台粗碎设备只到了1台，4台巴马克 （制砂设备）只到了2台，加上安装好的中细碎设备，正好构成 “单线”生产。于是承包商启动“单线”进行72 h工艺性生产试验。根据其检测结果进行推算，粗骨料的生产质量与产量与设计基本相符。对第三筛分车间 （10组筛）单台筛的进料量进行检测，其进料量和进料级配好于设计，尤其是＜5 mm的石屑达到35.7%。监理在审查这个试验成果时曾经怀疑结果有误。于是承包商在2006年9月又做了一次专门生产砂的试验。由三筛、棒磨机、巴马克和石粉回收组合生产人工砂，其产量为600.5 t/h，如加上一筛和二筛产砂量，系统产砂量基本满足设计要求 （646 t/h）。 但是砂的细度模数 （＞3） 和石粉含量 （＜10%）都不能满足要求，尤其是碾压混凝土施工要求。

2.2 砂的细度模数与产量矛盾

巴马克制砂后，经过三筛筛洗，砂的细度模数在3.5以上，石粉含量在8%以下。系统设计时想通过棒磨机制砂调节砂的细度模数，但经过系统生产平衡计算，按已经安装的5台棒磨机的产砂量，降低细度模数后系统砂的总产量达不到设计要求。同时计算出，通过黑旋风回收细砂及石粉，其调节能力也难以达到设计产量和质量标准。

2.3 砂的石粉含量与产量矛盾

玄武岩具有 “易碎难磨”的特点，制砂后的石粉含量较低，在系统设计时就考虑通过黑旋风回收石粉来解决。在试生产中，当把石粉含量增加到18%以上时，不仅砂的产量大大降低，而且由于玄武岩保水性能好，砂脱水相当困难。经过多次试验，石粉含量在18%以上时，10 d很难将砂的含水率脱至8%以下。

在这种情况下，业主、监理和承包商共同研究确定对砂生产系统进行增容改造，同时决定将成品砂的石粉含量确定在10%～14%范围内，并要求石粉含量稳定。增容改造施工在不影响正常砂石料生产供应的前提下，于2007年1月启动，同年5月完成。

3 增容改造成果

3.1 生产能力满足工程需要

金安桥水电站工程混凝土设计施工最高月强度所需砂石料为58万t，实际最高月强度出现在2008年1月，为67.52万t。而且连续4个月月供料强度超过58万t，左砂系统增容改造后实际生产能力满足工程建设需要。

3.2 破碎设备选型正确

金安桥水电站左砂系统全部选用美卓 （Metso）公司生产的破碎设备。该公司生产的破碎设备具有噪音低、磨耗小、产量高等优点。单台破碎设备生产能力都在400 t/h左右。2号粗碎设备第一次更换衬套时，已生产骨料360万t；1号中碎设备更换衬套时已生产200万t，这在其他同类人工砂石料生产系统中是少见的。

3.3 可根据需要生产各级别的骨料

由于玄武岩具有 “硬度高 （80～180 MPa）、 易碎、难磨”的特点，在混凝土实际施工中所需要的大石和小石的比例发生了变化，在系统加工生产时的砂石料均衡产量与设计时各级别的砂石料的均衡产量存在一定的出入。经过多次改进，左砂系统可以根据需要生产各个级别的砂石料。细碎和超细碎及三筛联动时，可闭路循环生产砂、中石和小石；第一、第二、第四筛分系统和中细碎设备联动时，可以根据需要增加或减少大石的入仓量，甚至可以做到大石的零入仓。

3.4 解决了玄武岩砂的石粉含量问题

玄武岩的基本特点就是 “易碎难磨”。金安桥工程玄武岩含铁量高，大大增加了磨细难度。2006年3月7日，监理部组织的金安桥水电站玄武岩轧制骨料试验成果专家咨询会上，专家提出了 “试验结果表明玄武岩成砂产粉率低”，要 “最大限度地回收石粉”的建议。按照专家的建议，采取了一下增加石粉的措施：①在砂石系统三筛的集水槽内增加1台渣浆泵并配置1台脱水筛，将三筛筛分流失的0.08 mm左右的颗粒部分回收；②利用4台黑旋风专门回收0.08 mm以下的石粉；③对进入砂仓的干砂采取了防雨措施，以减少石粉流失；④为了减小成品砂的脱水难度，生产砂时，将成品砂的石粉含量控制在10%～14%。在混凝土拌和时，再添加4%～5%的石粉。

3.5 解决了玄武岩砂脱水难的问题

2007年7月16日，即进入雨季不久，承担混凝土施工的水电四局项目部反映砂的含水率高，无法生产碾压混凝土。监理部当即在现场取样做试验，取样3组，检测结果砂的含水率平均为8%。至此以后，由于雨季及高温季节来临，成品砂的含水率一直在8%左右，合格 （≤6%）率仅为20%，并且很不稳定，给碾压混凝土生产及温控造成较大影响。为解决这一问题，对构成成品砂的粗砂和石粉及成品砂进行了多次检筛分析，并对多种脱水措施进行了实施和试验。经过这些试验，弄清了玄武岩砂脱水难的基本原因为：①金安桥工程玄武岩含铁量高，用磁铁可将石片吸住。在“石打石”的制砂研磨过程中，理顺了砂分子极性，成品砂很容易成团，增强了砂的保水性能。②由于玄武岩料场裂隙多，岩石含泥量大，在生产过程中很难将砂中的泥冲洗干净，增加了脱水难度。基于以上原因，石粉含量在15%以上时，10 d内很难将玄武岩成品砂的含水率降到6%以下。在业主、监理和施工单位共同努力下，采取了毛料开采精细化；每仓砂售空后清洗盲沟及滤料；干湿砂分仓分储，在销售时按15%～20%比例掺干砂等一系列措施后，解决了玄武岩砂脱水及含水量稳定性问题。

3.6 解决了中石 （20～40 mm）、 小石 （5～20 mm）入仓含泥量大的问题

由于受到自然资源的限制，金安桥水电站玄武岩毛料深埋坡积体下平均30多m，碎裂带、断层和夹层密布，因此，毛料的含泥量相当大。在试生产时， 发现大石 （40～80 mm） 和特大石 （80～120 mm）入成品仓的量相对少，冲洗得比较干净。而中石和小石入仓量相对较大，经过三筛的一次冲洗，难以冲洗干净，含泥量偏大。在改造施工时，在中石和小石入仓前增加了冲洗筛进行二次冲洗，保证了中石、小石的成品质量。

4 结论及建议

金安桥水电站人工砂石加工系统改造施工完成后，制砂系统产量满足设计要求。为了解决石粉含量与砂脱水的矛盾，业主决定将砂的石粉含量控制在10%～14%，考虑到运输过程中石粉的损失，监理在实际生产中石粉含量按照11%～15%控制。在长达近半年时间的混凝土施工强度超过原设计的最高强度的情况下，保证了砂石料的供应，创造了玄武岩砂石料全年时段浇筑碾压混凝土的成功先例。

总结经验，笔者提出几个问题供今后砂石加工系统设计时参考：①粗碎生产系统的竖井仅为2 500 mm，井径偏小；②半成品料仓仓容偏小，不利于生产调节和经济运行；③成品料仓仓容偏小，不利于砂石骨料脱水；④超细碎（Barmak9100）的制砂出料，采用大型脱水筛脱水，石粉流失和砂的细度模数损失较大。