嘉陵江草街航电枢纽工程马鞍山人工砂石加工系统优化及改造

于凌波，陈轲，李善起

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 工程概况

马鞍山砂石加工系统承担草街航电枢纽工程船闸、厂房、5孔冲沙闸等部位混凝土所需骨料的生产任务，主体工程混凝土量180万m3，需砂石净料量418.00万t，其中碎石296.78万t，砂121.22万t。根据混凝土高峰期月浇筑强度11.22万m3/月，考虑浇筑损耗，不考虑成品料仓调节能力，砂石加工系统需要成品骨料生产能力为470 t/h，砂子生产能力为197 t/h。

2 砂石加工系统建成时生产工艺流程及设备配置

2.1 系统布置

砂石加工系统位于嘉陵江左岸草街镇的马鞍山，由粗碎车间、半成品料仓、一级筛分车间、中碎车间、二级筛分车间、三级筛分车间、细碎制砂车间、石粉回收车间、2个调节料仓及成品料仓组成，各车间之间用胶带机连接，占地面积5.5万m2。

2.2 工艺流程

为了确保草街航电枢纽工程施工进度和工程质量，砂石加工系统设计遵循工艺先进可靠，生产能力满足工程需要，成品砂石质量符合规范要求为原则，根据马鞍山砂石加工系统的特点、料源的岩性和类似工程的经验，本系统采用湿法生产的加工工艺。

破碎工艺采用粗碎、中碎、细碎（制砂）三段破碎工艺，其中：粗碎为开路生产，中碎、细碎（制砂）与三级筛分为闭路循环。筛洗工艺采用预筛分、分级筛分和脱水筛分3种筛洗工艺，并建立了一、二、三级筛分车间，石粉回收装置起调节砂的石粉含量和细度模数作用。

2.3 主要设备配置

系统主要设备配置及特性见表1。

表1 系统主要设备配置及特性Table1 Themain equipment configuration and characteristicsof the system

粗、细碎车间各选用2台反击式破碎机，其车间结构简单、土建工程量小、建设工期短，且该设备具有破碎性能优越、生产效率高、破碎比大、产量高、粒形好、针片状含量极少等优点。粗碎用反击式破碎机是砂石加工系统的发展方向，但目前都是进口，价格比较高，而且此类设备适用于中等硬度以下的岩石。

制砂设备选用冲击破碎机和棒磨机联合生产。立轴式冲击破碎机具有破碎比大、土建工程量小、建设快、产量高、生产运行费用和砂的单价低等优点，但存在砂的细度模数高、质量不稳定的缺点。为此，增设了棒磨机及细砂回收设备，使砂的细度模数达到2.6～2.8之间，满足了规范要求[1]。

2.4 设计处理能力

根据加工系统各级配需用量的计算，各主要车间的设计处理量及设备负荷率见表2。

表2 主要车间的设计处理能力Table 2 The design processing capacity ofmain workshop

3 系统生产存在问题及优化改造

由于马鞍山砂石系统施工管理的起点和标准都很高，使得生产方面工作面临严峻考验。经过多年的生产运行，暴露出系统在生产工艺及设备选型上存在问题。

3.1 存在问题及改造措施

3.1.1 粗碎车间

马鞍山砂石系统建成后，由于料源质量差，且超径蛮石的比率大，严重制约粗碎车间的生产效率，车间故障频繁，成为生产的“瓶颈”环节。由于粗碎车间2台破碎机生产情况不稳定，为了排除生产过程中出现机械故障的一切可能，项目部投入大量人力物力，整体更换机械传动部件并进行相应改造。

PRM13反击式破碎机由于设备老化，耐磨件磨损严重，破碎机锤头经常出现断裂和脱落等情况。改造方法：将PRM13破碎机转子总成和衬板全部换新，提高设备工况，保证生产效率。

NP1313反击式破碎机在安装期间，由于振动喂料机与破碎机之间高差超过设计要求，造成进料漏斗超长，毛料频繁堵塞。改造方法：将NP1313破碎机整体抬高1 m，缩短进料漏斗长度，减短堵塞通道。

3.1.2 中碎车间

中碎及一筛车间是整个系统的“心脏”环节[2]，但由于电站工程四级配混凝土的额外增多，特大石骨料数量的大幅增加，设备轧制强度加大，造成筛分机筛框震裂、筛网磨损。同时破碎机衬板、胶带机皮带、集料斗等部位也损坏严重，各种配件更换频繁，严重制约了系统的正常生产。

1） 3号、4号振动筛

由于2台振动筛长期满负荷甚至超负荷运转，经常出现横梁、纵梁及筛壁断裂，筛网破损和轴承抱死等故障，设备整体损坏严重，虽经多次大修但效果并不明显。因此新购2台南昌矿山的3YKRH2060重型振动筛，更换原有3号、4号振动筛，以彻底改善一筛车间的生产情况。

2） 新增一筛

针对系统特大石生产数量的增加，为更好地调节骨料生产级配，需要对新增一筛进行改造，使其同时具备生产特大石、大石的能力。改造方法：增设1条胶带机，使新增一筛生产的骨料具备输送特大石和大石成品料仓的能力。

3） BS150破碎机

中碎BS150破碎机因故障一直停用，国内专业的破碎机械制造厂家制定了针对性的维修方案，将设备送至制造厂进行返修、改造。另外，针对系统中制砂车间压力偏大，且中碎车间在设计处理能力上富裕过大，决定在BS150破碎机修复后，调整2台中碎破碎机锤头与衬板的间隙，减小中碎破碎机出料粒径，减轻制砂车间负荷，提高细骨料产量。

3.1.3 细碎车间

砂石加工系统工艺性试验数据显示，由于采石场的料源存在缺陷，导致成品砂产量偏低。为了保证系统成品砂的产量及质量，决定对制砂机进行改造，以提高其生产能力。同时决定新购置1台MFI800制砂机，以提高制砂车间处理能力。

3.1.4 石粉回收车间

马鞍山砂石系统采用的是湿法生产，石粉的流失量较大，而石粉含量是成品砂的一个重要质量指标。石粉回收不但可以提高成品砂的质量，增加成品砂产量，同时还可以减少废碴排放，有利环境保护。但由于系统最初设计的细砂回收设备生产效果差，已经停止运行。为保证石粉回收效果，通过对棒磨机进行工艺改造，以及新增石粉回收设备，成功解决了砂石系统中成品砂细度模数偏大、石粉含量偏低的难题[3]。

1） MZB2136棒磨机

通过2台MZB2136棒磨机生产原理及生产情况的分析比对，将MZB2136棒磨机下面的螺旋洗泥机倾角由原先的15°改为3°，然后减少棒磨机的进水量，使洗泥机的水洗工艺改为半水洗工艺。棒磨机料源为3～5 mm骨料，在之前加工工艺中已经过3次水洗，料源相对干净，含泥量低，所以棒磨机生产出来的细砂基本不含杂质。由于改为半水洗，减少一道关键的水洗工艺，石粉流失量大大减少，这套“独创”的改造工艺，使得2台棒磨机每小时可多生产近5 t细砂。

2） 链式刮砂机

由于系统原有设计的细砂回收设备生产情况不理想，决定于三筛附近增设2个链板式刮砂机。因为采用了实用可靠的生产工艺及生产设备，细砂回收产量得到大幅提高，每小时可多生产近10 t细砂。

3.1.5 成品砂含水

成品砂产量偏低的同时，脱水困难也成为马鞍山砂石生产系统的另一个生产难题。在分析成品砂含水率居高不下的主要原因后，通过试验找出了最优工艺路线、设备配置，并总结出了有价值的技术参数。

通过对洗砂机下的高频脱水筛进行倾角、位置调整，合理利用成品砂仓场地循环堆料等细节问题的改进，成功地将成品砂的含水率控制在允许范围内，解决了人工砂生产中的关键技术难题。

3.2 系统改造新增设备

系统改造新增设备见表3。

表3 系统改造增加设备Table3 Theadded deviceof system modification

3.3 系统改造效果

马鞍山砂石系统进行全面改造后，彻底改善了关键设备的工况，提高了系统的生产效率，骨料产量及质量均有大幅提升，并且成功解决了砂石系统出现的成品砂细度模数偏高、石粉含量偏低的难题。系统改造完成后，砂石骨料生产能力稳定保持在700 t/h以上，其中成品石料生产能力达到520 t/h，成品砂料生产能力达到230 t/h，较系统改造前实际生产能力500 t/h提高了近40%，证实系统改造成效显著。

4 结语

马鞍山砂石生产系统通过本次系统改造，系统运行稳定、可靠，骨料产量、质量大幅提高，石粉回收效果明显，获得较为明显的经济效益。马鞍山砂石加工系统改造是在边生产运行边改造的情况下逐步进行的，完成的所有改造项目均达到预期的目的，可为其它砂石系统的改进提供借鉴，也可供砂石料生产系统参考。

[1]中交第一航务工程局有限公司.重庆市嘉陵江航运开发草街航电枢纽船闸工程土建施工及金属结构安装标段施工组织设计[R].2005.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Construction management plan for civil construction and metal structure installation sections of Chongqing Jialing River shipping development Caojie navigation-power junction lock project[R].2005.

[2] 吕樟顺.关于人工砂石系统工艺设计的若干问题[J].水利发电，1980（3）：28-33.LYU Zhang-shun.Some problems in process design of artificial aggregate system[J].Water Power,1980(3):28-33.

[3] 王永祥，王明清.大朝山水电站人工砂石料系统的石粉回收[J].水利发电，2001（12）：51-52，58.WANG Yong-xiang,WANGMing-qing.The powder recovery of the artificial aggregate system o f Dachaoshan Hydropower Station[J].Water Power,2001(12):51-52,58.