大藤峡水利枢纽工程砂石料系统优化设计

吴海金

（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 南宁 530029）

【摘 要】大藤峡水利枢纽工程砂石料系统主要以江口天然料场料源为主，因为江口天然料场存在毛料存量不足的问题，所以需要从马鹿岭红砂岩料场和中桥灰岩料场补充料源，这就要求砂石料系统在不经历大规模改造的前提下，具有能够兼容处理3种料场毛料的能力。这在各个水利、水电工程的砂石系统尚属首例。文章主要结合系统工艺设计，对系统设计中的关键技术进行分析和总结。

【关键词】天然砂石料；工艺流程；兼容性

【中图分类号】TV54 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）03-0062-04

1 工程概况

大藤峡水利枢纽的任务是防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用。工程等别为I等，工程规模为大（1）型水库。砂石加工系统主要供应大藤峡水利枢纽工程主体及导流工程的混凝土所需的骨料及反滤料、垫层料、戗堤围堰混凝土防渗墙填筑料等加工料。砂石料源前期为天然砂砾料，后期可能改为红砂岩料或灰岩料。

砂石加工系统生产大藤峡水利枢纽工程主体及导流工程约714.55×104 m3混凝土的砂石骨料，以及主体工程土石坝和导流围堰的反滤料、垫层料、戗堤砂砾石等用料。总计需要砂石料约1 835.29×104 t。

2 系统生产规模

2.1 系统生产任务

（1）砂石加工系统设计规模必须满足混凝土高峰时段（第3年全年）平均浇筑强度18.58×104 m3/月，反滤、垫层料及砂料第3年平均填筑强度4.04×104 m3/月的生产要求。

（2）砂石加工系统设计的产品为混凝土骨料（80～150 mm、40 ～80 mm、20～40 mm、5 ～20 mm四级粗骨料和<5 mm细骨料）、戗堤料。

（3）混凝土粗骨料由天然砂砾石料筛分获得，细骨料由天然砂砾石料超径石破碎、筛分，采用立轴冲击式破碎机和棒磨机制砂工艺。成品砂应设置脱水设备，以控制成品砂的含水率。碾压砂和常态砂应分别控制石粉含量。

2.2 砂石加工系统规模

根据工程混凝土浇筑强度计划及设计要求，本系统按满足高峰混凝土浇筑18.58万m3/月，垫层料平均强度4.04万m3/月，并取1.2的不均匀系数，砂石加工系统毛料月处理能力按64.57×104 t/月计算，按高峰强度月二班生产，每月工作25 d，每天工作14 h，加工系统毛料处理能力为1 840 t/h，成品骨料生产能力为1 628 t/h。砂石料级配及生产能力计算见表1。

各级成品骨料生产能力如下：

80～150 mm：1 628×2.08%=34 t/h；

40～80 mm：1 628×12.4%=201 t/h；

20～40 mm：1 628×22.43%=365 t/h；

5～20 mm：1 628×29.95%=488 t/h；

<5 mm：1 628×33.14%=540 t/h。

3 砂石加工系统的兼容性

本工程砂石料生产的选定料场为天然砂砾石料，而备用料场为石料场。施工过程中若需要启用备用料场时，砂石加工系统应满足人工骨料生产要求，且改造调整工程量最小。

3.1 关键工艺研究

根据本工程工艺要求，我们认为本系统砂石料加工有如下关键工艺需进行重点分析和研究。

（1）原料处理、加工工艺。由于各个料场距离加工系统远近不一，且各个料场原料的級配均不一致，因此在原料的选配上应该合理搭配，不可单一地采用一个料场的原料进行加工，尽量使进料级配平衡。

（2）制砂工艺。人工砂生产是砂石骨料生产中技术含量最高、难度最大的环节。利用天然料生产人工砂，根据人工砂的质量要求，在选择制砂设备时，应考虑料源的破碎特点，制砂工艺要能及时调整砂的细度模数和石粉含量，保证生产出来的砂能达到质量要求。目前，常用的制砂工艺设备主要有棒磨机和破碎机2种。棒磨机是传统的制砂设备，在国内应用较多，破碎机制砂目前国际上发展较快，应用也越来越多。用于制砂的破碎机种类较多，主要有反击式破碎机、圆锥式破碎机和立轴式冲击破碎机等，其中用于大型人工砂石加工系统且取得成功经验的主要有立轴式冲击破碎机和圆锥破碎机。

3.2 工艺流程

3.2.1 砂石系统采用的主要加工工艺

根据大藤峡枢纽工程的特点和对关键工艺的研究，本系统采用如下加工工艺。

（1）破碎。根据料场勘探资料，本工程砂砾石料的硬度较大，因此宜采用技术先进、性能稳定的破碎设备。本系统采用HP500圆锥破碎机用作中、细碎破碎車间的破碎设备。

中碎车间主要承担了粒径大于80 mm的破碎任务，其目的是处理进仓后大于80 mm的物料。细碎车间主要承担40～80 mm的破碎任务。

（2）筛分冲洗。本砂石加工系统共设第一筛分、第二筛分、第三筛分。全部为湿式筛分。为合理地布置砂石系统，我们将第一筛分车间设为双层筛分楼，共4组，上层为3YKR2460振动筛，下层设置3YKR2460振动筛，按级配要求满足进仓后，将筛分后>80 mm的物料送入中碎车间破碎，40～80 mm的送入细碎车间破碎，5～40 mm的送入超细碎车间制砂。小于5 mm的砂子进入螺旋分级机洗泥后，通过胶带机送入天然料成品砂仓。第二筛分车间布置4台3YKR2460圆振动筛，主要是将中细碎破碎后的物料进行分级，人工砂进仓后，5～40 mm物料进入超细碎车间制砂。第三筛分车间布置5台2618VM高频筛，主要是对超细碎车间破碎后的物料进行分级进仓及进入棒磨机制砂。

（3）制砂。本砂石系统制砂工艺，采用目前B9100立轴破碎机和常规的棒磨机（MBZ2136）联合制砂。立轴破碎机料源为一筛和二筛后5～40 mm的物料。棒磨机料源为立轴破碎机破碎后3～20 mm的物料。立轴破碎机破碎后进行筛分，筛网设置为5 mm×5 mm，3 mm×3 mm，通过分级达到控制成品砂细度模数。

（4）废水处理。设计本系统的废水处理流程如下。一筛车间废水：车间废水→辐流沉淀池→旋流器→真空过滤脱水→回收水池；二筛车间、三筛车间和棒磨车间废水：其他车间废水→集砂池→石粉回收装置→2#辐流沉淀池→旋流器→真空过滤机脱水→回收水池→泵→各用水点。

3.2.2 工艺流程设计平衡计算

主要破碎设备的产品粒度特性，综合考虑相关设备厂家提供的同类岩石的试验数据选定（见表2）。

3.2.3 江口料场各级配计算

根据勘探资料江口砂砾石料场砂砾料颗粒中粗骨料的获得率按95%计算，细骨料按65%计算，江口料场开采后获得级配见表3。

3.2.4 流程設计计算

根据上述工艺流程和主要破碎设备产品粒度特性，砂石加工系统工艺流程计算结果见表4。

3.2.5 车间处理量

根据流程计算表的结果和系统总处理量，计算出各车间的处理量（见表5）。

3.3 设备选型与配置

（1）中碎车间：根据中碎车间处理量为332 t/h的要求，中碎选用1台HP500圆锥破碎机，用于处理第一筛分车间筛出粒径大于80 mm的石料，单机处理能力为520 t/h。设备符合率为64%，该设备产量高、性能稳定；经破碎后的石料粒形好，针、片状含量极少。

（2）细碎车间：细碎车间处理量为239 t/h，选用1台HP500破碎机，单机处理能力为360 t/h，设备负荷率为66%，该设备产量高、性能稳定。破碎后的产品粒形好，针、片状含量极少。

（3）制砂设备：制砂车间B9100、MBZ2136处理量分别为1 357 t/h、155 t/h，配备目前国际先进的B9100立轴破碎机5台和MBZ2136棒磨机6台。立轴破碎机设备负荷率为75%，棒磨机设备负荷率为74%，2种制砂设备性能优越，砂产品质量好。

（4）筛分与脱水设备：第一筛分车间为筛分楼结构，共4组，选用8台3YKR2460圆振筛，上、下各4台；第二筛分选用4台3YKR2460圆振筛；成品砂脱水选用ZSG1233直线筛。第三筛分车间选用先进的进口高频筛5台2 618 vm。

（5）洗砂设备：洗砂设备选用XL762螺旋分级机14台，单机功率为7.5 kW，FC-15螺旋分级机5台，单机功率为11 kW。

3.4 工艺设计的兼容性、便利性、经济性

在进行工艺计算时，先对3种不同的料源进行工艺计算和工艺设计，选用的破碎设备能适用不同料源的破碎，中细碎设备选用圆锥破碎机HP500各1台，该设备为进口设备，既适用于天然砂砾石料的破碎，也适用于备用料场启用后石料的破碎。制砂设备选用5台B9100立轴破碎机加6台棒磨机联合制砂，该设备既能保证天然料人工砂的生产，又能在备用料场启用后，适用于石料场料源的制砂生产。该工艺方案保证了系统设计的兼容性与便利性。

根据备用料场岩石岩性及物理力学指标，启用备用石料场后，中细碎共增加3台HP500圆锥破碎机，启用中桥料场时，中细碎车间共增加了2台NP1520反击式破碎机，为保证改造调整量最小，在系统布置时，预留了中细碎车间启用料场后需增加设备的场地。此措施保证了备用料场启用后，系统设计的便利性。

工艺设计时，考虑备用料场启用后，能充分地利用天然料生产的设备，保证改造的经济性。中桥灰岩料场启用后，将第一筛分车间4台3YKR2460圆振动筛（第一筛分车间下层的振动筛在原工艺设计时，只需2层筛网，但考虑到系统改造需要，配置了3层筛网的振动筛）、洗砂机、脱水筛拆除后安装至二筛车间。这既节省了设备采购时间，又节约了改造成本。该方案保证了设计改造的兼容性。

通过以上措施，既保证了天然料系统设计的兼容性、便利性、经济性，又保证了系统改造备用料场启用时不影响生产的持续性。

4 结语

大藤峡水利枢纽工程砂石料系统的特点主要有以下方面：系统主要依靠天然骨料筛分工艺及破碎制砂工艺；通过很少的改造量，系统可具备生产天然砂砾石、砂岩、灰岩3种类型骨料的能力；废水处理系统采用目前较先进的真空带式过滤机配刮泥机的脱水干化工艺。砂石系统运行正常后，废水处理系统达到生产废水零排放的标准，解决了以往砂石系统废水处理的难题。

[1]SL 303—2004，水利水电工程施工组织设计规范[S].

[2]DL/T 5098—2010，水电工程砂石加工系统设计规范[S].

[3]GB 10595—2009，带式输送机技术条件[S].

[4]GB 8978，污水综合排放标准[S].

[5]GB 50014—2006，室外排水设计规范[S].

[6]国环字第002号，建设项目环境保护设计规定[S].

[7]SL 667—2014，水利水電工程施工交通设计规范[S].

[8]SL 535—2011，水利水电工程施工压缩空气及供水供电系统设计规范[S].

[责任编辑：钟声贤]