老挝南坎2水电站砂石加工系统的设计与研究

尹 斌， 李 阳

(中国水利水电第十工程局有限公司 国际公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南坎2水电站位于老挝琅勃拉邦省东南方向约30 km的南坎河与湄公河汇合口上游68 km处，为二等工程，工程规模为大(2)型。坝址以上流域面积为5 167 km2，坝址多年平均流量为67 m3/s。水库正常蓄水位高程475 m，相应总库容6.862亿m3，死水位高程465 m，调节库容2.291亿m3，电站装机容量为130 MW。

该项目砂石加工系统的主要任务是向枢纽工程和导流工程混凝土浇筑提供砂石骨料，以生产二级配、三级配混凝土粗细骨料为主，同时可生产部分喷混凝土用细石料。该项目主体工程混凝土总量约为250.46万m3，共需制备成品砂石料总量551万t。

2 设计原则

(1)为确保施工进度和工程质量，砂石系统的设计遵循加工工艺先进可靠，成品砂石质量符合规范要求，砂石生产能力满足工程需要的原则。

(2)针对工程混凝土高峰浇筑强度持续时间较长和混凝土浇筑的不均衡性，砂石系统的设计需具有足够生产能力的加工设备。

(3)针对主体工程混凝土在不同时段具有不同的混凝土浇筑级配，砂石系统的工艺流程和设备配置应具有较强的灵活性和级配调整能力，满足不同工况时产品级配的平衡要求。

(4)为提高砂石系统长期运行的可靠性，砂石系统加工的关键设备需采用国内外知名厂家制造的产品并具有生产技术先进、制造工艺成熟、产品性能优良、产品质量可靠、材质坚韧耐磨、使用高效节能的优势。

(5)人工砂的生产工艺釆用以破碎制砂为主、棒磨机制砂为辅的工艺措施。

(6)充分利用地形地貌特点,使总体布置紧凑、合理。

3 料场特性及关键工艺选择

项目部根据所获得的资料得知：石料场岩性为三叠系上统上段第一层深灰色、灰色微～细晶灰岩及炭质灰岩夹少量钙质板岩。弱、微风化灰岩湿抗压强度一般为53.7～85.6 MPa，平均值为65.12 MPa，干抗压强度一般为58.4 ～98.6 MPa，平均值为82.08 MPa。

砂石系统需要处理的毛料抗压强度较低，粗中碎选用破碎比大的反击式破碎机，可有效减少系统运行期的耗能，减少项目运行成本。

针对灰岩料源，立轴式冲击破碎机(巴马克)以制砂为主，辅以常规棒磨机的制砂工艺具有广泛的成功经验。立轴式冲击破碎采用石打石的工作原理，其设备磨损少，加工性能优越，单机过流能力大、出砂率高，产品级配合理，细度模数适中且稳定，产品粒形方正，质量可靠。

为保证细骨料石粉含量满足规范要求，混凝土用砂采用湿法生产。相较于干法和半干法，湿法生产出来的骨料砂子表面清洁，观感性好，质量较好，能有效控制粉尘污染，同时其最重要的是能有效控制砂中石粉的含量，保证细骨料的生产质量。

4 系统规模

(1)成品砂石料月需要量。砂石加工系统设计的生产规模按满足混凝土高峰月浇筑强度10.5万m3计，成品砂石料月需要量为：

Q1=QmcA=10.5×2.2=23.1(万t/月)

式中Q1为成品砂石料月需要量；Qmc为混凝土高峰月浇筑强度；A为每m3混凝土的砂用量。

其中成品大石(粒径40～80 mm)：3.003万t/月，成品中石(粒径20～40 mm)：5.89万t/月，成品小石(粒径5～20 mm)：5.89万t/月，成品砂(粒径<5 mm)：8.316万t/月。

(2)砂石加工系统的月处理能力[1]。

Qm=Q1[(1-γ)/η1+γ/η2]

=23.1×[1-0.36]/0.85+0.36/0.8]

=27.8(万t/月)

式中Qm为砂石加工系统月处理能力；γ为砂率；η1为计入开采、加工、运输等损耗后的粗骨料成品率；η2为计入开采、加工、运输等损耗后的细骨料成品率。

(3)砂石加工系统小时处理能力。

Qh=Qm/(MN)=27.8 /(25×14) ×1 000

=795(t /h)

式中Qh为砂石加工系统小时处理能力；M为月工作日数，取25 d；N为日工作小时数，取14 h。

由以上数据可得，该砂石加工系统小时处理能力按800 t/h设计能够满足施工需要。

(4)各级骨料的生产强度。加工系统的小时生产能力为700 t/h，根据工程需要各级骨料的生产强度为：

砂(粒径〈5 mm)：

Q砂=71×36%=252(t/h)

小石(粒径5～20 mm)：

Q小=700×25.5%=178.5(t/h)

中石(粒径20～40 mm)：

Q中=700×25.5%=178.5(t/h)

大石(粒径40～80 mm)：

Q大=700×13%=91(t/h)

5 工艺流程

(1)破 碎。破碎采用粗碎、中碎和细碎三段破碎工艺，其中粗碎和中碎开路生产，细碎为闭路循环生产。各段破碎的粒径范围及破碎比见表1。

表1 各段破碎的粒径范围及破碎比表

粗碎选用2台诺德伯格NP1313反击式破碎机，用于处理采石场开采的毛料。

中碎选用2台诺德伯格NP1315反击式破碎机，用于处理预筛分后粒径大于80 mm和部分粒径为40～80 mm的多余石料。

细碎选用1台诺德伯格NP1315反击式破碎机，用于处理成品筛分后部分粒径大于40 mm的石料。

(2)制 砂。该砂石系统制砂工艺以目前国际先进的B9100立轴式冲击破碎机(巴马克)制砂为主[2]，辅以常规的棒磨机(MBZ2136)制砂进行调节，制砂料源主要利用筛分分级满足成品碎石需用量后多余的部分粒径为5～20 mm的石料及筛分楼产出多余的粒径为1.2～5 mm的粗砂。

(3)筛分冲洗。该系统共设预筛分、成品筛分、立轴破筛分三种筛洗工艺。工艺流程见图1。

6 主要设备的选型与配置

6.1 选型原则[3]

图1 工艺流程图

(1)为提高砂石系统长期运行的可靠性，砂石系统加工的关键设备采用技术领先、质量可靠、单机生产能力大、使用经验成熟的国际先进设备；

(2)设备生产能力、产品粒度满足工艺和质量要求，并能适应混凝土级配的变化；

(3)尽量选用相同规格型号的设备，以简化机型，方便维修；

(4)尽量选用便于操作，工作可靠，节省投资、能耗及其它消耗低以及能降低运行管理费用的设备。

6.2 设备的选型与配置

(1)粗碎车间。根据粗碎车间的处理量不小于800 t/h的要求，粗碎选用2台诺德伯格C120鄂式破碎机，用于处理采石场开采的毛料。破碎机进料口尺寸为1 000 mm×760 mm，电机功率为160 kW，当紧边排料口尺寸最小设置为150 mm时，单台破碎机的处理能力为340～475 t/h。在受料平台选配了2台ZSW1560型号的振动给料机，其最大处理能力为400～750 t/h.功率为37 kW。

(2)预筛分车间。预筛分车间选用1台型号为2KYRH3075、具有二层筛的圆振动筛，生产能力为600～1 824 t/h，功率为55 kW。在半成品料仓配置了3台型号为GZ500的振动给料机给料；同时配置了一台2XLZ914洗石机，处理能力为200 t/h,，功率为60 kW。

(3)中、细碎。中、细碎车间的处理量分别为557 t/h、256 t/h，中碎选用2台诺德伯格NP1315反击式破碎机，细碎选用1台诺德伯格NP1315反击式破碎机。中碎破碎机当紧边排料口尺寸最小设置为60 mm时， 单台破碎机的处理能力为300～400 t/h。中碎破碎机当紧边排料口尺寸最小设置为25 mm时，单台破碎机的处理能力为200～300 t/h。

(4)第二筛分车间。选用4台型号为3YKR3075的破碎机、具有三层筛的圆振动筛，筛孔尺寸为5～40 mm，生产能力为800～1 200 t/h，功率为30 kW。

(5)制砂设备。制砂车间的巴马克、棒磨机处理量为639 t/h、26 t/h，制砂设备配备了2台巴马克B9100立轴式冲击破碎机和1台MBZ2136棒磨机。巴马克B9100立轴式冲击破碎机的单机过流能力为300～450 t/h，其产砂量为80～100 t/h，MBZ2136棒磨机的制砂量为40～60 t/h。

(6)第三筛车间。选用四台型号为3YKR3075的破碎机、具有三层筛的圆振动筛，筛孔尺寸为3～15 mm，生产能力为800～1 200 t/h，功率为30 kW。同时配置了四台型号为FC15的洗砂机，功率为11 kW。

7 生产废水处理及回收系统的设计

该系统的供水工程主要供应砂石加工系统生产过程中的砂石骨料冲洗、设计防尘用水等。设计最高用水量为800 m3/h。

系统产生的废水与雨水采用分流制的排水方式。筛分及制砂车间的废水经独立的排水系统汇集自流到水处理车间，而其它废水和水回收车间在工作过程中产生的排污水汇合、在达到排放标准后经排水沟排至河道。

废水处理工艺流程[4]：筛分系统等各类冲洗废水经排水沟汇集后经辐流式沉淀池初步沉淀，当通过斜管式沉淀池处理后的废水达到SS≤50 mg/L要求后通过水泵抽至高位水池、达到生产用水循环利用的目的。

(1)辐流式沉淀池。砂石系统污水处理的预沉淀采用钢筋混凝土辐流式沉淀池，其设计流量Q=800 m3/h；停留时间为1 h；外形尺寸为16 m×4 m；表面负荷为4 m3/(m2·h)。

(2)斜管式沉淀池。采用异向流斜管式沉淀池结构，蜂窝斜管为φ25六角型硬质PVC蜂窝管。排泥方式为泵吸、虹吸两用吸泥桁车排泥。按出水浊度为50 mg/L的标准，沉淀池有效净水面积为66.67 m2，结合排泥桁车的规格尺寸，将沉淀池的池体外框尺寸设计为10 000 mm×

8 000 mm，池体高度为4 000 mm。

8 系统贮仓、堆场的布置与设计

为满足系统生产连续性要求，在系统内分别布置了毛料仓、半成品料仓、筛分、中碎、细碎、制砂调节料仓和成品料仓[5]。

毛料受料仓共两个，单个存料容积为100 m3，半成品料堆总容积约为10 000 m3，可保证粗碎机生产的连续性和调节性。

筛分调节料仓总容积为6 000 m3，制砂调节料仓总容积为6 000 m3，中、细碎调节料仓的体积分别为160 m3和80 m3，起调节和均匀供料的作用，以保证筛分机、制砂设备和中、细碎生产的连续性。

成品料分大石料堆、中石料堆、小石料堆与砂堆，总堆容能满足混凝土浇筑7 d的调节量。其中大石料堆活容积为6 000 m3，中石料堆活容积为12 000 m3，小石料堆活容积为12 000 m3，砂堆活容积为18 000 m3。

成品料仓均设防雨棚，料仓采用钢筋混凝土底板并在底板上设排水孔，以保证成品料含水率稳定；在粗骨料料堆均设有缓降器，以防止碎石骨料发生再次破碎，确保成品碎石逊径含量不超标。

9 成品砂石料的质量指标

在该系统工艺设计中，通过对关键生产工艺的研究，采用了合理的破碎、制砂、筛分和砂处理等生产工艺，对生产过程中影响产品质量的环节采取了相应的改善措施，使所生产的成品砂石料产品质量满足质量技术要求。

10 结 语

该加工系统粗生产的骨料产品级配合理，产品粒形方正，质量可靠，满足规范要求。但在实际生产中也遇到了一些问题，如在工艺流程中，为控制砂中石粉的含量，采取了湿法生产制砂工艺，其虽然能保证砂的石粉含量满足要求，但加大了对废水处理的难度；同时，砂的石粉含量处于规范要求的中下限。如果能回收部分石粉并将其掺和到成品砂中，既能保证石粉含量不超标，也避免了不必要的浪费，可降低系统的运行成本。