SETH水利枢纽工程人工骨料加工系统设计

陈 涛

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730046）

1 工程概况

SETH水利枢纽碾压混凝土重力坝混凝土浇筑主体工程总量约83.16万m3，其中大坝工程混凝土浇筑约为76.57万m3。临建工程混凝土浇筑约为0.5万m3；厂房混凝土约3万m3。因此，萨尔托海水利枢纽混凝土总量约86.7万m3，其中三级配混凝土浇筑约62.5万m3，二级配混凝土浇筑约24.2万m3。大坝及电站各标砂石骨料需要量如表1所示。

2 系统设计

2.1 设计依据

中华人民共和国电力行业标准《水利水电工程砂石加工系统设计导则》（DL/T5098-1999）；《水利水电施工组织设计规范》；粒度特性：破碎产品粒度特性采用相关设备厂家提供的试验数据（同类岩石）。

2.2 设计原则

一是确保SETH水利枢纽工程施工进度和工程质量，砂石系统设计遵循“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。

二是在保证砂石生产质量和数量的前提下，选择砂石单价相对较低，总投资相对较少的设计方案。

三是为提高砂石系统长期运行的可靠性，砂石系统加工关键设备采用技术领先、质量可靠、单机生产能力大、使用经验成熟的先进设备。

四是充分利用地形地貌特点，使总体布置紧凑、合理，降低工程造价。

2.3 系统总规模

2.3.1 整体能力 根据本标段施工进度安排，混凝土叠加浇筑高峰强度为5.8万m3/月。考虑因客观原因造成工期滞后而抢工期以及其他施工单位混凝土浇筑的需要，砂石系统规模设计按混凝土浇筑6万m3/月考虑。

加工系统按2班工作制、每班8 h、每月按25 d计，则月工作时间为400 h，1 m3混凝土用砂石骨料2.25 t，砂石成品率统一按75%考虑，则小时生产强度：（60 000×2.25）÷（25×8×2×0.75）＝450 t/h。考虑适当富余，系统生产能力按500 t/h设计。

2.3.2 各车间生产能力 根据骨料的需求比例，结合系统工艺流程，各段砂石骨料加工能力分析如下：一是粗碎。本标段外运开挖有用料经过粗碎车间颚式破碎机后，直接进筛分出40～80 mm的粗骨料，试验岩石通过颚式破碎机后，粗骨料中针片状成品含量较少，粒径较为均匀，产量较大，能够满足施工需要。粗碎车间生产率按系统的总生产能力500 t/h设计。二是中碎。中碎车间主要是生产5～40 mm的中石、小石，中碎成品料中各组种粒径料可根据使用情况作为制砂原料，中碎车间的生产能力按中石、小石的需要量设计，并考虑后段制砂的需求。需要的中石、小石占总量的45%，中碎车间生产率按375 t/h设计。三是制砂。砂石骨料中砂的用量占35%，制砂车间生产率按175 t/h考虑。常态砂和碾压砂要分别堆存，工艺满足同时或单独生产此2种砂（见表2）。

表2 砂石骨料车间生产率

3 流程设计

3.1 总流程工艺方案

砂石骨料加工系统是大坝工程的一个附属项目，生产大坝和电站厂房砼骨料。为保证成品粗骨料的质量，控制针片状含量，采取多段破碎的工艺设计方案。粗碎为开路生产，依次为粗碎车间、第一筛分车间、中碎车间、第二筛分车间及制砂车间、第三筛分车间。制砂车间为闭路生产。

3.2 工艺流程过程简述

根据工程所需骨料的要求，本砂石加工系统共由毛料处理（粗碎）车间、第一筛分、中碎、第二筛分、制砂、第三筛分等车间组成。具体流程过程如下：采石场开采的≤750 mm的石料由自卸汽车运输至粗碎车间受料仓，受料仓中设有I16工字钢网格，并派专人维护，以避免堵料。石料经受料仓下方安装的ZSW150×600振动给料机均匀放料至ASD4836颚式破碎机进行粗碎，粗碎后的石料经1#胶带输送机送入半成品料堆，后经半成品料堆下方安装2台的GZG125-150的振动给料机均匀放料至2#胶带输送机后送入2YKRH2460重型振动筛进行第一次筛分。2YKRH2460重型振动筛上层安装80 mm×80 mm规格筛网、下层安装40 mm×40 mm规格筛网。筛分后，经振动筛前出料端的分料斗调节，选择适量的40～80 mm规格的石料经19#胶带输送机至成品料堆堆存；＞80 mm的石料和＜40 mm的石料及部分40～80 mm的石料经3#胶带输送机至GPY300S单缸液压圆锥破碎机进行中碎。中碎后的物料经4#胶带输送机送至2台并列的3YKR2460振动筛进行二次筛分。3YKR2460振动筛上层安装40 mm×40 mm规格筛网、中层安装20 mm×20 mm规格筛网、下层安装5 mm×5 mm规格筛网，经筛分后的＞40 mm（上层筛网上）的石料经5#和6#胶带输送机返回调节料仓，经调节料仓下的1台GZG80-125振动给料机均匀给料至1台HPY300多缸液压圆锥破碎机做再破碎，破碎后的物料经4#胶带输送机至2台并列的3YKR2460振动筛进行筛分；经该振动筛出料端的分料斗调节，选择适量的20～40 mm规格石料经8#和22#胶带输送机至成品料堆堆存，选择适量的5～20 mm规格石料经9#和21#胶带输送机至成品料堆堆存；＜5 mm的石料（下层筛网筛下）经7#和10#胶带输送机送至制砂料堆，经8#、9#胶带输送机出料端的分料斗调节后多余部分的20～40 mm、5～20 mm的石料经10#胶带输送机送至制砂料堆。经制砂料堆下方安装的2台GZG80-125的振动给料机均匀放料至11#胶带输送机后送入2台并列的PLS-1000Ⅱ立式冲击破碎机进行细碎制砂，细碎后的石料经12#胶带输送机送至2台并列的3YKR2475振动筛进行三次筛分。3YKR2475振动筛上层安装10 mm×10 mm规格筛网、中层安装5 mm×5 mm规格筛网、下层安装3 mm×3 mm规格筛网。经筛分后＞5 mm（上、中层筛网上）和部分3～5 mm的石料（经分料斗调节）经13#和14#胶带输送机返回立式冲击破碎机做再破碎。另一部分3～5 mm的物料经16#胶带输送机及其出料端的分料斗调节后分成两部分，一部分经20#胶带输送机至碾压砂成品料堆堆存；另一部分经18#和19#胶带输送机至常态砂成品料堆堆存。

4 工艺设计基本特点

一是于粗碎车间后及制砂车间前均设置调节料堆，使粗碎、中碎和制砂成为相对独立的分单元，具有更好的适应性和调节性。

二是中碎采用GPY单缸液压圆锥和HPY多缸液压圆锥配合生产，这2种圆锥均采用国际先进技术生产，采用层压破碎形式，不仅产量大，粒型也好，该种使用形式广泛用于水电工程项目骨料生产中。其选用的HPY多缸圆锥，负荷率低，具有更好的适应性和调节性。

三是制砂设备选用PLS立式冲击破碎机，是水电工程中主流的制砂设备，具有成品率高、砂子粒型好、级配合理等优点。制砂设备数量选用2台，单机负荷率低，具有更好的适应性和调节性，可适应一定量的增容。

四是第三筛分车间选用2台三层圆振筛，中下筛网选配分为5 mm×5 mm和3 mm×3 mm规格，通过选择部分3～5 mm石料返回制砂机做再破碎的方法来调整砂子级配，该方法简单、效果好，已广泛用于水电行业制砂生产中。

5 设备选型

5.1 粗碎设备

根据各车间生产能力，粗碎设备选定1台ASD4836颚式破碎机，最大进料粒度为800 mm，当颚板开口为150 mm时，处理能力440 t/h，即可满足工艺要求，最大排料粒度约为250 mm，负荷率为0.85。

其主要技术参数：给料口尺寸宽910 mm，长1 220 mm；最大给料尺寸770 mm；出料粒径75～250 mm；主电动机功率160 kW；生产率280～620 t/h；重量42 t。

5.2 中碎设备

粗碎料进入中碎前需经过预筛分，选出合适比例的40～80 mm大石，即500×15%=75 t，进入中碎的石料流量为425t。中碎设备初步选用GPY300S-EC单缸液压圆锥破碎机和HPY300F多缸圆锥破碎机配合使用。其中，GPY300S-EC单缸圆锥破碎机最大进料粒度为320 mm，CSS=40 mm，处理能力为490 t,负荷率为0.87。依据其出料粒度曲线，＜40 mm石料占70%，＜20 mm石料占25%，＜5 mm石料占5%。

经GPY300S-EC单缸圆锥破碎后的石料进行筛分后，＞80 mm的127.5 t/h的石料进入HPY300F多缸液压圆锥破碎机进行破碎。该机最大进料粒度为108 mm，CSS=20 mm，处理能力为210 t/h，负荷率为0.61，最大出料粒度＜40 mm。其出料粒度中＜20 mm石料占85%，＜5 mm石料占25%。

GPY300S-EC圆锥主要技术参数：破碎锥大端直径1 200 mm；进料口尺寸380 mm；最大给料尺寸320 mm；排料口尺寸35～45 mm；生产能力350～520 t/h；电机功率250 kW；重量24 t。

HPY300M圆锥主要技术参数：破碎锥大端直径1 100 mm；进料口尺寸150 mm；最大给料尺寸120 mm；排料口尺寸16～45 mm；生产能力170～430 t/h；电机功率220 kW；重量26 t。

5.3 制砂设备

依据工程需要量要求，制砂车间综合制砂能力应达到175 t/h。依据中碎段的通过能力及出料级配，经中碎后约会产生0～5 mm砂为53 t/h，故经制砂车间需增加122 t/h的制砂量。制砂车间制砂设备配备PLS-1000Ⅱ立式冲击破碎机2台，中心叶轮单机通过能力为280 t/h，其成砂率按35%计算，实际单机通过能力约为200 t/h，负荷率约为0.71。

依据生产工艺，在实际生产中，或调整部分3～5 mm石料回到制砂机做再破碎，以调整砂子细度模数，该选型制砂机通过能力具有充足的调整余量。

其主要技术参数：叶轮转速1240～1460r/min；最大入料粒径60 mm；出料粒径5 mm(20%～60%）；处理能力250～400 t/h；功率2×200 kW；设备重量17 t。

5.4 第一筛分车间筛分设备

依据生产工艺，第一筛分车间处理量为500 t/h，筛分设备选用2YKRH2460重型圆振动筛1台，其最大处理能力为800 t/h。其上下层筛网规格为80 mm和40 mm，每层最大筛分通过能力为460t/h和315t/h，实际需承担的筛分量为162.5 t/h和62.5 t/h。

其主要技术参数：筛面尺寸2400mm×6000mm；筛网层数2层；筛孔尺寸5～100 mm；筛面倾角200；频率800 r/min；最大入料粒度300 mm；双振幅6；处理能力140～800 t/h；电机37 kW；理论重量9.5 t。

5.5 第二筛分车间筛分设备

依据生产工艺，第二筛分车间处理量为552.5 t/h，筛分设备选用3YKR2460圆振动筛2台，其单机最大处理能力为800 t/h。3YKRH2460圆振动筛上、中和下层筛网规格为40 mm、20 mm和5 mm，每层最大筛分通过能力为315 t/h、209 t/h和73 t/h，每层筛网实际需承担的筛分量为212 t/h、107.5 t/h和26.5 t/h。

其主要技术参数：筛面尺寸2400mm×6000mm；筛网层数3层；筛孔尺寸5～100 mm；筛面倾角200；频率800 r/min；最大入料粒度200 mm；双振幅6～8；处理能力120～880 t/h；电机45 kW；理论重量11.05 t。

5.6 第三筛分车间筛分设备

依据生产工艺，第三筛分车间处理量为405 t/h，筛分设备选用3YKR2475圆振动筛2台，其单机最大处理能力为950 t/h。3YKR2475圆振动筛上、中和下层筛网规格为10 mm、5 mm和3 mm，每层最大筛分通过能力为197 t/h、103 t/h和58 t/h，每层筛网实际需承担的筛分通过量为132 t/h、87.5 t/h和52.5 t/h。

其主要技术参数：筛面尺寸2400mm×7500 mm；筛网层数3层；筛孔尺寸5～100 mm；筛面倾角200；频率810 r/min；最大入料粒度200 mm；双振幅6～9；处理能力150～950 t/h；电机55 kW；理论重量17.6 t。

5.7 第三筛分车间选粉设备

依据生产工艺，第三筛分车间设计选粉机1台，主要控制常态砂中的细粉含量，设备选型SXL-900，处理量为80～160 t/h，满足生产要求。

其主要技术参数：主轴转速810 r/min；主轴电机功率37 kW；处理风量107 500 m3/h；风机功率132 kW；处理能力80～160 t/h；理论重量30 t。

6 结语

一个项目的骨料加工系统设计必须根据骨料需要量详细计算生产能力，再根据生产能力确定设备，避免供料不足或者设备利用率不高的现象。