何建軍，鄧 兵，楊志明，王世奎

(1.華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南 856200；2.中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081；3.水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

我國(guó)的人工砂石料應(yīng)用最早開(kāi)始于上世紀(jì)60年代初建設(shè)的貴州貓?zhí)铀娬?，采用性能落后的錘式破碎機(jī)生產(chǎn)人工砂，且規(guī)模較小。1965年映秀灣工程建成了生產(chǎn)能力為160 t/h的人工砂石系統(tǒng)[1](以下簡(jiǎn)稱“人工砂石系統(tǒng)”)，自此拉開(kāi)了我國(guó)人工石料生產(chǎn)技術(shù)研究、應(yīng)用的序幕。目前我國(guó)人工砂石生產(chǎn)工藝已很成熟，查閱已有文獻(xiàn)多數(shù)是設(shè)計(jì)時(shí)工藝不合理，在生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致產(chǎn)能、質(zhì)量不滿足要求進(jìn)行的人工砂石系統(tǒng)工藝調(diào)整，但系統(tǒng)已建成投產(chǎn)因料源不足的情況下，補(bǔ)充了其他級(jí)配料源的人工砂石系統(tǒng)工藝調(diào)整措施較少。

西藏DG水電站砂石加工系統(tǒng)承擔(dān)導(dǎo)流隧洞等前期工程、大壩及廠房等主體工程約280萬(wàn)m3混凝土所需成品砂石骨料的生產(chǎn)任務(wù)。主要以導(dǎo)流洞等地下洞室、大壩、廠房等工程開(kāi)挖料作為料源。

砂石加工系統(tǒng)主要承擔(dān)大壩及廠房等主體工程混凝土所需粗、細(xì)骨料生產(chǎn)任務(wù)，大壩及廠房等主體工程施工期間生產(chǎn)80～40 mm、40～20 mm、20～5 mm、<5 mm各級(jí)混凝土骨料約550萬(wàn)t，成品料設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 000 t/h，其中人工砂生產(chǎn)能力320 t/h，粗碎車間設(shè)計(jì)處理能力1 200 t/h。

工程開(kāi)挖料巖性主要為黑云母花崗閃長(zhǎng)巖，灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主，塊狀構(gòu)造；少部分黑云母角閃石英閃長(zhǎng)巖，呈條帶狀分布，局部呈團(tuán)塊狀，灰綠色、灰褐色，細(xì)粒全晶質(zhì)粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。根據(jù)磨片試驗(yàn)成果，巖石主要礦物成份及含量為：斜長(zhǎng)石50%、鉀長(zhǎng)石20%、石英20%、黑云母10%。

1 運(yùn)行中存在的問(wèn)題

該水電站實(shí)施階段建設(shè)用混凝土總量約188.6萬(wàn)m3，共需成品砂石骨料約416萬(wàn)t，考慮開(kāi)采、運(yùn)輸、加工過(guò)程中損耗，混凝土骨料料源設(shè)計(jì)需要量約198萬(wàn)m3(自然方，下同)。工程可利用的開(kāi)挖量為160萬(wàn)m3，料源缺口為38萬(wàn)m3。恰逢拉林鐵路隧道在附近開(kāi)挖，洞挖料無(wú)堆存場(chǎng)地，經(jīng)與施工單位協(xié)商同意將渣料運(yùn)輸至工程所在渣場(chǎng)堆存，但洞渣料的級(jí)配整體偏細(xì)。

2017年8月該砂石加工系統(tǒng)建成投入使用，通過(guò)調(diào)試運(yùn)行期后，砂石加工系統(tǒng)進(jìn)入正式運(yùn)行期，在運(yùn)行期間，根據(jù)成品骨料實(shí)際生產(chǎn)情況及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)粗骨料產(chǎn)量明顯偏低，而細(xì)骨料產(chǎn)量偏高，導(dǎo)致粗骨料用量不足而砂倉(cāng)滿儲(chǔ)的情況出現(xiàn)。

根據(jù)表1結(jié)果顯示：成品骨料級(jí)配不均衡，將影響電站建設(shè)各級(jí)配混凝土供應(yīng)，因此為滿足電站建設(shè)多種級(jí)配混凝土供應(yīng)的需求，對(duì)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整。

表1 系統(tǒng)建成后產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)表 t/h

2 原因分析

2.1 料源級(jí)配

根據(jù)表2可知：用于砂石骨料生產(chǎn)的料源綜合粒徑遠(yuǎn)小于系統(tǒng)設(shè)計(jì)料源級(jí)配。

表2 料源級(jí)配對(duì)比表

2.2 破碎機(jī)排料級(jí)配

破碎機(jī)實(shí)際排料級(jí)配20～80 mm與設(shè)計(jì)排料級(jí)配相差較大，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中觀察發(fā)現(xiàn)由于破碎機(jī)未形成滿腔給料，使得破碎效率較差，從而導(dǎo)致成品率較低[2-3]。

對(duì)進(jìn)入破碎機(jī)的半成品料進(jìn)行取樣篩分發(fā)現(xiàn)半成品骨料連續(xù)級(jí)配較差，從而導(dǎo)致破碎腔無(wú)法形成滿腔給料。造成半成品骨料連續(xù)級(jí)配較差的原因是生產(chǎn)料源整體粒徑偏細(xì)，經(jīng)粗碎車間生產(chǎn)后，使細(xì)料持續(xù)增加，而導(dǎo)致半成品料連續(xù)級(jí)配較差。

根據(jù)表3和表4可知：破碎機(jī)實(shí)際排料級(jí)配5～40 mm與設(shè)計(jì)排料級(jí)配相差較大。成品中石、小石產(chǎn)量較低，設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行觀察HP400圓錐式破碎機(jī)破碎腔在破碎過(guò)程中未能滿腔給料。

表3 HP500EC圓錐式破碎機(jī)排料級(jí)配對(duì)比表

表4 HP400圓錐式破碎機(jī)出料級(jí)配對(duì)比表

綜上：破碎機(jī)擠壓破碎效果較差，其原因均為破碎機(jī)無(wú)法形成滿腔給料。成品骨料級(jí)配失衡的主要原因是料源粒徑偏細(xì)、連續(xù)級(jí)配較差，導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的成品砂石骨料級(jí)配失衡(見(jiàn)圖1)。

圖1 圓錐式破碎機(jī)擠壓破碎示意圖

針對(duì)成品骨料級(jí)配失衡一般解決措施如下。

1)將用于骨料加工的料源由工程開(kāi)挖料更換為礦山開(kāi)采料，根據(jù)設(shè)計(jì)料源級(jí)配要求進(jìn)行控制爆破。但采用此方案存在水電站場(chǎng)地受限、工程開(kāi)挖料無(wú)處堆存、礦山審批周期較長(zhǎng)、工程進(jìn)度受影響、成本過(guò)高等問(wèn)題。

2)調(diào)整砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝。從節(jié)約投資、工程進(jìn)度等因素考慮，選擇對(duì)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整(見(jiàn)圖2、圖3)。

圖2 砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝流程圖

圖3 砂石加工系統(tǒng)調(diào)整工藝流程圖

3 系統(tǒng)工藝調(diào)整措施

3.1 粗碎車間

將粗碎車間SV1562棒條式給料機(jī)，棒條間距由120 mm調(diào)整至最大150 mm，保證150 mm以下的料源不進(jìn)入顎式破碎機(jī)破碎腔，造成料源二次解小，而是通過(guò)脫泥篩篩選后直接進(jìn)入半成品料倉(cāng)。增加中碎圓錐式破碎機(jī)進(jìn)料平均粒徑。改善擠壓破碎效果。

3.2 半成品料倉(cāng)

加工系統(tǒng)原設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝細(xì)碎車間生產(chǎn)料源來(lái)自中碎車間破碎后粒徑大于80 mm特大石和成品大石(根據(jù)料倉(cāng)堆存情況轉(zhuǎn)至細(xì)碎車間生產(chǎn))。細(xì)碎車間破碎機(jī)生產(chǎn)料源級(jí)配為40～150 mm，造成破碎及破碎效果較差，成品中、小石產(chǎn)量較低。

改造方案是，在半成品料倉(cāng)增加1條膠帶機(jī)(A46號(hào))、中碎車間循環(huán)破碎料膠帶機(jī)(A10號(hào))延伸至半成品料倉(cāng)(由于A10號(hào)膠帶機(jī)已完成安裝，不能進(jìn)行延伸，所以增加A10-2號(hào)膠帶機(jī)將回頭料運(yùn)輸至半成品料倉(cāng))，將半成品料倉(cāng)的料與中碎車間循環(huán)破碎料通過(guò)A46號(hào)膠帶機(jī)經(jīng)混合來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入細(xì)碎圓錐式破碎機(jī)的原料級(jí)配，使破碎機(jī)滿腔，達(dá)到最佳的擠壓效果。

3.3 中碎車間

根據(jù)半成品料源粒徑情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整振動(dòng)給料機(jī)頻率(調(diào)整給料量)及破碎機(jī)排料口尺寸。進(jìn)料粒徑較粗時(shí)加大給料頻率，使破碎機(jī)形成滿腔擠壓破碎，這時(shí)破碎效果較好。粒徑較細(xì)時(shí)將破碎機(jī)排料口尺寸調(diào)至設(shè)計(jì)最小值，增加破碎行程[4]。

3.4 制砂車間

該加工系統(tǒng)制砂車間有4臺(tái)B9100SE立軸式制砂機(jī)，其線速度較高，每臺(tái)制砂機(jī)產(chǎn)砂率在55%～65%，通過(guò)立軸式破碎機(jī)破碎后，其砂與小石的比例不符合設(shè)計(jì)要求，小石嚴(yán)重偏少，砂偏多。改進(jìn)方法是將其中2臺(tái)(3、4號(hào)制砂機(jī))的線速度降低(降低成品砂生產(chǎn)效率)，當(dāng)渣場(chǎng)料源細(xì)料過(guò)多時(shí)采用3、4號(hào)制砂機(jī)生產(chǎn)，反之采用1、2號(hào)制砂機(jī)生產(chǎn)，保證砂與粗骨料的級(jí)配平衡。

3.5 高頻篩車間

高頻篩車間有5臺(tái)PEP2618V高頻篩，其中4臺(tái)高頻篩用于制砂車間成品砂篩分，另外1臺(tái)用于一、二篩分車間粗、細(xì)骨料分離。

當(dāng)料源中細(xì)料過(guò)多時(shí)會(huì)導(dǎo)致1臺(tái)高頻篩負(fù)荷較大、篩透率差，成品粗骨料超遜徑不達(dá)標(biāo)。因此，增加1臺(tái)同型號(hào)的高頻篩分擔(dān)其負(fù)荷，原料中細(xì)料較多時(shí)，保證篩透率[5]。

4 生產(chǎn)工藝調(diào)整效果

砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)工藝調(diào)整后進(jìn)行試運(yùn)行，設(shè)備調(diào)試正常后系統(tǒng)通過(guò)了72 h聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)試驗(yàn)，進(jìn)入正常運(yùn)行期后對(duì)各成品產(chǎn)能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5。

表5 工藝調(diào)整后產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)表 t/h

根據(jù)同時(shí)期電站建設(shè)混凝土澆筑所需各級(jí)配骨料量進(jìn)行產(chǎn)能平衡生產(chǎn)試驗(yàn)。該時(shí)期三級(jí)配混凝土需求量極少，所以產(chǎn)生的成品大石未全部進(jìn)入成品料倉(cāng)，而是將一部分回轉(zhuǎn)進(jìn)入半成品料倉(cāng)與半成品料混合后進(jìn)入細(xì)碎車間用于生產(chǎn)成品中、小石。

根據(jù)調(diào)整后砂石系統(tǒng)產(chǎn)能平衡試驗(yàn)結(jié)果顯示，系統(tǒng)總體產(chǎn)能變化極小，主要是增加了中、小石產(chǎn)能，降低了砂產(chǎn)量，避免出現(xiàn)粗骨料無(wú)儲(chǔ)存而砂倉(cāng)滿儲(chǔ)無(wú)法進(jìn)行成品骨料加工的情況。

調(diào)整后的加工工藝可根據(jù)電站建設(shè)各階段混凝土澆筑所需各級(jí)配骨料量及成品料倉(cāng)各級(jí)配骨料儲(chǔ)存量來(lái)調(diào)節(jié)成品骨料的產(chǎn)能。

5 經(jīng)濟(jì)分析

在工程開(kāi)挖可利用料總量不能滿足電站建設(shè)需求時(shí)，調(diào)整砂石加工系統(tǒng)工藝滿足電站建設(shè)需求較采用外購(gòu)料源、石料場(chǎng)開(kāi)采等方式節(jié)約建設(shè)投資約3 751.5萬(wàn)元，見(jiàn)表6。

表6 料源補(bǔ)充費(fèi)用預(yù)算表 萬(wàn)元

6 結(jié) 語(yǔ)

人工砂石生產(chǎn)工藝中，特別是針對(duì)硬巖生產(chǎn)的擠壓破碎設(shè)備，如顎式破碎機(jī)，旋回式破碎機(jī)，圓錐式破碎機(jī)，進(jìn)入破碎腔的骨料級(jí)配連續(xù)性越好，產(chǎn)出的成品骨料粒型越好，破碎效率越高，能耗越低。

水電工程砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝應(yīng)具備針對(duì)不同料源、工程建設(shè)各階段所需不同級(jí)配骨料的產(chǎn)量的調(diào)整措施。確保工程建設(shè)進(jìn)度不受砂石骨料產(chǎn)量的制約。