砂巖巖質下砂石加工系統擴容技術研究

周若愚

（中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024）

老撾南屯（Nam Theun）河規劃4個梯級電站，南屯1水電項目是南屯-南卡丁流域水電梯級的最后一個發電站。南屯1水電站位于老撾波利坎賽?。˙olikhamxay）的坎丁河上，距坎丁河與湄公河交匯處33km，距萬象220km。電站壩址位于峽谷最后與湄公河交匯處前的下游端。南屯1水電站為一等大（1）型工程，攔河壩為碾壓混凝土大壩，最大壩高177m。最大庫容為20.2億m3，設計流量514m3/s。電站裝機2×260MW＋1×130MW，合計650MW，其中520MW送入泰國電網（EGAT），130MW送入老撾電網（EDL）。

電站大壩碾壓混凝土總量為409萬m3，主要分布在大壩壩體及上游混凝土圍堰堰體。其中上游圍堰碾壓混凝土14萬m3，大壩壩體碾壓混凝土395萬m3。電站現已在左岸500m高程平臺上建成運行1座砂石加工系統，該系統料源為砂巖，砂巖作為料源存在破碎后粗骨料針片狀含量高、對設備磨損大、砂產量低、石粉含量較高等缺點。該系統設計毛料處理能力1500t/h，成品骨料生產能力1200t/h，無法滿足高峰期大壩碾壓混凝土澆筑強度。

1 系統擴容原因及目的

南屯1水電站現已建成運行的砂石系統設計毛料處理能力1500t/h，成品骨料生產能力1200t/h，生產大石（25～50mm）、中石（12～25mm）、小石（5～12mm）、砂（0～5mm）4種產品。系統主要由粗碎車間、篩土車間、半成品料堆、中細碎車間、立破車間、第一篩分車間、第二篩分車間、成品骨料堆組成，已建成運行的砂石加工系統工藝流程見圖1。

圖1 既有砂石加工系統工藝流程圖

根據工程施工規劃，砂石系統需滿足剩余碾壓混凝土總量約380萬m3、高峰月澆筑強度27萬m3所需骨料的生產供應任務。按照每月25天、每天14h的生產班制，每方混凝土所需骨料量2.0t考慮，砂石系統需配套的成品骨料產能約為27×10000×2.0÷14÷25÷0.8=1928t/h（加工損耗約為0.8），成品生產能力不低于270000×2.0/25/14=1543t/h。根據前期系統運行獲取的實測數據判斷，現有系統成品骨料產能可按937t/h考慮，系統產能缺口約為600t/h，需要新增1套系統予以補充。各級配組成見表1。

擴容系統需滿足生產大石（25～50mm）415t/h、中石（12～25mm）348t/h、小石（5～12mm）277t/h、砂（0～5mm）497t/h 4種產品。產生級配與工程所需生產比例相差較小，最大差值不超過4%，此值可在運行期調整。根據現階段工況及擴容系統后理論計算，在提高產能的工況下仍然存在產品余量問題，工程棄料量中要考慮增加4%。

表1 各級配組成

已建系統2018年7月-2019年4月的運行實測數據顯示：在2018年7月-2018年12月時段內，系統3臺立軸沖擊式破碎機基本僅運行1臺，產品中大石占比30%左右、中石占比20%左右、小石占比近15%、砂占比40%左右；在2018年12月-2019年4月時段內，系統3臺立軸沖擊式破碎機均未運行，產品中大石占比35%左右、中石占比15%左右、小石占比近15%、砂占比35%左右。最新的產品質量檢測顯示，砂細度模數約2.4。

根據上述資料判斷，由于本工程砂巖巖性的特殊性，系統產砂率很高，僅流程砂率（不考慮立軸破制砂）就高達35%，已超出需求，產生成品棄料。而在砂質量方面，砂細度模數較適中，滿足要求。同時大石占比30%～35%，比例偏高。當降低大石比例時，砂率又會相應提高，產生更多成品砂棄料（大石占比由35%降至30%左右后，砂率由約35%上升至約40%）。

根據對原系統設備配置、運行情況的分析判斷，擴容系統的規模、任務、設計原則為：

毛料處理能力750t/h，成品骨料生產能力600t/h。生產大石（25～50mm）、中石（12～25mm）、小石（5～12mm）、砂（0～5mm）4種產品。雖然流程砂產能能夠滿足成品砂需求，但為提高擴容系統的可靠性、靈活性，并考慮到原系統立軸沖擊式破碎機利用率低、設備閑置的現狀，擴容系統用于制砂及整形功能的超細碎車間考慮設1臺立軸沖擊式破碎機，該設備由原系統搬遷。

擴容砂石系統由粗碎車間、篩土車間、半成品料堆、半成品汽車受料倉、中細碎車間、第一篩分車間、超細碎車間、第二篩分車間及膠帶機輸送系統組成，成品料儲存利用原有成品料堆。粗碎車間、篩土車間、半成品料堆布置在料場附近，由于與料場開采、毛料運輸關系緊密，為便于管理，這些生產設施的設計、建安、運行由料場采運方承擔。半成品汽車受料倉布置于原系統500m高程平臺，中細碎車間、第一篩分車間、超細碎車間、第二篩分車間等布置在原系統東北側506m高程平臺上。來自半成品料堆的物料通過自卸汽車運輸至半成品汽車受料倉，再通過膠帶機送至后續中細碎等車間，并最終生產成品骨料。

2 擴容系統設計

2.1 系統工藝流程

擴容砂石加工系統主要處理半成品料，工藝采用“兩段破碎、篩土、兩級篩分、超細碎制砂整形”。其中，兩段破碎包括中碎、細碎；兩級篩分包括第一篩分、第二篩分，各級篩分均采用干法生產。

中碎為開路生產，主要處理半成品料；細碎與第一篩分構成閉路，主要處理50mm以上物料及大石（25～50mm）；超細碎與第二篩分構成閉路，生產成品中石（12～25mm）、小石（5～12mm）及成品砂（< 5mm），對中石、小石進行整形及調整級配，并對成品砂細度模數、石粉含量進行控制。

擴容砂石加工系統詳細的工藝流程如下：

粗碎后生產的半成品料通過自卸汽車運送至砂石加工系統回車平臺，卸入汽車受料倉后經振動給料機送入膠帶機，再經5a#、5#、6#膠帶機進入中碎車間，中碎后物料通過7#膠帶機進入第一篩分車間。同時在5#膠帶機下游設6a#膠帶機，可視實際情況按需向原系統半成品料堆進行分流，實現對原系統的有效補充。

第一篩分車間為3層圓振動篩，篩孔控制尺寸為5mm、25mm、50mm，將來料分級為50mm以上、25～50mm、5～25mm、0～5mm 4種料。其中，50mm以上與部分25～50mm混合后進入細碎車間；5～25mm物料進入超細碎車間；部分25～50mm進入成品大石料堆；0～5mm進入成品砂料堆。

細碎車間設圓錐破碎機，對一篩后25mm以上混合料進行處理。破碎后物料再返回第一篩分車間分級，兩車間組成閉路循環生產。

超細碎車間設立軸式沖擊破碎機，對一篩后5～25mm物料進行處理，破碎后物料再返回第二篩分。

第二篩分車間為3層圓振動篩，篩孔控制尺寸為3mm、5mm、12mm，將超細碎車間來料分級為中石（12～25mm）、小石（5～12mm）、粗砂（3～5mm）、細砂（0～3mm）4種料。部分中石及部分小石分別經膠帶機進入成品料堆；富余中石及小石進入超細碎車間進行破碎制砂，破碎后物料返回二篩車間，形成閉路生產；粗砂分成兩路，一路與細砂混合進入成品砂堆，另一路進入超細碎車間。通過改變兩路料流比例可靈活調整砂細度模數、粒形，并在一定程度上調整控制砂石粉含量。

圖2 擴容砂石加工系統工藝流程圖

系統為干法生產，對破碎、篩分、膠帶機轉運點等揚塵點采取噴霧措施，進行降塵控制。

整個工藝流程簡潔順暢、合理，可滿足不同級配情況下各類骨料的均衡生產。

具體工藝流程詳見圖2。

2.2 設備選型及配置

2.2.1 設備選型原則

（1）為提高砂石系統長期運行的可靠性，砂石加工系統關鍵設備采用技術領先、質量可靠、單機生產能力大、使用經驗成熟的國際知名設備。

（2）設備生產能力、產品粒度滿足工藝和質量要求，并能適應混凝土級配的變化。

（3）盡量選用相同規格型號的設備，以簡化機型，方便維修。

（4）盡量選用便于操作、工作可靠、節省投資、降低能耗以及能降低運行管理費用的設備。

2.2.2 破碎設備選型

（1）中碎。

中碎車間設計處理能力為750t/h，車間內配置國內某知名品牌CC400圓錐破碎機2臺。

給料粒徑小于330mm，其設計排料口開度為51mm。CC400單臺生產能力為720t/h，設備負荷率為52%。

（2）細碎。

細碎車間設計處理能力為520t/h，車間內配置CC400圓錐破碎機2臺。

給料粒徑小于130mm，其設計排料口開度為19mm。CC400單臺生產能力為460t/h，設備負荷率為56%。

（3）超細碎車間。

超細碎車間設計處理能力為300t/h，車間內設置T-MAV 21立軸沖擊式破碎機1臺。

給料粒徑小于25mm，T-MAV 21單機破碎能力為350t/h，設備負荷率為85%。

2.2.3 篩分設備選型

（1）第一篩分車間。

第一篩分車間設計處理能力為1280t/h，車間內配置3YKR3675圓振篩2臺。振動篩采用3層篩網，上層篩孔控制尺寸為50mm，中層篩孔控制尺寸為25mm，下層篩孔控制尺寸為5mm，設備負荷率為76%。

（2）第二篩分車間。

第二篩分車間設計處理能力為600t/h，車間內配置3YKR3060圓振篩2臺。振動篩采用3層篩網，上層篩孔控制尺寸為12mm，中層篩孔控制尺寸為5mm，下層篩孔控制尺寸為3mm，設備負荷率為85%。

2.3 擴容系統布置

2.3.1 系統組成

砂石加工系統主要由汽車受料倉、中碎車間、細碎車間、超細碎車間、第一篩分車間、第二篩分車間等設施組成。

2.3.2 布置原則

（1）結合地形、地勢，盡量利用高差，減少土建工程量及膠帶機運輸量。

（2）加工系統布置按工藝流程的先后順序、現有的地形條件、地勢條件布置，盡量利用地形特點，少挖少填，布置力求合理與經濟。

2.3.3 車間布置

擴容砂石系統由汽車受料倉、中碎車間、細碎車間、第一篩分車間、超細碎車間、第二篩分車間及膠帶機輸送系統組成，成品料儲存利用原有成品料堆。汽車受料倉布置于500m高程平臺，其余車間布置在原系統東北側506m高程平臺上。

（1）汽車受料倉。

汽車受料倉布置于504.5m高程平臺，卸料平臺布置于512m高程平臺。汽車受料倉內配置G125-4變頻振動給料機3臺，粗碎后的半成品料通過汽車運送至砂石加工系統卸料平臺，并送入汽車受料倉處理。

（2）中碎車間。

車間布置在506m高程平臺，車間內配置2臺CC400圓錐破碎機。

車間設置有2個調節料倉，調節料倉尺寸均為4.0m×10.0m×5.0m，有效容積約為200m3。料倉下設置2臺GZG150-6型變頻振動給料機向破碎機供料，破碎后的料經膠帶機送入第一篩分車間。

（3）細碎車間。

細碎車間設置于506m高程平臺，車間內配置2臺CC400圓錐破碎機2臺。

車間設置有2個調節料倉，調節料倉尺寸均為4.0m×10.0m×5.0m，有效容積約為200m3。料倉下設置2臺GZG125-4型變頻振動給料機向破碎機供料，破碎后的料經膠帶機閉路回第一篩分車間。

（4）超細碎車間。

超細碎車間設置于506m高程平臺，車間內配置T-MAV 21立軸沖擊式破碎機1臺，該設備由原系統搬遷。

車間設置有1個調節料倉，調節料倉尺寸均為4.0m×4.0m×5.0m，有效容積約為100m3。料倉下設置2臺變頻振動給料機：1臺與T-MAV 21立軸沖擊式破碎機配套，由原系統搬遷；另1臺為GZG125-4型，直接向倉下膠帶機供料。破碎后的物料經膠帶機閉路回第二篩分車間。

（5）第一篩分車間。

第一篩分車間布置在506m高程平臺，車間內配置2臺3YKR3675圓振篩。上層篩孔控制尺寸為50mm，中層篩孔控制尺寸為25mm，下層篩孔控制尺寸為5mm。

（6）第二篩分車間。

第二篩分車間布置在506m高程平臺，車間內配置2臺3YKR3060圓振篩。上層篩孔控制尺寸為12mm，中層篩孔控制尺寸為5mm，下層篩孔控制尺寸為3mm。

（7）成品骨料輸送。

第一篩分車間生產的大石、第二篩分車間生產的中石、小石、成品砂通過膠帶機匯入原系統的各級成品骨料皮帶上，最終送入成品料堆。

3 擴容系統供排水及降塵降噪

3.1 供排水

擴容砂石系統用水主要為噴霧降塵用水、衛生用水等，系統總用水量約為20t/h。水源來自原砂石系統高位水池，采用管線接入系統各用水點。

擴容砂石系統的排水主要是雨水，汽車受料倉500m高程平臺雨水、衛生沖洗水可匯入原系統場區排水溝，506m高程平臺雨水、衛生沖洗水可匯入附近道路邊溝。

3.2 降塵降噪

砂石系統粉塵主要來源于破碎、篩分以及轉料的工作環節，可采取高壓霧化噴水的降塵措施進行粉塵控制。

系統生產中噪聲源主要來自破碎、篩分、膠帶機等工藝設備及交通運輸噪聲等，可采取以下措施預防：

（1）在設備采購時，選用性能好、噪聲低設備。

（2）加強設備維修保養，確保設備性能良好，減少聲源噪聲強度。

（3）采取適當措施降低或減少各施工區域的噪聲，如加隔振機座、安裝隔聲罩、安裝消聲器等。

（4）施工場界內嚴禁使用氣喇叭。

（5）采取預防措施，保障職工的聽力健康。對施工人員應采取可靠的防護措施，佩戴耳塞或耳罩、耳棉。

（6）安排施工人員合理休息，增強身體對環境污染的抵抗力。加強對施工人員的操作培訓，減少突發事故和突發噪聲的發生。

（7）砂石生產系統機械噪聲的控制：

① 篩子采用聚胺脂篩網、鋼絲篩網、耐磨橡膠內襯溜槽等措施減低噪聲。

② 破碎機等高噪聲機械及主要的噪聲源采用吸聲、消聲、隔聲板降噪。

③ 高噪區操作人員配置防噪用品。

④ 盡量選用低噪聲施工機械和設備，作好機械維護和保養以降低噪聲。

4 結束語

隨著我國基礎建設的持續發展和對環境保護的重視，現有的天然砂資源已遠遠不能滿足基礎建設的需要，人工砂石已逐漸代替天然砂石成為全球的發展趨勢。尤其是在不同地區不同巖質條件下，結合現場實際，最大化的設計易于操作、經濟合理的砂石加工系統，滿足工程的需要。

通過系統的實踐檢驗，砂石加工擴容系統在提升系統產能的同時，優化了系統生產工藝，并且解決了各類成品骨料占比不合理的問題，增強了系統生產的調節能力，提升了骨料的生產質量及效率。南屯1水電站大工程砂石加工系統擴容的成功應用，對水電站防洪度汛及保證總體工期發揮了至關重要的作用，也對砂巖巖質下的砂石加工系統的設計提供了借鑒。