小浪底土石坝的砂石料加工系统

1、小浪底土石坝的砂石料加工系统摘要：小浪底大坝砂石料加工系统利用河滩冲积砂卵石料在同一 系统 生产土石坝的反滤料、过渡料，设计生产率高达1600t/h,在国 内是第一家。在近五年的实际生产过程中，积累了珍贵的经验。木文 从系统的工艺流程 和系统布置、生产能力设计、设备选型、运行管理 等方面着手，对该加工 系统的先进性和其在小浪底大坝比方案提前 13 个月完工中所发挥的重要作 用，以及在历时五年运行当中出现的 问题及对策进行了客观分析。关键词：砂石料加工系统反滤料过渡料填筑质量工程进度 工艺流程系统布置设备选型运行管理1. 引言小浪底大坝为壤土斜心墙土石坝，其坝高154 m,坝顶长，坝体总填筑量万

2、 m3,其中反滤料有261万m3,过渡料320万m3。小 浪底土 石坝的砂石料加工系统主要就是用来生产大坝的反滤料和过 渡料。反滤料 在土石坝中起保护防渗土料不被渗透水流带走的重要作 用，过渡料在土石 坝中起保护反滤料并向堆石区过渡的作用，而且在 大坝的填筑施工过程中 要求反滤料和过渡料随坝体平起填筑，因此反 滤料和过渡料的生产质量和产量对土石坝填筑施工的质量和进度具 有直接影响小浪底大坝是由以国际知名的意大利英波吉洛公司为责任 方的黄 河承包商承建，大坝的砂石料加工系统也是由他们自行设计修 建的。系统 除了主要生产反滤料、过渡料外，还担负了大坝所需的碗 骨料、 5 区掺和料 骨料、路基料等多

3、种料的生产，整个系统的流程和 布置比单纯的碗骨料加 工系统要复杂得多， 这些要求系统的设计和布 置有很高的兼容性、 开放性， 要求对系统的运行管理水平要很高以保 证其正常稳定的运行。该加工系统 于 95年 10月投产，经过历时五年 的高强度施工，大坝于 2000年 6月底提 前方案 13 个月胜利填筑到顶 , 大坝的砂石料加工系统按质按量生产的反滤 料和过渡料为这一胜利 的取得发挥了重要作用。并且，利用河滩冲积砂卵 石料在同一系统生 产土石坝的反滤料、过渡料，且设计生产率高达 1600t/h 的砂石料加 工系统在国内是第一次，积累了珍贵的经验。2.料源及成品料级配料源反滤料、过渡料毛料取自坝址

4、下游 6? 处的马粪滩料场，勘 探储 量约766万m3,天然级配如表一所示，由表可见粒径80mm以上约 占一半，粗砂5mm、小石520mni含量较少，细砂以 下 含量很大。反滤料级配要求合同文件中要求生产的 2A、2B、2C 三种反滤料由满足适宜 级配 的砂和砾石组成， 并提出了三条级配曲线， 承包商为了能精确配 取反滤料， 也为了能同时利用木系统生产大坝根底所需的磴骨料的方 便，根据级配曲 线计算出各种骨料所占的理论重量百分数如表二示 :由上表可看出，反滤料粒径都在 80 mm以下，其中20八5 mm, 5 mm 用量较大。加工系统按上表粒径范围生产出不同粒径的成品砂石骨料 , 利用 准确的

5、称量系统，按表二的百分数调配后充分混和，以到达合同 文件中对 反滤料的级配要求。过渡料级配要求按照合同文件要求和工程师的批准，过渡料级配曲线见曲线可见过渡料最大粒径为 250mm,粒径80 mm以上超过50%, 5 mm以下只占 10%左右，颗粒较粗，细料要求较少。 3.工艺流程 和系统布置分 析该系统按生产的主要成品料的不同分成两大局部 : 过渡料生 产部 分和反滤料生产局部，根据料源的天然级配以及反滤料、过渡料 的不同级 配要求，系统的过渡料局部和反滤料局部生产流程设计各有 特点。实际生 产情况说明，系统最初的流程设计和布置是基木合理成 功的，但也岀现过 一些问题，承包商根据实际生产的具体

6、情况和需要 作了一些改善，生产系 统最终的流程和布置情况如下。工艺流程系统工艺流程如图一示。从图中可看出，该系统除了毛料预筛分时将 500mm 以上超径 料 弃掉外，加工工艺为全闭路流程，弃料少，毛料利用率高，减少了重复运输。根据反滤料和过渡料的不同级配要求和坝上需要量顶峰期不重叠的特点，系统设计具有很强的调节能力。系统将 80mm 以下的 料主要作为 反滤料的原料，大于 80mni 的料主要作为过渡料原料，过 渡料与反滤料两 生产系统既相互独立，又能互相调剂。过渡料料堆和 反滤料的毛料堆紧挨在一起，当反滤料原料不够时，过渡料可自动补 充。在过渡料局部 98年 5月改造以前，还利用 C28 皮

7、带机从反滤料 系统将人工碎石输送给过渡料， 用以增加过渡料碎石含量，改善过渡 料级配，同时增加过渡料生产能力。 这样设计能充分发挥两局部的生 产潜力，平衡生产，节约生产资源。根据反滤料局部担负多种生产任务的特点，其筛分、破碎和 制砂 系统设计为两路并行，可提高系统的利用率，一路出故障，另一 路可照样 正常运行，减少停产对工程进度的影响。反滤料生产局部由于天然料级配与成品料级配很不平衡，系 统设 计了多达 7 台的中细碎破碎机其中有两台用来制备粗砂，来 调节系统平衡生产。由于天然料中粗砂含量少，细砂含量多，而成品料需要粗砂、 小 石量却较大，细砂需要量却不是很大，因而将砂子分粗、细砂两级 制备，

8、 以方便重点人工制粗砂和遗弃多余的细砂。这些都同时增加了 制砂系统的 设计制备难度。系统最初设计用小石通过棒磨机制砂，随 着需要量的加大 增加了两台圆锥破碎机，同时发现小石不够，且圆锥 破碎机采用小石破碎 制砂效率不高，且易堵塞，因而改用中石利用棒 磨机和圆锥破碎机同时制 备。解决了小石不够的矛盾，但同时发现棒 磨机利用中石制砂，出来的料 中含有少量小石，而棒磨机后没有设计 5mm 孔径的筛网，使得粗砂中出现 少量超径的小石，且含量不稳定， 给反滤料的精确配制带来麻烦，对粗砂 质量和工程进度有一定影响系统布置 系统平面布置如图二示，按照从过渡料局部到反滤料局部 , 从筛分到破碎到制砂顺流程布置

9、。进料口在料场一侧，成品料出料在 上坝方向一侧，自卸车在出料仓下接料直接运送上坝，无需倒运。过渡料局部包括进料预筛分楼，筛分、粗碎楼，成品料堆及 其卸 料仓。反滤料局部包括毛料堆，筛分楼，中、细碎楼，制砂系统 , 成品骨料料堆，配料系统和卸料仓。系统布置相当紧凑，便于集中运行管理。整个系统的运行由 3 个 中央控制室用计算机全自动控制，其中 H1 室控制过渡料生产， H2 室控制 反滤料生产， H3 室控制反滤料的配置。这三局部的运行相 互独立，互不干 扰，根据需要可单独运行其中任一局部， 这使系统 生产具有较大的灵活性， 同时也使系统能分部检修维护，系统在一 局部出现故障时别的局部可照样 运

10、行，不会使整个系统全部瘫痪， 可 减小局部故障对整个工程进度的影响。4. 生产能力分析 系统的生产能力直接影响工程进度，生产能力设计过小将使 大坝填筑进度拖后，但设计过大会造成不必要的浪费。根据施工总进度方案，过渡料顶峰填筑强度为万m3/月，反滤料填筑顶峰强度为万m3/月包括其它用料万m3，考虑顶峰系数，过渡料取， 反滤料取，生产效率 85%,按每月工作 24 天，每天工作 20 小时计算，过渡 料设计生产能力 UOOt/h,反滤料设计生产能力 750t/h，总设计生产能力为 1600t/h 过渡料和反滤料的顶峰期不重 叠，二者间生产能力可相互调剂， 故总生产能力小于二者之和就可满足要求，并有

11、所充裕。然而，在实际运行中， 一度出现了过渡料偏粗、 别离严重的 问题， 为确保过渡料的质量， 对系统进行了两次大的改造。 第一次在 1997年元月， 主要解决过渡料偏粗的问题，起用反滤料向过渡料供 应细碎料的 C28 皮带 机，减小粗碎铐式破碎机的开口尺寸；第二次改 造在 1998 年上半年，新增 一台圆锥破碎机替代C28皮带机供给的细 碎料,并使组成过渡料的各局部经 由同一条皮带机输入成品料堆以减 少别离。经过两次改造，较成功的解决 了过渡料偏粗、别离的问题 , 但由于减小了对整体生产能力起控制作用的铐 式破碎机的开口尺寸，停止了由反滤料生产局部向过渡料输料的C28皮带机的运行，使得该 加

12、工系统总生产能力和过渡料局部生产能力下降。实际运 行中顶峰期总的最高生产率只到达1335t/h,过渡料局部生产率最高只到达约900t/h,反滤料局部生产率最高到达732t/h o可见改造后对过渡料生产率影响较大，对反滤料生产率根本无影响。另外，从 1998年下半年到 1999年汛前，应承包商的要求和 出于 对黄河防汛形势的需要，大坝填筑需要加速施工，使得过渡料、反滤料填筑质量与进度的矛盾进一步加剧。小浪底工程是千年大计 , 质量第一，不能 牺牲质量保进度。最后通过在别的料场钻爆开挖，利 用已有的护坡料加工 厂筛分过渡料 ; 根据反滤料填筑顶峰相对滞后的 特点，通过开辟中间堆料场， 提前反滤料的

13、生产顶峰期，堆存充裕用于填筑顶峰期，成功地在不影响填筑质量的同时满足了加速施工的要求5. 设备选型及其运行管理再好的设计最终要通过设备及其运行来实现成品料的生产 , 较好的选取设备和科学的管理运行才能保证产品的质量和工程进度设备选型 该加工系统除钢结构和非标准设备在国内采购外，全部设备 都从国外主要是意大利、法国进口。根据流程设计要求，该加工 系统很庞大，设备较多，计 117 台套，主要设备如破碎机就有铐 破机、不同型 号的圆锥破碎机和旋回破碎机 9 台；不同型号的振动筛、 静力筛、脱水筛 达16台；皮带机37条，总长约1700m有宽1200mm、1000mm、800mm、 650mm四种类型

14、。近五年的生产情况说明，系统设 备运行稳定可靠，设备 利用率到达 85%左右，主要设备完好率 100%。与国内同类型加工系统相比，该系统的洗砂脱水设备、计算 机自 动控制运行和反滤料计算机称量配料系统设备尤为先进。洗砂脱水设备改变了过去国内单一使用螺旋洗沙机洗砂脱 水，采 用了包括洗砂槽、 静力筛、 振动筛、 旋流器和振动脱水筛在内 的多种设备。 洗砂脱水设备到达了很好的效果，砂子含泥量在%左右 , 粗砂含水量 7%,细砂含水量 18%左右，经堆存排水后完全满足其作为反滤料和混凝土骨料的质量要求。计算机自动控制运行和反滤料计算机称量配料系统设备采 用德国 西门子自动控制系统，实现了所有设备运行

15、的自动控制和反滤 料的计算机 称量配料，使系统的运行和反滤料配料快速准确，对保证 工程进度和质量 起了重要作用。运行管理该加工系统的管理由一名外籍主管负总责，下有 4名机电和 质量 检测工程师，生产工人 40 人，维修工人 30 人。管理的主要内容 有，根据大坝的填筑进度生产合格的过渡料反滤料，对系统进行维护 保障其持久正常运行，根据生产经验提前中购零配件等等。系统每天生产 20 小时，设备维护 3 小时，维护时间不管有 无问 题都得保障。维护内容主要有，每天检查各水路、电路、油路、 自动控制 系统是否正常，检查破碎机开口尺寸是否合理，检查筛网有 无损坏堵塞， 对棒磨机钢棒进行补充调整，各磨损

16、件的更换等等。设备维护是该系统管理的重要方而，对保障系统持久正常运 行是必不可少 的。有些维护措施很琐碎，但对产品质量和生产效率影 响很大。比方，筛 洗脱水砂子的静力筛、振动筛和脱水筛由于孔径小 , 容易堵塞，维护时就得 用敲打冲洗筛网的方法来去除堵塞物，否那么会 引起筛分效率下降，筛分不 完全，粗砂中含细砂，影响粗砂质量，进 而影响反滤料的配料质量。各破碎机的开口尺寸每天进行检查，根据破碎机的破碎特 性、原 料性质和系统骨料平衡要求调整其到合理的开度，也对保证产 品质量相当 重要。图三为曾出现过的一次 2B 区反滤料的典型质量改 进前后的级配曲线。 2B 区 反 滤 料 是 由 小 石 (

17、5mnT20mm) 、 中 石 (20mm40mm) 、 大 石 (40mm80mm)三种骨料按一定比例调配而成，曲线一是调配后加工厂控制性试验结果， 质量不合格， 超出了包络线 的下包线， 原因是细料含量不够； 曲线二是增加小石含量后的调配结 果，曲线向上抬起，没有超出下包线， 可却超出了上包线，原因是小 石中 10mm 以下含量太少，真正缺少的是10mm以下的骨料，单纯增加 小石(5mm"20mm)含量，其中10mm"20mm 粒径的骨料同时也增加，致 使曲线超岀上包线。所以，靠单纯增加小石含 量不能解决该料偏细的 问题，要想方法增加小石内部 10mm 以下含量。最 后，根据骨料性质 , 同时查破碎机的破碎特性曲线，通过屡次实验，调节中 细碎破碎机的 开口到一合理尺寸，使其破碎出的 10mm 以下含量最大。然 后利用破 碎机调节开口后生产的小石，仍用曲线一时的三种骨料配比，配 出了 质量合格的 2B 区反滤料，见图三。6. 结语砂石料加工系统生产用于土石坝填筑的反滤料和过渡料，它 的生 产直接影响土石坝的填筑质量和进度，其影响因素是复杂的，多 方面的， 需要在实际生产中不断深入研究，具体问题具体分析。就填 筑质量和进度 来讲，质量是第一位的，任何时候都不能单纯追求进度 而无视