浅谈水电站坪砂石加工系统生产工艺及设备选型与扩容改造

浅谈**水电站大法坪砂石加工系统生产工艺及设备选型与扩容改造**（浙江**工程咨询有限公司官地水电站工程建设监理中心，**）摘要：**水电站大法坪砂石加工系统实施方案，是在原投标方案的基础上，经过重新勘察和测量，聘请一些专家和设计院人员进行咨询，对关键设备技术参数、性能等进一步考查的基础上，经专家评审后调整形成方案。系统主要设备（破碎、筛分设备）生产运行初期按混凝土高峰时段浇筑强度25万m3/月进行配置，因产量不能满足大坝混凝土浇筑高峰期用料需求，提出对系统进行了扩容改造。改造后的系统工艺可靠、布局合理，生产能力满足设计要求，砂石料质量稳定。2005年11月生产销售84.9万吨、12月生产销售95.5万吨，连续两月创新全国水电工程人工砂石系统产销量最高纪录，满足了大坝混凝土浇筑高峰期43万m3/月的供料需求。可为国内即将新建的大型、特大型水电工程人工砂石加工系统提供借鉴。关键词：**水电站大法坪砂石加工系统生产工艺设备选型扩容改造1工程概况**水电站大法坪砂石加工系统（以下简称砂石系统）位于坝址右岸下游约4.5km（直线距离）处，主要担负**水电站Ⅲ标（包括大坝和围堰工程）共计约641.63万m3混凝土（大坝按375.00m水位建设时）所需骨料的生产任务，其中碾压混凝土431.96万m3，常规混凝土209.67万m3。共需生产成品砂石料1412万t，其中粗骨料939万t、细骨料473万t。砂石系统实施方案，是在原投标方案的基础上，经过重新勘察和测量，聘请一些专家和设计院人员进行咨询，对关键设备技术参数、性能等进一步考查的基础上，提出初步方案，经专家评审后，进一步调整形成的方案。考虑到**大坝工程按400.00m水位建设的可能性，砂石系统按混凝土高峰时段浇筑强度30万m3/月确定生产规模，并进行工艺流程设计，但砂石系统主要设备（破碎、筛分设备）初期按混凝土高峰时段浇筑强度25万m3/月进行配置。按混凝土高峰时段浇筑强度30万m3/月计算，砂石系统设计处理能力2500t/h，设计生产能力2000t/h。按混凝土高峰时段浇筑强度25万m3/月计算，砂石系统设计处理能力2000t/h，设计生产能力1600t/h。根据大坝混凝土使用级配要求，砂石系统按生产三级配碾压混凝土骨料为主，同时也能生产四级配混凝土骨料进行设计。砂石系统由大法坪灰岩料场（含转料仓）、料场进场公路、移动式破碎站、半成品堆场、预筛分与洗石车间、筛分车间、中细碎车间、超细碎车间（制砂）、检查筛分车间、成品堆场、给排水工程、废水处理工程、供配电工程及辅助设施等组成。砂石系统由葛洲坝集团公司和广西水电工程局组成的联营体（简称葛桂联营体）承建安装和运行管理，长峡**工程建设监理部只承担生产运行及设备监理。2砂石系统生产工艺流程与设备配置和选型2.1料场开采运输砂石系统料源取自大法坪料场，料场岩性为二迭系灰岩，可采储量1467万m3。料场北、东、东南为三面临空悬崖，西、西南面与较高山体相连。料场山顶高程824m，山脚的砂石系统布置区地面高程约405m，高差约420m。根据招标文件和投标文件，粗碎配置3台LT140（芬兰Metso）移动破碎机，单台移动破碎机处理能力为1000t/h，考虑到设备负荷系数，可以满足设计处理能力2500t/h的要求。料场开采运输采用移动式破碎站和2个溜井和平洞运输方式，从可靠性和经济性分析，这种运输方式最为合理。但是从料场实测地形情况看，3台移动破碎机的布置很困难。在实施过程中考虑到采石场初期场地较狭小，生产强度不高，且该设备在国内属首次应用，决定先采购两台套待积累使用经验后再确定是否采用第三台套。结合现场的地形条件，经过一些专家的认真论证，维持料场移动式破碎机和移动胶带机的技术方案，将破碎料（半成品）垂直运输方式由原来的溜井方式调整为转料仓分段转料的方式，即采用移动式破碎站和一、二级转料仓代替，转料仓之间采用胶带机运输。采石场初期开采范围较小时，采用汽车运输，当采场范围允许时，则采用移动式、半移动式胶带机作为水平运输的手段。采场的施工布置为：在786~762m高程的两个采层时，将移动式破碎机固定于732m高程上。爆破料用挖掘机装汽车运至744m高程的卸料平台上向移动式破碎机供料破碎。移动式破碎机在降段时可沿着场内施工道路的斜坡自行下降。输往转料仓的胶带机应预先架设。转料的车辆及移动式胶带机随装料位置的变化而移动。(见料场开采工艺流程简图)料场开采工艺流程简图2.2砂石系统总工艺砂石系统根据料场与砂石料加工系统地形高差大的特点；料场岩性为石灰岩，较易破碎，磨蚀性小的特点；碾压混凝土用砂和常规混凝土用砂石粉含量要求不同的特点；混凝土浇筑强度高，同时供应碾压混凝土骨料和常规混凝土骨料，骨料级配以三级配为主，又能生产四级配等特点。工艺设计能灵活调整，总体工艺流程选用四段破碎，湿法生产的工艺，粗碎、中碎开路生产，细碎和筛分构成闭路，超细碎和检查筛分构成部分闭路，并补充棒磨机开路生产和石粉回收作为砂细度模数和石粉含量调节的总体工艺方案，满足混凝土浇筑的需要。(砂石系统生产工艺流程图略)2.3砂石系统总布置及设备配置砂石系统主要车间布置在料场及山脚下的山间盆地内。系统在东南区已建有混凝土路面的12#公路。在488m高程处已建有35kV变电所。在东面已建有长距离胶带运输机，成品砂石料的输出必须与此运输线相接。砂石系统由一、二级转料仓、半成品堆场、预筛分与洗石车间、筛分车间、中细碎车间、制砂车间、棒磨车间、石粉回收装置和成品砂石料仓组成。预筛分预筛分车间原设计的2台2YKR3052调整为2台USK3060，增加了筛分处理能力，筛网孔径为150mm和80mm，＜80mm的料进入洗石机，80~150mm的石料输往成品料仓（生产四级配时）或细碎车间，＞150m的石料进入中碎车间反击式破碎机破碎。洗石脱泥工艺流程中安排洗石脱泥工序，与投标方案相同，选用进口的圆筒洗石机，经预筛分后的＜80mm的石料送入圆筒洗石机，洗后的石料由胶带机输送至筛分车间调节料仓，而泥和＜5m的石屑进入螺旋洗砂机脱水，溢流水进入废水池。中碎中碎车间的设备配置与投标方案相同，即采用3台NP1520反击式破碎机，破碎后的石料由胶带机输送至筛分车间调节料仓，进行冲洗筛分分级。筛分筛分设备配置在投标方案的基础上有所增加，由原6组（每组筛由2USK3060筛和3YKR2460筛组成）增加至8组，筛网孔径为80mm、40mm、20mm及5mm、3mm。经筛分后，大于80mm的石料及40～80mm的一部份石料返回细碎（进一步破碎），一部份输往成品料仓。20～40mm和筛下的＜20mm的碎石一部份输往成品料仓，一部分进入超细碎（制砂）车间立轴冲击式破碎机和棒磨车间制砂，立轴冲击式破碎机破碎料进入检查筛分。细碎细碎的设备配置与投标方案有所差别，即采用3台NP1315反击式破碎机代S300替圆锥破碎机。细碎主要功能是将大于40mm的碎石破碎成中、小石。生产三级配砼用骨料时，20～40mm的碎石大部份进入立轴冲击式破碎机制砂。检查筛分检查筛分为湿式筛分，设置了3YKR2460园振动筛6台，筛网孔径为20mm、5mm和3mm。检查筛分将≦20mm的混合料进行筛分后，一部分20～40mm中石和5～20mm的小石进入成品料仓，一部份同3mm以上颗粒作为混合料进入制砂调节料仓供立式冲击破碎机和棒磨机制砂，3mm以下颗粒经螺旋洗砂机输送至成品砂仓。立式冲击式破碎机与棒磨机联合制砂采用立式冲击式破碎机与棒磨机联合制砂生产工艺，配置了RP109型立式冲击破碎机3台，并预留1台位置。棒磨机制砂对灰岩料是比较适宜的，其生产稳定，调整较方便，所生产砂的级配较好，因此调整后的棒磨机数量由投标时的3台增至6台，并留有2台的位置。细砂与石粉回收细砂与石粉回收采用美国DERRICK公司的细砂与石粉回收装置，型号、规格（2E48-120W-4A）不变，采用3台套，预留1台套位置，留有调整的空间，在某些时段，若石粉有剩余时，由设置的石粉堆料仓作临时堆存。在某些时段石粉不够时，则在石粉仓用机械和人工取粉返参。2.4砂石系统供水与废水处理砂石系统设计总需水量为5000m3/h，其中供水系统设计供水能力为2500m3/h（由红水河取水），废水处理厂回收能力为≮2500m3/h，废水处理能力按4500m3/h设计。供水系统总共由四级泵站和高位水池组成供水系统工艺上没有大的调整。但一级取水的供水量增加500m3/h，因此取水泵站和水厂的规模相应的进行扩容调整。废水处理系统由废水处理池、刮泥机、泥浆泵和箱式压滤机及弃渣处理区组成。砂石系统供水工艺及布置砂石系统的供水工艺及布置与投标方案一致，即供水工艺与布置不变，取水泵站结构形式不变。取水泵的数量不变，但取水泵由卧式离心泵改为立式离心泵，相应的泵站结构尺寸有所调整，取水口方向移向下游。高位水池的位置移至14#公路与12#公路交点附近的山坡上。砂石系统废水处理工艺及布置废水处理系统原设计为压滤机和幅流沉淀池的处理工艺。在施工设计时考虑到采用意大利的环保清淤系统进行废水的处理和输渣，工艺和设备上更简单、可靠些。经论证，调整为修建废水处理池和堆渣库，并采用劲马系统的方案。根据大法坪系统场地的重新布置，成品砂堆场、12#公路与场内道路之间形成一个较大的污水处理池。当蓄水深度为8m~10m时，总容积为10万m3~15万m3。用这个大的平流沉淀池代替原设计的幅流沉淀池。澄清的回收水从出水管引到调节水池处。经沉淀的泥沙采用劲马泵进行疏浚，劲马泵置于浮箱式船体上，船体上设有泵体提升架、卷扬系统、空气分配器、控制箱、牵引卷扬机等。空压机房设于岸上。沉沙池的净化回收水通过管道引入调节水池。劲马泵输泥管道通过长距离胶带机3#洞引向**沟。堆渣库设于**沟胶带机堤坝上游侧，胶带机坝用洞渣料加宽，坡度降缓，经修整后，覆上土工布。经测量，库区的堆渣量达69万m3（离胶带机坝顶5m处）。在已设的排水主涵管的进水口端设有滤水井。库区长度大于360m，渣中的离析水经过长距离沉淀净化以及滤水井的作用，可达到排放要求。2.5供电与电气控制系统供电系统的设计项目有10kv供电线路、低压供电线路、配电所、防雷与接地以及照明工程等部份，共设有配电所8处。电气控制系统分为中央集中控制和现地控制两种方式。中央控制设有上位工控机。包括软件硬件模拟显示屏及操作控制台。控制显示及操作分布于中央控制室、中细碎车间控制室及制砂车间控制室三处。2.6砂石系统主要设备配置系统主要设备配置表序号设备名称型号规格数量单机功率（kw）设备生产厂家备注1移动式破碎站LT1402310美卓矿机（芬兰）料场粗碎2移动式胶带机LL12-36437美卓矿机（芬兰）料场粗碎3圆筒洗石机12011*24416112185*2美国（TELSMMITH）预筛洗泥4反击式破碎机NP15204250*2美卓矿机（芬兰）中细碎5反击式破碎机NP13152250美卓矿机（芬兰）细碎6立式冲击式破碎机机VSIRP10993250*2山特维克（瑞典）制砂7棒磨机MBZ21366220昆明重型机械厂制砂8圆振筛2USK3060245鞍山矿山机械厂预筛9圆振筛2USK3060845鞍山矿山机械厂筛分10圆振筛3YKR24601437南昌矿山机械厂筛分8检查筛分611直线振动筛ZKR1022146鞍山矿山机械厂筛分8检查筛分612直线振动筛ZKR123068鞍山矿山机械厂检查筛分13石粉回收装置ZSG48-1220W-4AA39美国（德瑞克）制砂14螺旋洗砂机FG-1225.5南宁重工机械厂预筛15螺旋洗砂机FC-12A147.5南宁重工机械厂筛分8检查筛分616螺旋洗砂机FC-15A611南宁重工机械厂制砂17振动给料机GZG125-4469318振动给料机GZG100-44282.219电动弧门1000*10000741.120手动弧门500*5001621沉砂箱4m314未采购22电子皮带称CS-EC9-UUPZ20.523劲马泵300/60VSS1500意大利废水处理系统24砂浆泵200NG43IIII4185石粉回收25水泵16SLA-9BB3450一级取水泵站26水泵350S1258710二、三级泵站27空压机20m36未采购28胶带机723砂石系统生产运行情况介绍及设备选型砂石系统于2003年9月26日开始试运行生产，经过一段时间的生产运行，证明采用反击式破碎机代替圆锥破碎机能获得较大破碎比。系统砂石料质量基本稳定，但产量和大石（40～80mm）中径含量不足，不能满足大坝混凝土浇筑高峰期需求。主要原因受场地限制及部分设备选型不够合理、设备设计制造缺陷和布置不够合理等问题，对砂石系统的运行有较大的影响。3.1料场采用移动式破碎机及移动式胶带机生产，因开采场地狭小，给移动式破碎机及胶带机避炮带来一定难度。由于破碎机移动频繁，移动式胶带机难以适应频繁移动及降段需要，使移动式胶带机不能充分发挥其最大效用，故停止了移动式胶带机的使用。再由于移动式破碎机喂料不能保证连续性，限制了毛料处理能力，使生产能力达不到设计要求（平均生产能力600t/h），不得不将移动式破碎机改为半固定式使用。即使采用半固定式破碎和汽车倒运毛料方式，仍达不到设计生产能力1000t/h，还增加了运行成本。如料场场地较大（能够避炮和移动式胶带机有一定的移动范围）并保证破碎机连续性喂料，产量不是太高，采用移动式破碎机也不失为一种破碎方法。3.2半成品料仓采用一、二级转料仓及胶带机运输到半成品堆场，因半成品中的细料形成泥结石板结，使半成品料堆场活库容较小，不能满足系统生产调节。如果将半成品堆场下两条廊道向内延伸10m，可能会使半成品料仓活容积增加。3.3预筛分洗泥选用美国（TELSMITH公司）圆筒洗石机2台，因该设备由轮胎摩擦传动方式改为双链条传动方式，在国内外尚属首次使用。该洗石机在经过厂商服务工程师认可安装合格的情况下，于2003年12月22日投入运行，经过满负荷运行发现：（1）筒体内无导料装置，停机时筒内积料过多导致洗石机重载起动困难，须人工挖料。（2）整机振动较大，噪音严重超标（3）运行期间相继出现托轮与筒体位移（最大达100mm），导致电机负载电流过大停机无法运行。（4）筒体钢圈位移。（5）两链条非正常磨损，节距拉伸后变长且经常跳齿，导致两台电机运行电流严重不平衡，几次发生驱动装置滑架被拉变形损坏，螺栓被剪断等问题,致使圆筒洗石机经常处于停机状态。为此，对该洗石机进行多次消缺改造，改造后整机振动明显减小，但链条使用寿命较低(不足2000h)，运行仍不是很正常。3.4制砂能力不足：制砂工艺和设备布置不够合理，调节料仓不能满足立轴式破碎机制砂用料，主要以棒磨机制砂为主。加之碾压混凝土用砂所占比例较大（占37%左右），且砂仓容积较小，脱水不能保证，需增加设备投入并对砂仓进行增容改造。3.5细砂与石粉回收不理想：细砂与石粉回收装置是为提高人工砂石粉含量而设计选用的。在系统初期运行时，经常出现2mm以上颗粒及杂物等进入旋流器，造成旋流器堵塞。为改变这一状况，在石粉回收装置前加设1台链板式刮砂机，将筛分、检查筛分及棒磨机排放的废水先进行细砂和石粉回收，剔除大于2mm以上颗粒。再在石粉回收装置前增设特制拦渣网，不让大于2mm以上颗粒及杂物进入旋流器。改变工况后，细砂与石粉回收装置运行正常。因细砂流失较多，考虑在细砂与石粉回收装置在后面再增设两台链板式刮砂机，这样既提高了人工砂产量，也提高了石粉回收率。3.6废水处理系统采用劲马清淤装置不能满足废水处理要求：由于对岩石物理性能认识不足，生产废水沉淀后的泥砂极易板结，且系统生产废水量大于处理废水量，难以将泥砂浆送到清淤装置的泥浆泵吸头，进入泵缸排出。虽经采取多种措施予以改进，仍难达到较为理想状态且不能实现废水回收利用。，不得不停止使用。经研究经研究决定停止劲马清淤系统运行，改为水沟直接明排尾矿库方案，满足系统生产废水处理强度要求。4砂石系统扩容改造砂石系统扩容改造是针对毛料生产能力不足、大石中径含量不足、制砂能力不足等情况，并根据工程进展情况于2004年8月开始对该系统生产规模按（蓄水位▽400m方案）混凝土最高月浇筑强度30万m3进行扩容改造，完善招投标方案及设备补充。即毛料处理能力为2500t/h,成品料生产能力为2000t/h。经相关单位充分论证后，确定采用单溜井和平洞运输方式，增加两台鄂式破碎机。中碎增加两台圆锥破碎机，制砂补充两台棒磨机和一台立轴式破碎机。主要设备配置及选型如表2：表2系统扩容改造主要设备配置表序号设备名称型号规格数量单机功率（kw）设备生产厂家备注1鄂式破碎机JM1312HDD2山特维克（瑞典）溜井2放矿机HF13452山特维克（瑞典）溜井3胶带机1溜井4供电、供水系统溜井5圆振动筛1南昌矿山机械厂预筛6圆锥破碎机S3800EC2山特维克（瑞典）中碎7棒磨机2南宁重型机械厂制砂8立轴式破碎机RP1091山特维克（瑞典）制砂9链板式刮砂机3南宁重型机械厂细砂回收溜井位于大法坪料场冲沟内，井口高程695.0m,井底高程626.8m,井深约69m，溜井直径6.0m,下部30.0m，直径12.0m。溜井和平洞施工根据麻村砂石加工系统成熟经验，并由广西局麻村砂石生产经理部开挖施工。采用吊笼人工钻爆反井开挖施工方案，待交通平洞开挖完成后，进行反井开挖，当反井施工到达井口后，形成直径2m的上下垂直通道，再采取自上而下的扩挖方法形成最终的设计开挖（6.0m）断面。溜井开挖施工工艺流程：施工便道→溜井口平台开挖→测量放样→安装钻机→钻导孔，交通洞开挖完成→反井开挖→正挖扩井→下部储料仓正挖扩井。采用溜井垂直运输毛料具有距离近，短倒费用少，能够满足多台汽车同时卸料，保证溜井储料仓有一定的储料，可满足溜井底下安装的两台颚式破碎机进行连续生产，产量满足设计要求。经过扩容改造后的砂石加工系统在调试阶段进行了多项工艺试验，掌握并积累了诸多数据及设备组合生产方案，对各加工设备的技术参数进行了调整，确定了满足砂石料生产的各种工况和生产指标。系统完全具备了高效、连续生产条件，移动式破碎机与溜井内破碎机可以在料场降段及设备检修时形成互补，系统内设备可以根据成品料需求合理调配，砂石料生产总量满足混凝土最高月浇