周志强
（中国水利水电第九工程局有限公司贵州贵阳550008）
【摘要】简述了乌江沙沱水电站人工砂石料加工系统的设计规模、生产工艺流程、车间布置和设备配置情况；总结了砂石骨料的质量控制情况和质量统计数据，分析了质量控制的成果，探索了人工砂石加工系统质量控制的有效途径和方法。
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关键词 砂石系统；工艺；设备选型；质量控制
1. 概述
（1）沙沱水电站是乌江干流梯级开发方案中的第九级，是乌江干流在贵州省境内的最后一个梯级水电站。本电站装机4台，总装机容量1120MW，沙沱水电站大坝属碾压混凝土重力坝，工程总计有凝土270.8万m3，其中常态混凝土119.73万m3，碾压混凝土151.07万m3。
（2）人工砂石料加工系统布置在乌江沙沱水电站坝址左岸上游500m处，主要承担沙沱水电站主体工程和主要临建工程270.8万m3混凝土所需砂石料的生产任务。共需制备砂石骨料约635万ｔ，其中碎石413万ｔ，砂222万ｔ。砂石系统粗碎车间设计生产能力1500t/h，成品骨料生产能力1150t/h，其中成品碎石生产能力为748t/h（不含特大石），成品砂为402t/h。满足沙沱水电站高峰月浇注强度15万m3的骨料需求量。该系统于2007年4月投产运行，2013年12月完工拆除。
2. 系统生产工艺流程及布置
2.1系统生产工艺流程。
2.1.1系统工艺流程简述。
沙沱水电站砂石系统采用半干式制砂工艺进行流程设计。根据半干式制砂“以破代磨”的工艺技术特点，采用了“两端开路、中间闭路”的人工制砂破碎流程，即粗碎车间和超细碎车间（高速立轴式破碎机）采用开路生产，中碎车间和细碎车间采用闭路生产。各生产车间之间用运输皮带相连接。系统生产工艺流程见图1。
2.1.2系统各车间处理量。
为满足沙沱水电站大坝浇筑高峰期15万m3/月所需的砂石骨料，砂石系统的设计处理能力以高峰期需求量进行核算，砂石系统生产的源头是粗碎车间，以下是为满足生产要求计算的粗碎生产量。
加工系统高峰月成品骨料生产强度：
Qmp= Qmc×A=15×104×2.2=330000(t/月)
式中：Qmp——成品骨料高峰月生产强度，t/月；
Qmc——混凝土浇筑高峰月强度， Qmc =15万m3/月；
A——每m3混凝土用骨料量，取2.2t/ m3。
加工系统小时成品骨料生产能力：Qhp=Qmp/(m×n)×C1
式中：Qhp——系统成品骨料小时生产能力，t/h；
Qmp——系统月成品骨料生产强度，t/月；
m——系统月工作天数，d；取25天
n——系统日工作小时数（按两班制），n=14小时。
C1——加工系统生产不均衡系数，取C1=1.2。
则：Qhp=330000/(25×14)×1.2=1131(t/h)，取值Qhp=1150(t/h)
粗碎车间处理能力Q=Qhp×C2
式中：Q——粗碎车间小时处理能力，t/h；
C2——加工工艺流程及成品骨料输送损耗系数，取C2=1.28;
则Q=1150×1.28=1472(t/h)，取值Q=1500(t/h)
沙沱砂石系统自2007年4月投产以来，经多次系统整改后，生产量已完全达到设计要求，满足浇筑高峰期的砂石骨料需求量，各车间处理能力及各级成品骨料生产能力分别见表1、表2。
3. 系统生产工艺流程及布置
3.1由于本标合同只要求加工系统能生产特大石（120~80mm），而无生产强度要求，系统设计按能够生产四级配，主要生产三级配混凝土用骨料设计，故设计成品骨料生产能力1150t/h不含特大石生产能力。
3.2破碎工艺及设备选型。
系统破碎采用粗、中、细三段破碎工艺。粗碎开路，中碎、制砂与相应的筛分车间形成闭路循环生产工艺。可满足各种级配混凝土对各种粒径骨料的不均衡需求。
（1）粗碎车间。
粗碎车间处理能力为1500t/h，车间选用3台NP1313型反击式破碎机和3台B13-56-2V型棒条式给料机，破碎机的设计排料口开度CSS=150mm，棒条式给料机的棒条间距b=150mm。车间处理最大进料粒径为800mm，系统控制料源粒径为≤750mm，设计工况下粗碎出料最大粒径250mm，破碎比i1=3.2。
粗碎破碎机生产参数见表3。
（2）中碎车间。
中碎车间处理能力为1100t/h，选用了NP1110型和NP1213型反击式破碎机各2台，设计排料口尺寸CSS=40mm，设计工况下车间的最大出料粒径为50mm，设计破碎比i2=5.0 。
中碎车间破碎机生产参数见表4。
（3）制砂车间。
为达到沙沱水电站大坝浇筑常态及碾压两种混凝土对成品砂石粉含量的不同要求，砂石系统采用4台PL9500低速制砂机和2台PL8500高速制砂机联合制砂。为此系统设置细碎及超细碎车间，满足不同生产要求。
A.细碎车间。
细碎车间处理能力为1000t/h，选用了4台PL9500SD型立轴式制砂机，设计设备线速度为65m/s。细碎车间设计工况下的进料粒径为3～40mm，出料成砂率为55% ；系统中采用立轴式制砂机低速与高速联合制砂的制砂生产工艺，低速制砂机（四台PL9500SD）用来提高产量，破碎原料粒径≤40mm的骨料； PL9500SD破碎后砂中筛分出部分2.5～5mm骨料进粉砂车间立式式制砂机（PL8500）破碎，破碎后的骨料与PL9500SD破碎后筛分出另一部分的小于5mm料掺和，达到改善成品砂的质量。砂的细度模数FM为2.68石粉含量18.57% 。PL9500SD制砂机生产参数见表5。
B.超细碎车间。
超细碎车间处理能力为140t/h，选用了2台PL8500型立轴式制砂机，设计转子线速度81m/s，车间设计进料粒径3～5mm，出料细度模数FM为2.53，石粉含量17.21%。
3.3筛分工艺及设备选型。
总结多年的人工砂石生产经验，经过经济技术比较，筛分设备选用YKR系列圆振动筛，该机型广泛用于国内的水电工程建设及冶金、采矿、煤炭行业中。
（1）一筛车间。
一筛车间、中碎和洗石车间联合布置成一筛中碎车间，选用3YKR1845和2YKR1845振动筛各2台，筛面安装有高压水冲洗装置。振动筛出的粒径为80～120mm 的特大石和粒径为40～80mm的大石一部分进入成品料仓，剩余和粒径大于120mm的骨料一起进入中碎破碎设备，粒径小于40mm的骨料进入型号为2WCD1118的洗石机进行清洗。
（2）二筛车间。
选用型号为3 YKR2460的振动筛2台，粒径大于40mm的骨料返回一筛车间，粒径3～20mm和20～40mm的骨料一部分进入三筛车间，在三筛车间筛分分级后进入成品料仓；另一部分进入1号调节料仓，作为细碎车间的制砂料源，粒径小于3mm的砂进入成品砂仓。
（3）三筛车间。
三筛车间筛面上安装高压水冲洗装置，选用型号为3YKR2460的振动筛2台，来自二筛车间的骨料经三筛车间分级后，粒径20～40mm的骨料进入成品中石仓，粒径为5～20mm的骨料进入成品小石仓，粒径3～5mm的进入1号调节料仓，粒径小于3mm的进入成品砂仓。
（4）四筛车间。
四筛车间设置有型号为2YKR2460的振动筛4台，型号为2616VM的高频振动筛1台，高频振动筛振动频率高，处理能力大。四筛车间将细碎车间的出料分级成﹥5mm、3～5mm、﹤3mm三种骨料：粒径大于5mm的骨料返回2号调节料仓；3～5mm的部分进入成品料仓，部分进入2号调节料仓，作为进入超细碎车间进一步破碎的料源，以调节成品砂的细度模数和石粉含量；粒径小于3mm的直接进入成品砂仓。
3.4系统设备配置列表。
砂石系统设备本着便于操作、工作可靠、节省投资、能耗及其它消耗低的原则进行选型，根据系统工艺流程、各车间处理量、车间布置及成品的质量要求，选用了满足本系统生产需要，且最大程度节省投资的加工处理设备。
砂石系统主要设备见表6。
4. 本系统工艺特点及生产过程中的质量控制
4.1工艺特点。
结合半干式制砂工艺多年的发展及其在石灰岩地区成功运行的实例，沙沱水电站砂石加工系统根据料源的岩性特点，采用了半干式制砂工艺，具体工艺流程见砂石系统工艺流程图。
（1）“两端开路、中间闭路”的人工制砂破碎流程。
系统根据半干式制砂的“以破带磨”工艺技术特点，采用了“两端开路、中间闭路”的人工制砂破碎流程，即粗碎车间和超细碎车间（高速立轴式破碎机）采用开路生产，中碎车间和细碎车间采用闭路生产。
（2）粗、中碎均采用反击式破碎机。
根据沙沱水电站蚂蟥湾料场的料源特点，粗碎车间选用了3台美卓矿机的NP1313型反击式破碎机，中碎车间选用了2台NP1213和2台NP1110型反击式破碎机。
（3）低速立轴式破碎机和高速立轴式破碎机联合制砂。
本系统采用低速立轴式破碎机和高速立轴式破碎机联合制砂工艺，细碎车间的低速立轴式破碎机将粒径3～40mm的骨料破碎后，出料中一部分3～5mm的骨料进入超细碎车间进行高速破碎，超细碎车间采用开路生产方式，出料与细碎车间出料中粒径小于5mm的砂混合后经皮带运送到成品砂仓。生产出来的砂的石粉含量可达18.53%，细度模数2.68，骨料级配合理，各项指标均满足碾压混凝土用砂要求。
4.2成品砂石料的质量指标。
工程承包合同对细骨料（砂）和粗骨料（碎石）的质量指标见表7和表8。
4.3生产过程中的质量控制。
沙沱水电站砂石系统对成品骨料、砂的质量进行过程控制，项目部实验室在生产过程中对成品骨料、砂的各项指标进行跟踪检测，并将检测结果及时反馈到生产部门，从而指导生产。业主中心实验室合同监理单位、用位单位定期进行联合取样检测，对成品骨料、砂的质量进行监督控制。
4.3.1毛料的质量控制。
沙沱水电站砂石加工系统的毛料来源有两个，一个是从水淹坝弃渣场回采的电站大坝和厂房基坑开挖弃渣，一个是蚂蟥湾料场爆破作业开采的石料，其中回采料约占毛料总量的28%，开采料约点毛料总量的72%。
毛料的质量对成品骨料的质量有直接影响，为保证成品骨料的质量，毛料质量主要有杂质含量和超径石两个指标。
（1）杂质含量控制。
毛料里的杂质主要包括泥土和风化岩块以及民爆物品包装袋等废物。由于前期电站大坝基坑和厂房开挖标承包商无序弃渣，水淹坝弃渣场堆存的石渣中，无用料和有用料混杂严重，为保证砂石料质量，在毛料回采时尽量挑选含泥量小的区域进行回采，必要时将含泥量重的废料转运出去。在蚂蟥湾料场开采时，为保证有用层毛料的质量，在每层台阶开采时，都是先把覆盖层剥离干净，在覆盖层的剥离作业中严格按“先覆盖，后毛料”的原则组织施工。在施工时先进行顶部覆盖层的开挖剥离，将剥离料运至指定弃渣场堆放。在遇到溶蚀断层时，在爆破作业前，采用人工配合机械的方式，清除开采区内的泥夹层和泥团，验收合格后方可进行爆破；爆破后，集中人力清除爆堆中由于爆破力作用分布不规则的泥团，并在挖运装车时，边挖边清除，增加反铲挖掘机甩渣次数和挑选的工序，集中清除不合格料；在料场运输道路边设置质检点，每车毛料经质检员检查，及时清除少量泥团，泥团较多无法清除的作为废料处理，保证进入粗碎车间毛料的含泥量不超过2%。
（2）超径石控制。
砂石加工系统粗碎车间破碎机最大进料粒径为７５０ｍｍ，为了保证该设备的正常可靠运行，料场开采毛料的最大粒径必须小于７５０ｍｍ，超径石量控制在２％以内。在爆破设计时，采用缩小炮孔间排距、合理装药等措施尽量减少超径石。在毛料装运时，将大于７５０ｍｍ的块石挑选出来，集中进行二次爆破解小或采用破碎锤冲击破碎，在粗碎车间破碎机下料口处再进行一次挑选，禁止超径石卸入进料口。
4.3.2粗骨料的质量控制。
粗骨料的质量控制指标主要有三个，一是骨料含泥量指标，二是针片状颗粒含量指标，三是骨料超逊径指标。
（1）粗骨料的含泥量控制。
首先是控制毛料的含泥量，杜绝含泥块的毛料进入系统，其次对已经经过粗碎车间加工的半成品料进行多级冲洗，并根据半成品料含泥情况，调整冲洗时间和冲洗水量，对大于40mm的骨料在筛分机上设置高压水冲洗，对小于40mm的骨料采用双螺旋洗石机充分搓洗，再在筛分机上用高压水冲洗，以确保骨料的含泥量达到标准要求。
（2）粗骨料的针片状含量控制。
人工砂石骨料生产中，受料源特性、开采方法、破碎工艺及设备性能等综合因素的影响，都会产生一定数量的针片状石料。骨料中针片状含量越多对混凝土的质量影响越大。因此，必须采用有效的生产工艺，严格控制针片状石料的含量。
沙沱水电站砂石加工系统料源采用大坝开挖回采料及蚂蟥湾料场开采石料，岩性为中等可破碎性灰岩，岩性为O1h厚层、中厚层灰岩，含少量燧石结核和条带；O1t地层中厚白云质灰岩，含少量燧石团块。参照国内对灰岩的加工经验，系统在设计时，粗骨料的破碎设备为反击式破碎机，生产出来的40～120mm的粗骨料的针片状含量在5%以内，生产的5～40mm骨料，针片状含量远小于合同规定的15%。
（3）粗骨料的超逊径控制。
根据系统工艺设计，主要在一筛分车间利用筛分机进行骨料筛分分级，即大石(80～40mm)在一筛分车间筛分分级；中石(40～20mm)、小石(20～5mm)在二筛分车间和三筛分车间分级。在实际生产过程中，为控制骨料的超逊径，首先确定筛分机筛网的合理尺寸，选用质量较好的筛网，其次对筛分出的成品质量情况进行及时跟踪检测和信息反馈，如发现骨料超逊径变幅较大，需停机对筛网进行全面检查，发现筛网磨损较严重的及时进行更换处理，以保证骨料质量。
4.3.3成品砂的质量控制。
成品砂质量控制的主要指标为细度模数、石粉含量及含水率。
（1）细度模数的控制。
合同对砂的要求为中砂，细度模数为2.8。本系统采用4台PL9500SD制砂机和2台PL8500制砂机联合制砂，通过调配制砂机组合来综合调控成品砂的细度模数。当回收细砂的量较大时，开启4台立轴式PL9500制砂机和一台PL8500制砂机，确保成品砂的细度模数在2.6~2.8之间。加强成品砂的质量检测，每1200吨为检验批次进行质量检测，并及时将检测数据反馈到生产车间，生产车间根据检测数据进行制砂机调配，以保证细度模数满足合同要求。
（2）石粉含量控制。
沙沱水电站常态混凝土及碾压混凝土对成品砂的石粉含量要求相差较大，常态砂的石粉含量要求控制在10%~14%之间，而碾压砂的石粉含量要求为14%~20%。成品砂仓由隔墙分为两部分，分别堆存常态混凝土用砂和碾压混凝土用砂。系统采用4台PL9500低速制砂机、2台PL8500高速制砂机及1台美国爱斯太克公司生产的2618V型高频振动筛联合制砂。采用粉砂设备PL8500制砂，可有效调节和控制砂的石粉含量，以确保常态混凝土和碾压混凝土对成品砂石粉含量的不同要求。对成品砂按每1200吨为检验批次进行质量检测，并及时将检测数据反馈到生产车间，生产车间根据检测数据调整细砂回收设备运行强度，以保证石粉含量满足不同混凝土的质量要求。
（3）含水率控制。
成品砂的含水率直接影响混凝土的质量，合同要求成品砂的含水率小于6%。系统采用了机械脱水方式，对从一筛车间及三筛车间回收的细砂进行机械脱水，将制砂车间、粉砂车间、调节料仓、运输胶带机及成品砂仓等部位全部进行了雨篷覆盖。通过采用半干式制砂技术，使二筛车间和三筛车间加工的制砂原料含水率控制在8%以内，在制砂车间使成品砂的含水率控制在合同要求的范围内。对成品砂按每1200吨为检验批次进行质量检测，并及时将检测数据反馈到生产车间，生产车间根据检测数据进行制砂原料的含水率调整和控制，以保证砂的含水率满足合同要求。
5. 质量统计数据和质量控制成果分析
5.1粗骨料的质量情况。
系统投产至2013年4月粗骨料质量检测成果见表9。
5.2细骨料的质量情况。
系统投产至2013年4月细骨料质量检测成果见表10和表11。
质量检测结果表明，砂石加工系统生产的粗骨料和细骨料的各项质量指标均达到合格标准，也满足业主合同要求。
6. 结束语
贵州沙沱水电站人工砂石生产系统采用半干式制砂工艺，实行全过程质量控制，从投产至结束运行，系统生产的砂石骨料各项质量指标均满足规范和合同要求，为沙沱水电站混凝土施工质量提供了保障，也为沙沱水电站长期安全稳定运营奠定了基础。
［文章编号］1006-7619（2014）12-02-768