土石方與導截流工程

功果橋水電站右岸砂石加工系統存在問題及改造

張玉彬

（中國水利水電第十四工程局有限公司）

關鍵詞：工藝流程　人工制砂　系統改造

1 概況

功果橋水電站右岸砂石加工系統（以下簡稱“系統”）位于右岸導流洞進口，主要承擔導流洞及前期工程施工所需骨料的生產供應任務，混凝土總量為15萬m³，主要為二級配混凝土，系統按三級配設計。

加工料源主要采用導流洞工程開挖料，料源巖性為變質砂巖、石英砂巖，干抗壓強度為83～174MPa，飽和抗壓強度為64～125MPa，石英含量為60%。

系統設計處理能力190t/h，成品生產能力155t/h。系統由其他單位建安完成但未進行調試的情況下移交給功果橋項目部，項目部完成收尾工程和調試運行工作。

2 系統改造前工藝流程及布置

2.1 系統改造前工藝流程

系統改造前工藝流程見圖1。

2.2 主要工藝流程說明

系統料源為開挖石英砂巖，巖石相當堅硬，磨蝕性較強，系統按二段破碎、一級制砂、二次篩分進行設計。粗碎為顎式破碎機，中碎選用圓錐破碎機，“石打鐵”立軸破碎機制砂。大石由一篩篩出，中石、小石及人工砂均通過立軸破碎機并由二篩生產。

粗碎布置一臺上海路橋PE900×1200顎式破碎機，配海安聯源ZSW590×110給料機給料。粗碎出料由1#皮帶機送至容量為130m³的鋼筋混凝土料倉堆存，設計為滿足1h調節量，實際只有20min左右，未能發揮調節料倉的調節作用。

一篩車間布置一臺2YKR1645圓振篩，篩網孔徑為a₁=80mm、a₂=40mm。半成品料由調節料倉下兩臺GZG90-160給料機給料至2#皮帶機上（B800）并被送至第一篩分車間，篩分后，>80mm料及部分40~80mm料分別由3#、4#皮帶機匯至5#皮帶機進入PYZ1750圓錐機破碎。其中，根據工藝流程設計需要的40~80mm大石料由4#轉6#皮帶機進入三篩分車間沖洗后由7#皮帶機送至成品大石倉堆存。由于系統承擔的導流洞工程混凝土以二級配為主，故系統投入運行后并未生產大石。

當加工系統不生產三級配時，4#皮帶機輸送的40~80mm料不再分料，全部進入5#皮帶機并進入中碎圓錐破碎機進行循環破碎。

PYZ1750圓錐破碎機出料落至2#皮帶機上，與半成品料混合后進入一篩分。一篩分篩下料（<40mm）經8#、9#皮帶機送至立軸破碎機調節料倉，該料倉容量100m³，實際只滿足工藝設計0.8h調節量，容量偏小。

制砂調節料倉下布置一臺GZG90-160給料機向PL-9500立軸破碎機供料，立軸破碎機出料經11#皮帶機（B800）送往第二篩分。二篩分布置兩臺2YKR2060圓振篩，篩網孔徑為a₁=20、a₂=4mm，立軸破碎機出料經沖洗篩分后，分為20~40mm料、5~20mm料及<5mm料三種。其中，滿足工藝流程量的中石、小石由14#（B650）、15#（B650）皮帶機送至成品中、小石倉堆存；兩級盈余料經17#閉路皮帶機送至9#皮帶機進入制砂調節料倉再次循環破碎。<4mm料連同沖洗水進入篩分機樓底層砂料處理單元（SCD-300）分級脫水處理，成品砂經19#轉20#，再由21#皮帶機（帶卸料小車）卸到成品砂倉堆存。砂料分成三個小倉，卸料、脫水、出料輪流轉換；其尾水則由排水溝引入粉砂處理沉淀池處理。

2.3 系統主要設備配置

系統主要設備配置見表1。

3 系統存在的主要問題

系統投產后成品生產能力僅有設計的一半左右，且成品砂質量差，細度模數大。經測試、分析研究，找到了系統存在的主要問題。

3.1 破碎設備不匹配

系統粗碎設備為顎式破碎機，型號為PE900×1200，排礦口為100~200mm。理論上，當顎式破碎機排料口為最小即e=100mm時，出料最大粒徑已達175mm，差不多已經達到中碎設備PYZ1750允許的最大進料粒徑（185mm）。但是在破碎石英含量高達60%的石英砂巖的情況下，在實際運行中，新襯板只要經過1~2d即20h左右的運行就被磨去10mm左右，此時排礦口已經增加了20mm，顎式破碎機出料粒徑將增至210mm，超過PYZ1750圓錐機允許的最大進料粒徑，導致圓錐機無法承受，經常堵腔停機，系統有效運行時間減少。中碎圓錐機腔型不應選擇中型，應選標準型，允許進料粒徑更大一些，中碎設備才能與粗碎設備相匹配。

3.2 中碎設備選型錯誤，能力偏小

一般來講，在破碎硬巖的情況下，不應選擇進料粒徑偏小的中型腔型圓錐機（PYZ1750），而應選擇相同規格下的標準型圓錐機（PYB1750）。此時，設備允許進料粒徑可提高至220mm左右，方可與PE900×1200顎式破碎機正常的排料粒度相適應。

根據原設計指標，當加工系統按三級配生產時，要求中碎破碎后<40mm料的生產能力為139t/h；當加工系統按二級配生產時，相應要求中碎破碎后<40mm料的生產能力為155t/h。實際按此工況生產，中碎圓錐機的處理能力僅為120t/h左右，與實際需要相差太大，這是該系統無法達到設計能力的最關鍵、最主要的原因。

3.3 第一篩分車間篩分能力不夠

第一篩分處理半成品料及中碎圓錐機破碎后的混合料，按工藝流程料量計算，粗碎處理能力190t/h，中碎機處理量為120t/h，合計第一篩分處理量為310t/h。一篩篩網孔徑為a₁=80mm、a₂=40mm。經現場實測，一篩大石（80~40mm）料中，中石遜徑達40%，很顯然，篩分面積明顯偏小。由于篩分能力較小，大量的細骨料不能透篩，混入上級骨料（即大石80~40mm）中，再次進入圓錐機。而實際上<40mm料被再次破碎的概率已經很小，只能加大圓錐機的循環負荷，做無用功，形成惡性循環。第一篩分篩分機（2YKR1645）篩分能力偏小是制約加工系統正常生產的重要因素。

3.4 立軸破碎機制砂原料偏少，“石打鐵”立軸破碎機制砂率較低

由于中碎環節中石以下粒級料生產能力只達到實際需要值的39%，因而導致制砂原料供應嚴重不足，立軸破長期處于較低負荷狀態運行。另外，立軸破石打鐵腔成砂率在破碎石英砂巖時達不到廠家提供的51%，經多次測試，立軸破碎機出料中<5mm的平均只有31%，經篩分水洗后，成品砂率更低。改造前立軸破進、出料級配見表2及表3。

制砂車間在實際運行中，由于制砂原料的不足以及制砂調節料倉的容積較小，原料倉首先必須集料，然后開機運行，料倉空后停機，再集料，再運行，基本上集料與運行各占一半；而且立軸破碎機出料經二篩沖洗篩分、脫水后成品砂生產能力約為表3的一半。

3.5 無細砂回收工藝，造成細砂大量流失

系統原設計未考慮污水處理前的細砂回收工藝，二篩車間沖洗尾水中含有大量的細砂及石粉未進行回收，造成成品砂的顆粒級配不連續，細度模數偏大。

4 系統工藝優化及改造

根據以上存在的問題、系統運行實際及工程需要，對右岸砂石加工系統進行工藝優化及改造，提出以下整改措施：

（1）中碎車間增加一臺GP100SC圓錐破碎機，允許進料粒徑提高到230mm，并能保證破碎料<40mm的產量不低于120t/h?？紤]原PYZ1750破碎及半成品中的中石以下料，加工系統中碎后<40mm料生產能力可達到170t/h，超過按二級配生產工況155t/h的要求。

（2）將一篩2YKR1645篩分機更換為3YAH2460重型篩，篩網公稱孔徑為a₁=80mm、a₂=40mm、a₃=5mm，增大第一篩分車間處理能力。增加一層5mm篩網，主要是剔除立軸破碎機制砂原料中<5mm粗砂料，使制砂機進料級配更合理，并可提高立軸破碎機成砂率，提高成品砂的產量。

（3）增加一臺QC2.0刮砂機用于二篩車間沖洗尾水細砂的回收，可回收二篩車間尾水中5~12t/h的細砂和石粉，改善成品砂的級配。刮砂機出料由新增23#、24#皮帶機接到原21#帶卸料小車的皮帶機上，與二篩成品砂混合后進入成品砂倉。

（4）更換原二篩的篩網，孔徑由a₂=4mm×4mm一種孔徑更換為兩種孔徑：篩分機前3m長方向上篩網孔徑為6mm×8mm長孔篩，后3m長方向篩網孔徑為4mm×6mm，根據成品砂的細度模數大小增減6mm×8mm、4mm×6mm兩種孔徑的篩網數量，可調節成品砂的細度模數。

系統改造后工藝流程見圖2。

（5）系統改造新增設備見表4。

5 改造方案實施效果

系統改造完善后，對砂石加工系統進行了生產性測試，各項測試結果見表5～表7。

從表5可看出：①粗碎、中碎處理能力均已超過原設計指標；②中碎后<40mm料生產能力已基本接近按二級配工況生產要求的155t/h；③制砂原料已達155t/h的生產能力。但現場立軸破碎機經多次測試，當進料量在150t/h左右時，設備多次自動停機，表明已接近最大負荷，其原因是破碎抗壓強度較高，磨蝕性較大的石英砂巖造成設備處理能力下降。

從表6、表7比較可看出，改造后系統達到甚至超過了設計生產能力，成品中石偏少，可調整圓錐機的排料口及出料溜槽的開度解決，減少進入循環制砂原料中的中石量。

6 體會

功果橋右岸砂石加工系統經過改造后，生產能力明顯提高，系統各車間處理能力都基本達到原設計要求，特別關鍵的是小石及制砂能力都基本達到或超過原設計能力。

（1）加工極為堅硬、磨耗性大的難碎性巖石，主要考慮破碎設備（含制砂）的選型。此外，在常規生產能力的基礎上，還要考慮一個折減系數，根據經驗可按0.7選取。加工硬巖時第二段破碎設備應選擇圓錐機，根據粗碎最大出料粒徑的條件，并滿足某一粒徑料所達到的指標，綜合考慮設備型號和確定設備臺數。

（2）由于地下工程混凝土絕大部分是二級配，三級配混凝土量不大。因此，在進行砂石加工系統的規劃和設計時，必須以二級配為依據進行設計。

（3）選用刮砂機處理洗砂機尾水，回收一定量的石粉和細砂，可進一步調整成品砂的級配及降低細度模數，并且使用成本相對較低。