大渡河龙头石水电站砂石骨料系统工艺流程设计

　　摘 要：通过大渡河龙头石水电站砂石骨料系统工艺流程方案的设计、对比和确定，阐明了进行砂石骨料系统工艺流程设计的过程和正确选择砂石骨料系统工艺流程的重要性。
　　关键词：砂石骨料系统 工艺流程设计 设备选型
　　1 简介
　　龙头石水电站位于大渡河中游的四川省石棉县境内。砂石骨料系统承担着电站约90.23万m³混凝土所需砂石骨料的生产任务，成品骨料总量约210万t，成品料生产能力约330t/h，其中细骨料生产能力约100t/h，毛料处理能力约400t/h，二班制生产，产品规格为80～40mm、40～20mm、20～5mm、10～5mm、<5mm五种，成品骨料级配需用情况见表1。
　　表1 成品骨料级配需求情况表

级配	碎    石				砂	合计
	80～40mm	40～20mm	20～5mm	10～5mm	<5mm
需求量 万t	17	58	61	4	70	210
需求比例 ％	8	28	29	2	33	100

　　2 料场情况
　　料场为安靖坝天然砂砾石料场，位于坝址下游大渡河左岸，距坝址11～12km，有石棉～泸定公路相通，开采及运输条件较好。
　　料场呈SE向沿河分布，地形平坦开阔，为砂卵砾石层构成的冲积漫滩，分布高程878～883m，长1140m，宽230m，每年5～10月约有30～40%的料场面积被水淹没;料场无无用层，有用层水上厚度2.5m，水下厚度2.0m，料场总储量170万m³，净砾石储量152.23万m³，净砂储量72.15万m³。
　　料场砾石成分主要为花岗岩，其次是辉绿岩、砂岩等，磨圆度较好，呈圆～次圆状。料场>150mm粒径颗粒含量为13.5%，150mm～5mm粒径颗粒含量为58.27%，<5mm粒径颗粒含量为28.23%。砾石含量平均值为71.77%，粒度模数为7.32，天然密度2.15g/cm³，软弱颗粒含量平均值3.12%，含泥量平均值1.54%，超过标准要求的<1%。料场含砂率平均值为25.15%，砂的细度模数除紧靠河边有一组为0.69外，其它为1.25～2.81，平均值2.10，属于特细砂～中砂，矿物成分为石英、长石，平均粒径0.32，含泥量1.27～12.22%，平均值4.50%，砂的粒径及含泥量均未满足标准要求。
　　料场粗细骨料含泥量均超出标准，粒度模数、细度模数及砂的平均粒径略微偏小，有机质含量浅于标准色，骨料的碱活性试验表明所检测的砂、砾石均为非活性骨料，其它指标均能满足混凝土骨料的质量要求。
　　砂砾石料场天然级配与各粒径骨料需用级配比较见表2。
　　表2 安靖坝料场天然级配与各粒径骨料需用级配比较表

项   目	级       配(%)
	>150mm	150～80mm	80～40mm	40～20mm	20～5mm	<5mm	合计
骨料需用级配％			8	28	31	33	100.00
骨料需用量万t			17	58	65	70	210.00
料场天然级配％	13.5	19.85	20.13	10.06	8.23	28.23	100.00
料场天然储量万t	61.56	90.52	91.80	45.88	37.53	128.74	456.03
余 量  ％	13.5	19.85	12.13	-17.94	-22.77	-4.77
余 量  万t	61.56	90.52	74.80	-12.12	-27.47	58.74	246.03

　　从表3可以看出，安靖坝天然料场砂砾石级配不均衡，>40mm的各粒径级配均有富余，但<40mm的各粒径级配不足;从料场总储量和各级配需用量进行比较，料场总储量有较大富余，但40～5mm的各粒径级配储量不足，其余各级配储量上均有富余，因此必须采用破碎加工以补充40～5mm的级配料的不足。
　　3 系统工艺流程设计
　　3.1 初选工艺流程方案
　　根据表3，以不破碎制砂为原则，利用200～40mm粒径的富余部分来破碎调整级配，初步选定2种设计方案。
　　方案一：一段破碎，采用1台圆锥式破碎机来完成破碎，生产不足部分的中石、小石、豆石，以调整各级配骨料。
　　方案二：中碎、细碎两段破碎，采用2台圆锥式破碎机分别进行中碎和细碎，生产不足部分的中石、小石、豆石，以调整各级配骨料。
　　3.2 各方案工艺流程设计
　　3.2.1 方案一工艺流程设计
　　3.2.1.1 原料开采
　　在料场用反铲采挖，大于400mm粒径的大卵石在装车前剔除，粒径小于400mm的砂砾石装自卸汽车运输至加工系统受料部位。
　　3.2.1.2 骨料加工
　　(1) 工艺流程
　　系统必须能够生产出大石(80～40mm)、中石(40～20mm)、小石(20～5mm)、豆石(10～5mm)、砂(<5mm)五种骨料。根据破碎机在相应开度下的破碎曲线，经过级配平衡计算(见表3)，采用一段破碎来完成对整个生产的级配调整，确定工艺流程见图1。
　　表3 方案一级配平衡计算表

项目		粒径级（mm）
		＞150	150～80	80～40	40～20	20～5	10～5	5～0.15	＜0.15	合计
安靖坝 料场	%	13.5	19.85	20.13	10.06	8.23		24.40	3.83	100.00
	计划开采t	343636	505273	512400	256073	209491		621091	97491	2545455
骨料需 用量	%			8.00	28.00	29.00	2.00	33.00		100.00
	需用量t			170000	580000	610000	40000	700000		2100000
天然级配余量t		343636	505273	342400	-323927	-400509	-40000	-78909	97491
		85％
破碎机加工量t				1139764						1139764
开路循环加工强度t/h				173.8						173.8
获得级配%					38.00	42.00		12.00	8.00	100.00
加工获得量t					433110	478701		136772	91181	1139764
破碎后级配余量t					109183	38192		57863	188672	393910
弃料率%		2.03			4.29	1.50		2.27	7.41	17.50
系统设计生产能力t/h				26.4	92.4	95.7	6.6	108.9		330
毛料开采能力t/h										400

　　(2) 设备选型
　　① 预筛分
　　经过条筛预筛分后粒径大于200mm的料直接堆在受料斗旁作弃料处理;粒径小于200mm的料送入筛分楼。
　　② 初筛分、复筛分
　　初、复筛分重叠在主筛分楼上布置。初筛分设置1台2YAH2148筛分机，共2层筛网，复筛分设置1台2YA2148筛分机共2层筛网。经过级配平衡计算，通过筛分机的流量见表5。筛分机出口处设置多格翻板式分料漏斗控制成品大石的产出比例以达到产需平衡。
　　表5 筛分过筛流量表

名称	筛网层数	筛孔尺寸	平均过筛流量（t/h）	最大过筛流量（t/h）	筛分机选型	筛分机产量（t/h）
初筛	2	80mm	559.1	585.5	2YAH2148	820～2028
		40mm
复筛	2	20mm	358.1	410.9	2YA2148	296～963
		5mm

　　③ 破碎
　　经过初筛分后将200～80mm的料及80～40mm的富余料送入破碎，进入破碎机的平均流量为173.8t/h，当选用1台山特维克S4800型圆锥破其排料口为25mm时生产能力约205～235t/h，生产能力和破碎级配完全能满足要求。
　　④ 豆石筛分
　　选用与破碎相配套的2YA1236筛分机，其第一层筛网10mm、第二层筛网5mm。筛分机出口处设置多格翻板式分料漏斗控制成品豆石的产出比例以达到产需平衡。
　　⑤ 成品骨料储存
　　按规范要求，成品粗骨料堆场活容量不小于3～5天用量，成品细骨料堆场活容量不小于7天用量。根据混凝土高峰期浇筑强度，计算出成品骨料最大储存量为12000m³。同时在大石料堆中设置缓降装置以减少产生逊径的机会。
　　⑥ 成品骨料装车和计量
　　外供骨料装车按装载机装车方式设计，在骨料堆仓底铺设30cm混凝土底板，装载机入仓直接装自卸汽车，计量由设置于场地内的地磅称量。
　　3.2.1.3 技术特性表和主要设备
　　表6 方案一砂石骨料系统技术特性表

序号	项   目	单位	数量
1	设计生产能力
1.1	原料处理能力	t/h	400
1.2	成品生产能力	t/h	330
2	原料最大粒径	mm	200
3	成品骨料最大粒径	mm	80
4	成品料堆容量	m³	12000
5	生产系统耗水量	t/h	330
6	设备总装机	kw	414.5
7	设备总安装量	t	151.2
8	系统占地面积	m²	15000

　　表7 方案一砂石骨料系统主要设备表

序号	设备名称	型号、规格	数量	单机功率(kw)	单机重量(t)	单机能力(t/h)
1	振动给料机	GZG8	1	4	3.6	600
2	振动筛分机(初筛)	2YAH2148	1	22	11.5	820～2028
3	振动筛分机(复筛)	2YA2148	1	22	10.6	296～963
4	振动筛分机(豆石筛)	2YA1236	1	11	5.4	135～405
5	洗砂机	2FC-1500	1	15	30.7	150～250
6	圆锥破碎机	Sandvik S4800	1	220	19.3	205～235
7	胶带输送机	B=1000～650mm	11	总计120	总计64.8	100～600
8	地衡(骨料计量)	SCS-50A, 50t	1	0.5	5.3
合    计			18	414.5	151.2

　　3.2.2 方案二工艺流程设计
　　3.2.2.1 原料开采
　　与方案一同。
　　3.2.2.2 骨料加工
　　(1) 工艺流程
　　方案二采用两段破碎来完成对整个生产的级配调整，经过级配平衡计算(见表8)，确定的工艺流程见图2。
　　表8 方案二级配平衡计算表

项目		粒径级（mm）
		＞150	150～80	80～40	40～20	20～5	10～5	5～0.15	＜0.15	合计
安靖坝 料场	%	13.5	19.85	20.13	10.06	8.23		24.40	3.83	100.00
	计划开采t	343636	505273	512400	256073	209491		621091	97491	2545455
骨料需 用量	%			8.00	28.00	29.00	2.00	33.00		100.00
	需用量t			170000	580000	610000	40000	700000		2100000
天然级配余量t		343636	505273	342400	-323927	-400509	-40000	-78909	97491
		85％
中碎机加工量t		797364         30％								797364
细碎机加工量t				581609						581609
开路循环加工强度t/h			121.6	88.7						210.3
获得级配%					38.00	42.00		12.00	8.00	100.00
加工获得量t					433110	478701		136772	91181	1139764
破碎后级配余量t					109183	38192		57863	188672	393910
弃料率%		2.03			4.29	1.50		2.27	7.41	17.50
系统设计生产能力t/h				26.4	92.4	95.7	6.6	108.9		330
毛料开采能力t/h										400

　　(2)设备选型
　　① 破碎
　　经过初筛分后将粒径为200～80mm的料送入中碎，中碎选用与方案一相同系列的山特维克S3800型圆锥破碎机，能满足要求。
　　经过初筛分后将粒径为40～80mm的富余料送入细碎，进入细碎的平均流量为88.7t/h，当选用1台诺德伯格GP100型圆锥破其排料口为22mm时的生产能力约100～110t/h，能满足要求。
　　② 筛分、成品骨料储存、成品骨料装车和计量
　　与方案一同。
　　3.2.2.3 系统技术特性表和主要设备
　　表9 方案二砂石骨料系统技术特性表

序号	项    目	单位	数量	备注
1	设计生产能力			与方案一同
1.1	原料处理能力	t/h	400
1.2	成品生产能力	t/h	330
2	原料最大粒径	mm	200
3	成品骨料最大粒径	mm	80
4	成品料堆容量	m³	12000
5	生产系统耗水量	t/h	330
6	设备总装机	kw	471.5
7	设备总安装量	t	172.4
8	系统占地面积	m²	18000

　　表10 方案二砂石骨料系统主要设备表

序号	设备名称	型号、规格	数量	单机功率(kw)	单机重量(t)	单机能力(t/h)	备注
1	振动给料机	GZG8	2	4	3.6	600	与 方 案 一 同
2	振动筛分机(初筛)	2YAH2148	1	22	11.5	820～2028
3	振动筛分机(复筛)	2YA2148	1	22	10.6	296～963
4	振动筛分机(豆石筛)	2YA1236	1	11	5.4	135～405
5	洗砂机	2FC-1500	1	15	30.7	150～250
6	地衡(骨料计量)	SCS-50A, 50t	1	0.5	5.3
7	圆锥破碎机	Sandvik S3800	1	150	12	115～165
8	圆锥破碎机	Nordberg GP100	1	90	7.2	100～110
9	胶带输送机	B=1000～650mm	14	总计153	总计82.5	100～600
合    计			38	471.5	172.4

　　3.3 方案对比
　　3.3.1 各方案的特点
　　方案一工艺流程简单流畅，充分考虑到了料源的特点(需破碎料的粒径不大)和圆锥破碎机的性能参数(进料口尺寸满足要求，在选定的开度下破碎曲线接近设计需要的破碎比例，能同时完成中碎和细碎)，利用较少的设备来完成骨料的生产。
　　方案二与方案一的差别主要是在初筛分后增加一道中碎工艺，由此增加1台中碎破碎机、3条胶带输送机、1个中碎缓存料堆和1台振动给料机，各破碎机分工明确，强度不大，满足设计要求。
　　3.3.2 方案对比
　　表11 方案对比情况一览表

对比项目	方案一	方案二
主要加工设备	1台破碎机，11条胶带机	2台破碎机，14条胶带机
流程运行控制	流程更简单，更易运行控制	流程相对复杂，运行控制相对难
加工生产强度	满足设计要求	满足设计要求
临时工程量	土建工程量较小，设备总安装量151.2t	增加中碎缓存料堆、中碎给料廊道、中碎破碎机基础、 3条胶带机的基础、立柱和桁架，设备总安装量172.4t
成品骨料单价	设备总装机414.5kw,成品骨料价格相对较低	设备总装机471.5kw，成品骨料价格相对较高
系统占地面积	15000m²	18000m²

　　3.4 工艺流程方案确定
　　经过方案对比，确定选择工艺流程更为简单、临时工程量和总装机较小、占地面积较少的方案一作为本工程砂石骨料加工系统的工艺流程方案。
　　4 系统的供水、供电、控制系统设计
　　砂石加工系统生产用水采用2台IS150-125-315型水泵(扬程32m、单台流量200m³/h)直接供给，不设水池。
　　系统用电采用1台S9-630/10型变压器供给。
　　系统控制采用工业计算机与PLC联合控制，对系统内所有设备均采用实时监控。
　　5 结论
　　进行砂石骨料加工系统工艺流程设计时，首先应全面弄清料源情况，才能初步确定加工系统工艺流程;同时应充分了解加工设备的性能参数，才能正确进行设备选型;其次，必须进行多种方案的设计和对比，才能选出最优的设计方案。
　　正确选择砂石骨料系统工艺流程十分重要：工艺流程合理才能保证加工强度满足要求;工艺流程越简单，投入的加工设备少，越利于运行控制，占地面积相对较小，临建工程量减少;系统总装机越小，才能降低成品骨料的单价。