水電站天然砂石骨料生產(chǎn)加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王彥強(qiáng)

摘? 要：該文以剛果（金）布桑加水電站砂石骨料生產(chǎn)加工系統(tǒng)項(xiàng)目為例，主要根據(jù)天然骨料料源情況，為滿足工程工期，成品骨料質(zhì)量要求等，對(duì)于生產(chǎn)加工系統(tǒng)從料場(chǎng)復(fù)勘、料場(chǎng)開(kāi)采規(guī)劃、系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)，給排水、廢水處理，成品料儲(chǔ)存及運(yùn)輸?shù)葞追矫孢M(jìn)行設(shè)計(jì)論證。目前該生產(chǎn)系統(tǒng)已滿足工程所需成品料要求，在天然沙礫料生產(chǎn)合格骨料方面積累了經(jīng)驗(yàn)，節(jié)約了工程成本，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：天然骨料;生產(chǎn)加工系統(tǒng);系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TV42? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 工程概述

砂石骨料加工系統(tǒng)承擔(dān)水電站主體工程總量為75.5萬(wàn) m3的混凝土砂石骨料的生產(chǎn)任務(wù)，需砂石凈料總量約120萬(wàn) m3。工程混凝土最高月澆筑強(qiáng)度為4.77萬(wàn) m3，其中常態(tài)混凝土強(qiáng)度為0.83萬(wàn) m3/月，碾壓混凝土強(qiáng)度為3.94萬(wàn) m3/月。混凝土高峰時(shí)段持續(xù)11個(gè)月時(shí)間，月平均澆筑強(qiáng)度4.12萬(wàn) m3，考慮1.3的不均衡系數(shù)后，砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)能力需滿足高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度5.4萬(wàn) m3混凝土骨料的生產(chǎn)任務(wù)。

考慮到國(guó)外工程物資設(shè)備運(yùn)輸周期長(zhǎng)及其他特殊情況，而水電工程現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)經(jīng)常發(fā)生搶工期的情況，砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)為其預(yù)留一定的機(jī)動(dòng)性，該項(xiàng)目要求砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)能力需滿足高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度6.0萬(wàn) m3混凝土（其中碾壓混凝土5.0萬(wàn) m3）骨料的生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)該項(xiàng)目為碾壓混凝土拱壩，碾壓混凝土采用平層碾壓工藝，最大澆筑倉(cāng)面為3 700 m2，砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)能力還需滿足碾壓混凝土最大澆筑倉(cāng)面入倉(cāng)強(qiáng)度要求。

2 天然沙礫料場(chǎng)情況

然沙礫料場(chǎng)位于壩址區(qū)下游約4.5 km的Lualaba河的左岸支流兩側(cè)。料場(chǎng)屬Lualaba河的階地，后經(jīng)其支流沖蝕切割形成斜坡，地形起伏較大料場(chǎng)地表植被發(fā)育，大部分為林區(qū)，少數(shù)為沼澤區(qū)，有用層厚度一般5 m～10 m，變化不大，上部細(xì)粒土需予以剝離，為Ⅱ類料場(chǎng)。天然砂礫石料場(chǎng)包括左岸料場(chǎng)Ⅰ區(qū)、左岸料場(chǎng)Ⅱ區(qū)、右岸料場(chǎng)3部分。壩址區(qū)至料場(chǎng)之間有土石路相通，交通便利。

3 天然沙礫料場(chǎng)復(fù)勘

為進(jìn)一步了解天然料場(chǎng)分布、料源實(shí)際性能及料源儲(chǔ)量，便于后期料場(chǎng)開(kāi)采規(guī)劃，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備配置，確定系統(tǒng)選址，施工方與設(shè)計(jì)方、業(yè)主方及監(jiān)理方等對(duì)于天然沙礫料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)勘。對(duì)于天然沙礫料場(chǎng)分布，各區(qū)域內(nèi)料源級(jí)配、含泥量，儲(chǔ)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，最終得出以下結(jié)論：

（1）料場(chǎng)總體儲(chǔ)量考慮毛料開(kāi)采系數(shù)等因素時(shí)，儲(chǔ)量欠缺，對(duì)于原規(guī)劃料場(chǎng)周邊增設(shè)補(bǔ)勘區(qū)域，可以滿足儲(chǔ)量要求，建議對(duì)于補(bǔ)勘區(qū)域進(jìn)行征地，見(jiàn)表1。

（2）料源分布不均勻，各區(qū)域覆蓋層厚度不均勻，有用層厚度不均勻，在規(guī)劃料場(chǎng)區(qū)域存在覆蓋層厚度深，有用層較淺現(xiàn)象，開(kāi)采不經(jīng)濟(jì)，不能作為開(kāi)采儲(chǔ)量計(jì)算。

（3）復(fù)勘工作對(duì)于勘探50個(gè)勘探點(diǎn)，對(duì)于各區(qū)域按照成品骨料進(jìn)行要求進(jìn)行篩分，含泥量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，最終得出各規(guī)劃區(qū)域料源級(jí)配不均勻，含泥量較高。

4 系統(tǒng)規(guī)模設(shè)計(jì)

根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃安排，該工程承擔(dān)大壩、廠房、引水系統(tǒng)等主體工程混凝土所需骨料的生產(chǎn)任務(wù)，混凝土最高強(qiáng)度為4.16萬(wàn) m3/月，高峰時(shí)段有兩段：第一個(gè)高峰時(shí)段程序13個(gè)月，最高強(qiáng)度4.16萬(wàn) m3/月。第二個(gè)高峰期持續(xù)2個(gè)月，最高強(qiáng)度3.81萬(wàn) m3/月。第二個(gè)持續(xù)時(shí)間不足3個(gè)月，砂石無(wú)須計(jì)入不均勻系數(shù)?？紤]成品率、加工系數(shù)、月工作日、工作小時(shí)等因素，該砂石加工系統(tǒng)處理能力約400 t/h，生產(chǎn)能力約330 t/h。

同時(shí)考慮到國(guó)外工程物資設(shè)備運(yùn)輸周期長(zhǎng)及其他特殊環(huán)境情況，而水電工程現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)經(jīng)常發(fā)生搶工期的情況，砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)留一定的機(jī)動(dòng)性。該項(xiàng)目砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)能力需滿足高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度6.0萬(wàn) m3混凝土（其中碾壓混凝土5.0萬(wàn) m3）骨料的生產(chǎn)任務(wù)（實(shí)際不均衡系數(shù)為1.5）據(jù)此砂石加工系統(tǒng)處理能力約470 t/h，生產(chǎn)能力約380 t/h，見(jiàn)表2。

5 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)的地勘資料和復(fù)勘成果，我們認(rèn)為該系統(tǒng)砂石料加工有如下關(guān)鍵工藝需進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究。

5.1 篩洗工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)成果報(bào)告，天然料源各類級(jí)配比例分布相對(duì)均衡。各類級(jí)配骨料主要經(jīng)過(guò)水洗、篩分即可得到相應(yīng)料源。水洗、篩分設(shè)備共配置2套，主要包括設(shè)備有：給料機(jī)、水洗篩、洗石機(jī)、洗砂機(jī)、振動(dòng)篩。

5.2 骨料整形（中間破碎）

針對(duì)成品粗骨料針片狀含量≤15%的要求，系統(tǒng)選用顎破+反擊破循環(huán)破碎。該工藝具有產(chǎn)量大、產(chǎn)品粒形好、可控制性強(qiáng)的特點(diǎn)。根據(jù)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)篩洗后的骨料0～10進(jìn)行成品儲(chǔ)備，≥10的骨料進(jìn)入反擊破進(jìn)行破碎，然后進(jìn)入鄂破進(jìn)行骨料整形，確保粗骨料針片狀含量滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

5.3 制砂工藝

在該項(xiàng)目制砂工藝設(shè)計(jì)中，采用立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂，該設(shè)備成品率高，效率快，成品砂中礦粉含量高，從而確保成品砂的產(chǎn)量和質(zhì)量，滿足合同要求。在設(shè)備數(shù)量配置上，充分考慮了制砂工藝的合理性，結(jié)合實(shí)際需要，我們采用2臺(tái)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂。

6 設(shè)備配置選型及成產(chǎn)工藝平衡

根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模，成品骨料所需數(shù)量，結(jié)合單個(gè)設(shè)備生產(chǎn)能力、皮帶機(jī)輸送能力等因素，對(duì)于每條生產(chǎn)線的成產(chǎn)能力進(jìn)行計(jì)算，在考慮經(jīng)濟(jì)、適用，便于操作等原則下，優(yōu)化設(shè)備配置，選擇適用的規(guī)格型號(hào)。

7 堆料倉(cāng)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目成品骨料級(jí)配有0 mm～5 mm，5 mm～20 mm，20 mm～40 mm，40 mm～80 mm 4種級(jí)配，其中混凝土根據(jù)工程需要有常態(tài)混凝土及碾壓混凝土兩類，對(duì)于0～5 mm砂分為常態(tài)砂及碾壓砂兩種，系統(tǒng)工藝對(duì)于兩類砂生產(chǎn)系統(tǒng)不同;根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)定，該項(xiàng)目采用雙條長(zhǎng)條形布置，考慮海外施工因素堆料倉(cāng)設(shè)計(jì)預(yù)備一個(gè)月儲(chǔ)量，結(jié)合堆料參數(shù)確定料倉(cāng)底寬及高度等數(shù)據(jù)。為了防雨及料倉(cāng)排水，料增架設(shè)頂棚、設(shè)置橫縱坡，排水盲溝等形式防雨防水，在進(jìn)入料倉(cāng)前設(shè)置洗車平臺(tái)等防止進(jìn)入料倉(cāng)設(shè)備污染成品料。

8 供水、廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供水需求量計(jì)算是考慮系統(tǒng)篩洗、設(shè)備沖洗、生活用水幾個(gè)方面，其中系統(tǒng)篩洗用水量結(jié)合設(shè)備配置最大用水量計(jì)，確定供水系統(tǒng)供水功率。

廢水處理考慮高峰期生產(chǎn)量及毛料加工系數(shù)，確定沉淀池規(guī)格大小，沉淀池在系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的水洗設(shè)備下方排污口通過(guò)污水管道將污水首先排入污水池，然后依次通過(guò)2個(gè)沉淀池進(jìn)行沉淀，最后達(dá)到清水池后基本能夠達(dá)到排放條件。污水處理工藝流程如下：

管道污水→污水池→1#沉淀池→2#沉淀池→清水池→沉泥挖除→裝車棄渣。

該項(xiàng)目在優(yōu)化設(shè)備配置提高成品砂利用率時(shí)，在污水池中增設(shè)輪式洗砂機(jī)，一方面回收在可利用的成品砂，另一方面減少排污量。

9 結(jié)論

砂石骨料系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的學(xué)科技術(shù)，該文以布桑加水電站砂石骨料系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作為例，簡(jiǎn)要從設(shè)計(jì)前期的料場(chǎng)復(fù)勘、生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)、成產(chǎn)配置選型及成產(chǎn)工藝平衡幾方面闡述，實(shí)施過(guò)程中還需對(duì)土建結(jié)構(gòu)，給排水系統(tǒng)，廢水處理系統(tǒng)，成品料倉(cāng)設(shè)計(jì)，設(shè)備供配電系統(tǒng)，成品料質(zhì)量控制等進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

布桑加水電站砂石骨料系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以天然沙礫料為原材料的設(shè)計(jì)方案，大大節(jié)約了工程建設(shè)的成本，整體設(shè)計(jì)原則是“以原材料性能選擇設(shè)備類型，重點(diǎn)考慮生產(chǎn)高峰期的可靠性、設(shè)備選型的先進(jìn)性和低峰期生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性”的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，以成功的工程實(shí)例以供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]國(guó)家能源局.DL/T5098—2010，水電工程碎石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1990.