蒼溪航電樞紐右岸工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 瑜,張順利

(1.葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,成都,610091;2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,成都,610072)

1 工程概況

蒼溪航電樞紐右岸泄水建筑物土建及船閘工程,其全部混凝土骨料均由砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)。根據(jù)合同工程量統(tǒng)計(jì),本工程共需混凝土306084.48m3。其 中,二 級(jí) 配 混 凝 土23265.48m3;三級(jí)配混凝土282174m3;四級(jí)配混凝土645m3。由于四級(jí)配混凝土所占比例很小,單獨(dú)為生產(chǎn)四級(jí)配骨料配備所需的砂石加工設(shè)施很不經(jīng)濟(jì),因此本工程砂石加工系統(tǒng)均按三級(jí)配骨料加工進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)混凝土初步配合比,并考慮各種損耗,計(jì)算出砂石各級(jí)骨料的需求量。其中,粒徑80mm～40mm骨料用量為197771t,粒徑40mm～20mm級(jí)配骨料用量為221034t,粒徑20mm～5mm級(jí)配骨料用量為221032t,粒徑5mm以下骨料用量為 205464t。合計(jì)加工量為845301t。

2 料場(chǎng)地質(zhì)情況分析

蒼溪航電系統(tǒng)天然砂卵石料場(chǎng)——花家壩料場(chǎng)有用層厚度0～9.90m,卵、礫石成分為砂巖、石英巖、大理巖、灰?guī)r和火成巖等;砂為中細(xì)砂,含泥較重。據(jù)21組試驗(yàn)表明,平均含礫率76.13%,各粒徑組含量基本一致,在12.05%～19.92%之間。粗骨料除含泥量為1.72%略為偏高外,其它指標(biāo)均滿足混凝土粗骨料質(zhì)量要求。細(xì)骨料的平均粒徑為0.37mm,屬細(xì)砂,細(xì)度模數(shù)2.16,偏小,含泥量偏高,達(dá)10.89%,其它指標(biāo)均滿足細(xì)骨料質(zhì)量要求,經(jīng)沖洗后細(xì)骨料可以使用。通過(guò)地質(zhì)資料分析可以得知,各粒徑含量基本一致,不需要進(jìn)行大規(guī)模的破碎處理,含泥量稍偏高,必須選擇足夠容量的沖洗設(shè)備。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察后,又發(fā)現(xiàn)料場(chǎng)表面由于當(dāng)?shù)卮迕癫缮?導(dǎo)致卵石含量偏高。

3 系統(tǒng)生產(chǎn)流程及生產(chǎn)能力的確定

根據(jù)上述分析,確定系統(tǒng)流程為:一段式破碎,二次篩分,以天然篩分為主,輔以局部破碎。破碎主要是去除大卵石,提高砂石骨料利用率,提高經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1所示。

圖1 砂石加工系統(tǒng)工藝流程

主體工程混凝土施工高峰月澆筑強(qiáng)度為6萬(wàn)m3/月;砂石加工系統(tǒng)按月生產(chǎn)25d,每日工作兩班(18h),計(jì)算出砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模為:處理能力460t/h,生產(chǎn)能力383t/h。

4 各車(chē)間設(shè)計(jì)

4.1 受料坑車(chē)間

受料坑車(chē)間主要為鋼筋混凝土雙池形結(jié)構(gòu),頂部設(shè)置軌道鋼格柵,底部設(shè)置出料廊道。其功能為:剔除大卵石,向下一流程均勻、連續(xù)供料。為使系統(tǒng)處于一個(gè)合理的運(yùn)行狀態(tài),防止系統(tǒng)處理能力陡變,導(dǎo)致設(shè)備受沖擊荷載降低使用壽命,在廊道內(nèi)設(shè)置GZG1003型振動(dòng)給料機(jī)2臺(tái),其額定處理能力為180t/h～250t/h。為了避免2臺(tái)振動(dòng)給料機(jī)同時(shí)給料帶來(lái)的干擾和沖突,將給料機(jī)給料角度調(diào)整為-12°,通過(guò)運(yùn)行期間停機(jī)測(cè)量,達(dá)到了390t/h的處理能力。這樣通過(guò)調(diào)整給料機(jī)運(yùn)行,做到雙機(jī)交替運(yùn)行給料,而不影響上部供料車(chē)輛的卸料。

頂部的軌道鋼格柵間距根據(jù)料場(chǎng)內(nèi)大卵石含量確定,同時(shí)也需兼顧破碎機(jī)處理能力,初步確定其間距為18cm。軌道鋼格柵必須有一個(gè)傾斜角度,以便于大卵石在自重作用下滑落,考慮到卵石表面光滑,外表面基本呈圓形,初步確定軌道鋼格柵傾角為25°。

4.2 預(yù)篩分車(chē)間

預(yù)篩分車(chē)間采用大型鋼結(jié)構(gòu)的平臺(tái)作為圓振動(dòng)篩基礎(chǔ),立柱采用工字鋼結(jié)構(gòu)。預(yù)篩分車(chē)間內(nèi)配置1臺(tái)2YK1845型園振動(dòng)篩,其主要功能為將大于8cm的卵石選出。預(yù)篩分車(chē)間為一進(jìn)三出結(jié)構(gòu),三個(gè)出料方向?yàn)?小于4cm的砂卵石混合料直接進(jìn)入下一流程;4cm～8cm的砂卵石可進(jìn)入碎石機(jī)或者直接進(jìn)入下一流程;8cm以上的卵石可進(jìn)入碎石機(jī)或者直接進(jìn)入棄料場(chǎng)棄料。為此在預(yù)篩分車(chē)間圓振動(dòng)篩出料口設(shè)計(jì)了空間重疊的雙褲襠叉溜槽結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置雙層導(dǎo)料翻板門(mén),滿足了這一需求。

在預(yù)篩分圓振動(dòng)篩底部設(shè)置了大型集料斗,集料斗底部設(shè)置斜向緩沖溜槽,砂卵石可直接落于出料膠帶機(jī)上。

4.3 中細(xì)碎車(chē)間

碎石機(jī)近年來(lái)新機(jī)型、新工藝較多,國(guó)外產(chǎn)品一般價(jià)格昂貴,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品一般壽命短。經(jīng)過(guò)考察,比較適合破碎卵石的一般有顎式破碎機(jī)和圓錐式破碎機(jī),但是顎式破碎機(jī)破碎飛石嚴(yán)重,且破碎卵石呈片狀,超徑嚴(yán)重,容易導(dǎo)致混凝土低強(qiáng);圓錐式破碎機(jī)價(jià)格昂貴,破碎卵石針片狀含量較大,也容易導(dǎo)致混凝土低強(qiáng)。權(quán)衡后決定選用反擊式破碎機(jī),雖然也存在磨耗大,配件更換頻繁的缺點(diǎn),且一般用于卵石破碎的較少,較多應(yīng)用于巖石料場(chǎng)開(kāi)采爆破料。后經(jīng)查詢,洛陽(yáng)大華廠可生產(chǎn)一種硬巖反擊破碎機(jī),可破碎抗壓強(qiáng)度不超過(guò)300MPa、莫氏硬度小于8級(jí)的各種石料,如石灰石、玄武巖、花崗巖、爐渣、水泥塊等石料,但不宜破碎含水分過(guò)高的礦石或粘料。最為關(guān)鍵的是,該機(jī)采用三段式破碎法,一旦出現(xiàn)料場(chǎng)區(qū)域范圍內(nèi)石料級(jí)配分布不均勻,可通過(guò)調(diào)整反擊板位置來(lái)調(diào)節(jié)出料粒徑。經(jīng)權(quán)衡,反擊式破碎機(jī)具有可調(diào),危險(xiǎn)系數(shù)小,各工程可重復(fù)利用,且破碎料外形方正,不降低混凝土強(qiáng)度的特點(diǎn),因此確定選用洛陽(yáng)大華的PFY1311型反擊式破碎機(jī)。該機(jī)出料粒徑可位于4cm～10cm以下,調(diào)節(jié)范圍較大,且可充分用于各種爆破開(kāi)采料場(chǎng),天然卵石料場(chǎng),各種類(lèi)型的工程可充分利用,僅需更換反擊板即可。

反擊式破碎機(jī)布置在一小段混凝土廊道結(jié)構(gòu)上,為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),出料膠帶機(jī)直接從預(yù)篩分樓下穿過(guò)破碎機(jī)底部至篩分樓。

4.4 篩分車(chē)間

篩分車(chē)間主要功能為將砂卵石混合料分離,成為成品的大石、中石、小石和砂。在篩分車(chē)間內(nèi)配置1臺(tái)3YKH2060型圓振動(dòng)篩,位于鋼結(jié)構(gòu)樓體上,振動(dòng)篩下方設(shè)置1臺(tái)WCD1118型螺旋分級(jí)機(jī),用于成品砂的脫泥處理。因樓梯下方安裝了螺旋分級(jí)機(jī),樓體高度達(dá)3.5m,為此在樓體前面設(shè)置一個(gè)2m高的鋼平臺(tái)作為成品料倉(cāng)膠帶機(jī)機(jī)尾架,一是可提高膠帶機(jī)下的穿行空間,二是可作為清掃平臺(tái)提供不停機(jī)清掃作業(yè)。

5 膠帶機(jī)及溜槽設(shè)計(jì)

5.1 膠帶機(jī)設(shè)計(jì)

對(duì)于一般天然骨料輸料膠帶機(jī),其最大爬坡角度不應(yīng)大于13°,否則就會(huì)出現(xiàn)溜料現(xiàn)象。這并非是由于膠帶機(jī)角度大,而是因?yàn)槁咽蕡A形,單一級(jí)配料容易在膠帶機(jī)上翻滾造成。在本工程上,我們通過(guò)提高膠帶機(jī)帶速、降低骨料初速度以及提高膠帶機(jī)滿負(fù)荷來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。首先,通過(guò)將膠帶機(jī)帶速提高到2.5m/s,使之大于骨料的運(yùn)動(dòng)速度;其次,通過(guò)在溜槽下料口設(shè)置擋料板降低骨料初始進(jìn)入膠帶機(jī)的速度;最后,確保膠帶機(jī)滿負(fù)荷生產(chǎn),增大骨料與膠帶機(jī)的接觸面積來(lái)傳遞動(dòng)能,從而解決了這一問(wèn)題。

膠帶機(jī)機(jī)架采用分段設(shè)計(jì),一般成品料倉(cāng)旁都必須留出裝載機(jī)臨時(shí)供料裝料回轉(zhuǎn)空間。因此料倉(cāng)旁段采用大型鋼桁架結(jié)構(gòu),桁架長(zhǎng)度大于16m,而在臨近車(chē)間的膠帶機(jī)尾部,其高度較低,故采用簡(jiǎn)易的槽鋼架結(jié)構(gòu),長(zhǎng)度一般為9m左右,以便于加工,加快施工速度。大型鋼桁架由于在野外露天加工,結(jié)構(gòu)尺寸較大,容易出現(xiàn)焊接應(yīng)力變形,最簡(jiǎn)易的方法就是通過(guò)加大構(gòu)件尺寸來(lái)解決,這樣雖然增加了用鋼量,但是縮短了加工時(shí)間,整體效益反而好。

5.2 溜槽的設(shè)計(jì)

溜槽的設(shè)計(jì)在砂石加工系統(tǒng)中非常重要,一般砂石加工系統(tǒng)運(yùn)行損耗的60%以上為溜槽鋼板磨損。在本工程中,我們采用在溜槽上設(shè)置角鋼底坎來(lái)解決這一問(wèn)題。具體做法為:溜槽下溜角度大于50°,在溜槽底板上每間隔80cm焊接一條50mm等邊橫向角鋼,確保在溜槽表面堆積一層5cm的卵石層,在運(yùn)行過(guò)程中,這層卵石層可起到保護(hù)緩沖作用,來(lái)料始終在卵石層上通過(guò),減小了鋼板磨損。同理,在膠帶機(jī)機(jī)頭料斗設(shè)計(jì)中,在膠帶機(jī)機(jī)頭拋料與豎向鋼板相交處下方,也焊接了一條50mm角鋼,堆積一層卵石,后續(xù)料直接與堆積卵石撞擊落下,不再撞擊鋼板,經(jīng)過(guò)1個(gè)月的運(yùn)行,鋼板基本不磨損。

6 系統(tǒng)運(yùn)行情況

整個(gè)系統(tǒng)建成后,經(jīng)過(guò)1個(gè)月的運(yùn)行,各車(chē)間、膠帶機(jī)運(yùn)行良好,中間僅出現(xiàn)過(guò)卵石集中供料時(shí),大卵石在膠帶機(jī)上翻滾,后通過(guò)調(diào)整給料機(jī)給料速度得以解決。碎石機(jī)出廠出料口寬度4cm,后發(fā)現(xiàn)中、小石較多,大石偏少,于是將出料口調(diào)整為8cm,各級(jí)配骨料產(chǎn)量趨于一致,滿足了生產(chǎn)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,以混凝土強(qiáng)度控制為最終目標(biāo),合理選擇系統(tǒng)工藝流程,選擇合適的破碎設(shè)備,做到了單位效益的最大化,同時(shí)兼顧設(shè)備的通用性,避免了設(shè)備的短期使用,雖然配件有一定的損耗,但滿足了不同工程的適用性,不需重新采購(gòu)設(shè)備。

通過(guò)對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)的精心設(shè)計(jì),進(jìn)一步降低了材料損耗,總體經(jīng)濟(jì)效益較以前有所提高。及時(shí)了解新工藝和新材料,確保了合理、最優(yōu)的生產(chǎn)系統(tǒng)。

對(duì)于以處理天然砂卵石為目標(biāo)的砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng),系統(tǒng)流程應(yīng)盡量簡(jiǎn)化、方便,才能確保最大生產(chǎn)強(qiáng)度,同時(shí)應(yīng)兼顧破碎,以確保系統(tǒng)效益最大化。