瀘定水電站大壩反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程設(shè)計

譚 勁，楊作才，石 林

（中國人民武裝警察部隊(duì)水電三總隊(duì)第九支隊(duì)，四川 成都 611130）

瀘定水電站大壩反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)承擔(dān)50萬m3反濾料的生產(chǎn)任務(wù)。反濾料質(zhì)量和供應(yīng)能力對于粘土心墻堆石壩填筑施工舉足輕重，直接影響著大壩的填筑施工進(jìn)度和運(yùn)行安全，因此，反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計工作十分重要。瀘定水電站料源情況復(fù)雜，岔道料場全級配物理性質(zhì)試驗(yàn)成果顯示，料場不同區(qū)域，顆粒級配組成差異較大；毛料中含部分超徑石，其中粒徑大于150 mm的顆粒含量平均達(dá)10.66%；毛料含砂率為12.08%～79.8%，平均為36.53%；毛料含泥量較大。筆者結(jié)合瀘定水電站大壩反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計工作，進(jìn)行歸納總結(jié)，以供有關(guān)工程借鑒。

1 反濾料的質(zhì)量技術(shù)要求

1.1 反濾料的功能

粘土心墻堆石壩中反濾料的功能是防止被保護(hù)粘土發(fā)生滲透破壞，同時還要起到減壓作用，使反濾層滲流壓力全部或基本消失。

濾土方面[1]（對于小于0.075 mm粒徑的顆粒含量大于85%的土）

減壓方面

式中，D15和d15分別表示反濾層和被保護(hù)土中孔隙直徑大小的特征粒徑，小于該粒徑的土質(zhì)量占總土質(zhì)量的15%；d85為能控制被保護(hù)土免遭滲透破壞的代表性粒徑，小于該粒徑的土質(zhì)量占總土質(zhì)量的85%。當(dāng)被保護(hù)土含有大于5 mm粒徑的顆粒時，按小于5 mm粒徑的顆粒級配確定小于0.075 mm粒徑的顆粒含量的百分?jǐn)?shù)，及按小于5 mm粒徑的顆粒級配的d85作為計算粒徑；當(dāng)被保護(hù)土不含有大于5 mm顆粒時，應(yīng)按全料確定小于0.075 mm粒徑的顆粒含量的百分?jǐn)?shù)，及按全料的d85作為計算粒徑。

式 （1）表明，反濾層只要控制住被保護(hù)土中15%的大顆粒不流失，整個土體將是滲透穩(wěn)定的，絕不會發(fā)生滲透破壞。式 （2）表明，反濾層也不能過細(xì)，過細(xì)則不能減壓。

1.2 反濾料的質(zhì)量技術(shù)要求

反濾料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)是根據(jù)粘土和壩殼料級配組成情況由大壩設(shè)計人員通過相關(guān)計算確定。反濾料的級配組成主要由粘土的性質(zhì)決定，不同級配組成的粘土與其相適應(yīng)的反濾料級配和設(shè)置層數(shù)也不一樣。瀘定水電站大壩在粘土心墻上下游兩側(cè)分別設(shè)置兩層顆粒級配由細(xì)變粗的反濾料F1、F2，形成防止粘土心墻滲透破壞的反濾層。反濾料的質(zhì)量技術(shù)要求是生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程設(shè)計的依據(jù)和目標(biāo)，具體見表1（反濾料F1、F2均要求小于0.075 mm粒徑的顆粒含量≤5%）。

表1 反濾料的質(zhì)量技術(shù)要求mm

1.3 反濾料的顆粒級配特點(diǎn)

（1）兩種反濾料級配均勻連續(xù)，顆粒粒徑跨度大。

（2）含砂率高，其中F1含砂率達(dá)到74%～92%。

（3）小于0.075 mm粒徑的顆粒含量≤5%。

2 系統(tǒng)生產(chǎn)能力的確定

反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)除了調(diào)試和試運(yùn)行階段，其生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定，可以認(rèn)為它在整個有效生產(chǎn)時段內(nèi)是均衡的。反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的有效生產(chǎn)時間是從試運(yùn)行階段結(jié)束時開始，直到大壩反濾料填筑完成的前一個月結(jié)束。有效運(yùn)行時間的計算要充分考慮系統(tǒng)建設(shè)安裝、設(shè)備調(diào)試、試運(yùn)行等階段的影響，甚至還要包括大壩填筑工期是否提前、汛期和水庫蓄水是否影響生產(chǎn)、移民征地是否影響系統(tǒng)建設(shè)安裝和運(yùn)行等。

根據(jù)大壩分期填筑強(qiáng)度、反濾料在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)存、填筑等過程中的損耗、系統(tǒng)生產(chǎn)制度、系統(tǒng)成品率（可以根據(jù)料源和成品料級配適當(dāng)估算）、有效運(yùn)行時間和考慮一定的保證系數(shù)[2]，以這樣得到的成品生產(chǎn)能力和毛料處理能力作為系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。只有對上述影響因素經(jīng)過充分論證和評估后，才能為下一步系統(tǒng)設(shè)計打下好的基礎(chǔ)。

根據(jù)對各種影響因素的分析、計算，大壩反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)最終確定的毛料處理能力為400 t/h、成品料的生產(chǎn)能力為350 t/h。

3 工藝流程設(shè)計

系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計必須建立在詳細(xì)的料場資料、反濾料質(zhì)量技術(shù)要求和系統(tǒng)生產(chǎn)能力之上，這3個方面是進(jìn)行系統(tǒng)工藝流程設(shè)計的基礎(chǔ)。

3.1 總體思路

根據(jù)毛料及成品料顆粒級配分析，確定反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)主要工藝流程為：超徑石剔除—破碎 （粗碎、中碎）—篩洗—分級—細(xì)碎—篩洗—摻拌，見圖1（圖中A代表膠帶機(jī)）。

圖1 反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程示意

反濾料系統(tǒng)以半成品料倉為界分為上下兩部分。上半部分主要設(shè)置預(yù)篩、粗碎、中碎、篩洗等車間，其中中碎、篩洗車間形成閉路生產(chǎn)；上半部分主要完成超徑石剔除、循環(huán)破碎、篩洗等工作；同時，利用毛料原有級配生成一部分反濾料F1，其余全部生成5～60 mm半成品。下半部分主要設(shè)置細(xì)碎、二次篩分、成品料倉等車間，其中，細(xì)碎、二次篩分車間形成閉路生產(chǎn)；下半部分主要以5～60 mm半成品為源料，對其進(jìn)行循環(huán)破碎、篩分、沖洗、摻拌等工作，同時生成反濾料F1和F2。

系統(tǒng)要求：能同時生產(chǎn)兩種反濾料F1和F2；在生產(chǎn)過程中可以根據(jù)需要對它們的產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整；質(zhì)量滿足設(shè)計指標(biāo)。

3.2 料源變化對反濾料質(zhì)量的影響

根據(jù)料場資料，其各區(qū)域料源顆粒級配組成差異大，料源的變化會引起系統(tǒng)生產(chǎn)的成品料級配發(fā)生變化，導(dǎo)致成品質(zhì)量不穩(wěn)定。工藝流程設(shè)計必須要解決這個問題。

在系統(tǒng)中間部位設(shè)置成品F1料倉和半成品料倉。毛料經(jīng)過系統(tǒng)上半部分預(yù)篩、粗碎、中碎和篩洗等車間的處理，毛料中≤5 mm砂和部分5～20 mm粒徑的顆粒摻拌為F1從篩洗車間直接分離出來，進(jìn)入成品F1料倉；毛料級配變化較大時，可通過及時調(diào)整篩洗車間的篩網(wǎng)孔徑的方式來保證F1質(zhì)量穩(wěn)定；系統(tǒng)在摻拌生成F1的同時，半成品料倉可得到5～60 mm的半成品。毛料的原始級配在這個處理過程中得到循環(huán)破碎，并進(jìn)行重新分級、優(yōu)化和調(diào)整，基本上可以消除由于料源級配變化對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。這樣做同時將本系統(tǒng)在此處分為前后兩個部分，它們既可以單獨(dú)進(jìn)行分段生產(chǎn)，也可以同時進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)，提高了系統(tǒng)的保障能力和持續(xù)生產(chǎn)能力。

3.3 反濾料的摻拌

反濾料F1主要由小于20 mm粒徑的顆粒組成，其粒徑跨度相對較小，系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中主要是通過 “篩網(wǎng)調(diào)節(jié)”生產(chǎn)F1。所謂 “篩網(wǎng)調(diào)節(jié)”是指在同一層中安裝不同孔徑的篩網(wǎng)，通過調(diào)節(jié)它們的面積比調(diào)整成品料級配。當(dāng)毛料粒徑變化較大時，要及時對篩網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整。本系統(tǒng)是在篩洗和二次篩分兩個車間完成F1的生產(chǎn)。

反濾料F2主要由小于80 mm粒徑的顆粒組成，其粒徑跨度大，系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中主要是通過摻拌的方法得到成品。經(jīng)過二次篩分車間的3～20 mm分級料與5～60 mm半成品按適當(dāng)比例摻拌生成F2。本系統(tǒng)中物料主要由半成品料倉和二次篩分車間分別通過6號、7號膠帶機(jī)運(yùn)送，并在13號膠帶機(jī)上完成F2的生產(chǎn)。

3.4 小于0.075 mm粒徑顆粒的剔除

通過反濾料與料源級配對比知道：反濾料F1和F2含砂率較高，F(xiàn)1含砂率為74%～92%，F(xiàn)2含砂率為16%～53%，并且小于0.075 mm粒徑的顆粒的含量必須≤5%。料源的天然含砂率為12.08%～79.8%，因此，系統(tǒng)必須設(shè)置細(xì)碎車間，對反濾料中的砂進(jìn)行生產(chǎn)和補(bǔ)充，才能達(dá)到成品反濾料的級配要求。5～60 mm的半成品進(jìn)入立軸破制砂車間處理后，其中小于20 mm粒徑的產(chǎn)物進(jìn)行反濾料F1和F2的摻配生產(chǎn)，兩者中小于0.075 mm粒徑的顆粒含量都大于5%，如何剔除掉多余部分，成為工藝流程設(shè)計需解決的問題。

系統(tǒng)在二次篩分車間設(shè)置兩個兩層篩，其中1號篩上層采用孔徑為20 mm篩網(wǎng)，下層為3 mm篩網(wǎng)；2號篩采用孔徑為10 mm和20 mm單層篩網(wǎng)（面積比例按照生成F1的檢測情況進(jìn)行調(diào)整）。通過1號和2號篩所有篩網(wǎng)的物料，經(jīng)過11號膠帶機(jī)運(yùn)送進(jìn)入螺旋洗砂機(jī)，再接12號膠帶機(jī)進(jìn)入F1成品料倉，通過本流程可得到成品料F1；未通過1號和2號篩所有物料經(jīng)9號膠帶機(jī)返回細(xì)碎車間循環(huán)處理；1號篩兩層篩網(wǎng)之間的物料通過7號膠帶機(jī)與6號膠帶機(jī)運(yùn)送來的5～60 mm半成品在13號膠帶機(jī)完成摻配，進(jìn)入F2成品料倉，得到成品料F2。系統(tǒng)利用二次篩分和螺旋式洗砂機(jī)沖洗，較好地解決了小于0.075 mm粒徑的顆粒剔除問題。

3.5 反濾料F1和F2產(chǎn)量的平衡

大壩粘土心墻兩側(cè)設(shè)置的反濾料層成對稱布置，反濾料F1和F2在填筑工程量上基本相等。而系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，由于料源的變化和系統(tǒng)自身生產(chǎn)特性，成品F1和F2在產(chǎn)量上存在較大差別。如何在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行F1和F2產(chǎn)量調(diào)節(jié)，保證F1和F2均衡生產(chǎn)，這也是系統(tǒng)設(shè)計需要解決的問題。

解決這個問題的部位仍然選在二次篩分車間。在二次篩分車間剔除小于0.075 mm粒徑顆粒的生產(chǎn)模式基礎(chǔ)上，增大兩個篩子和螺旋式洗砂機(jī)的處理能力，這時，只需對進(jìn)入1號和2號篩的物料做好分流控制和調(diào)節(jié)，就可以達(dá)到調(diào)節(jié)F1和F2產(chǎn)量的目的，也就可以根據(jù)大壩填筑需要進(jìn)行F1和 F2的均衡生產(chǎn)。

4 工藝流程計算

工藝流程計算是在設(shè)備選型確定后進(jìn)行的一個程序，它主要是按照系統(tǒng)生產(chǎn)能力確定每個車間設(shè)備的處理能力，為系統(tǒng)下一步的設(shè)備配置提供依據(jù)。同時，通過流程計算，可以初步確定各類反濾料的生產(chǎn)模式 （比如生產(chǎn)過程中的摻配比例等），為下一步系統(tǒng)建成后的試生產(chǎn)提供條件。另外，通過流程計算，可以初步在理論上確定各類反濾料的產(chǎn)量和系統(tǒng)成品率，對系統(tǒng)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測和判斷。

4.1 料源選取

在進(jìn)行工藝流程計算時，首先對料場各區(qū)域的料源特征級配情況進(jìn)行分析，選擇最具代表性的料源情況進(jìn)行計算，完成系統(tǒng)初步的設(shè)備配置。然后對其他比較特殊的級配情況，利用已完成的初步設(shè)備配置進(jìn)行必要的校核和修正，使系統(tǒng)的設(shè)備配置更趨合理，保證系統(tǒng)對料源的適應(yīng)能力。

4.2 開路和閉路

系統(tǒng)在工藝流程設(shè)計時常根據(jù)需要將部分區(qū)間設(shè)成開路或閉路形式。開路計算相對較簡單，物料的流量也較容易確定；閉路部分的流程計算相對繁瑣，它存在一個物料循環(huán)疊加問題。系統(tǒng)的閉路區(qū)段其處理量往往比較大，設(shè)備配置也較多，多數(shù)可以形成并聯(lián)運(yùn)行方式。本系統(tǒng)中的粗碎、中碎、篩洗車間通過1號、2號、3號膠帶機(jī)形成系統(tǒng)第一個閉路循環(huán)；細(xì)碎、二次篩分車間通過9號、10號膠帶機(jī)形成系統(tǒng)第二個閉路循環(huán)。在進(jìn)行計算時，要特別注意物料流量的疊加和變化。

5 設(shè)備配置

5.1 設(shè)備配置

在工藝流程計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行各個車間的設(shè)備配置工作，需要特別注意各個車間設(shè)備保證能力的問題。處理能力要求高，加工難度大，設(shè)備維護(hù)時間長的車間要求設(shè)備處理能力富裕度要大，設(shè)備保證率要高。同時，設(shè)備最好能形成多臺并聯(lián)運(yùn)行，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和持續(xù)性，提高生產(chǎn)效率。

5.2 復(fù)核與修正

系統(tǒng)設(shè)備配置完成后要進(jìn)行必要的流程計算的復(fù)核工作。根據(jù)不同的料源情況和生產(chǎn)模式，從生產(chǎn)系統(tǒng)物料流量、處理能力、保證系數(shù)、成品率、產(chǎn)品質(zhì)量等方面進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)。對系統(tǒng)工藝流程設(shè)計的合理性和可行性進(jìn)行復(fù)核論證，不足部分進(jìn)行修正，保證該系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中適應(yīng)能力，確保該系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)語

瀘定水電站大壩反濾料生產(chǎn)系統(tǒng)通過認(rèn)真細(xì)致的設(shè)計工作，綜合考慮各方面的客觀因素，有針對性采取了應(yīng)對措施，目前該系統(tǒng)已建成投產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求。系統(tǒng)實(shí)際毛料處理能力達(dá)到420 t/h，全面實(shí)現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)，成功完成了反濾料的生產(chǎn)任務(wù)，為瀘定水電站的建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

［1］ SL274—2001 碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ DL/T5129—2001 碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.