嘉陵江草街航電樞紐馬鞍山人工砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工

畢榮君，沈國(guó)毓

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 概述

馬鞍山位于嘉陵江左岸草街鎮(zhèn)，地表呈一橢圓形山包，長(zhǎng)700 m，寬250～400 m，分布高程280～420 m，呈北東向展布。料場(chǎng)地形坡度30°～40°，地表有厚0～1 m的坡殘積堆積，植被較發(fā)育，多為灌木覆蓋。料場(chǎng)有簡(jiǎn)易公路至草街航電樞紐區(qū)，距離約7.5 km，儲(chǔ)量滿足左岸工程需求。人工骨料加工場(chǎng)布置在馬鞍山下沖溝內(nèi)，場(chǎng)內(nèi)布置2套骨料破碎、篩分系統(tǒng)，加工能力910 t/h。

馬鞍山砂石加工系統(tǒng)承擔(dān)嘉陵江草街航電樞紐工程的船閘、廠房、5孔沖沙閘等部位混凝土所需骨料的生產(chǎn)任務(wù)，主體工程混凝土量180萬(wàn)m3，需砂石凈料量418萬(wàn)t，其中碎石297萬(wàn)t，砂121萬(wàn)t。根據(jù)混凝土高峰期月澆筑強(qiáng)度11.22萬(wàn)m3計(jì)算，考慮澆筑損耗，不考慮成品料倉(cāng)調(diào)節(jié)能力，砂石加工系統(tǒng)需要成品骨料生產(chǎn)能力為470 t/h，砂子生產(chǎn)能力為197 t/h。砂石加工系統(tǒng)采用每天2班14 h工作制。

產(chǎn)品質(zhì)量要求為：

1） 本工程骨料的粒徑分為150～80 mm，80～40mm，40～20mm，20～5mm，10～5mm 及＜5mm，各級(jí)產(chǎn)量應(yīng)根據(jù)混凝土澆筑需要量調(diào)節(jié)。

2）粗骨料的針片狀顆粒含量不應(yīng)大于15%。

3）成品砂石骨料滿足水工質(zhì)量技術(shù)要求。

2 系統(tǒng)布置

根據(jù)招標(biāo)文件的要求，砂石加工系統(tǒng)布置在馬鞍山人工骨料場(chǎng)的西南方向，主要車(chē)間布置在高程280～310m，占地面積5.5萬(wàn)m2。

砂石加工系統(tǒng)由粗碎車(chē)間、半成品料倉(cāng)、一級(jí)篩分車(chē)間、中碎車(chē)間、二級(jí)篩分車(chē)間、三級(jí)篩分車(chē)間、細(xì)碎制砂車(chē)間、石粉回收車(chē)間、2個(gè)調(diào)節(jié)料倉(cāng)及成品料倉(cāng)組成，各車(chē)間之間用膠帶機(jī)進(jìn)行連接。

1）粗碎車(chē)間布置在高程297.0 m平臺(tái)上，粗碎回車(chē)場(chǎng)布置在高程306.0 m的平臺(tái)上，粗碎布置反擊式破碎機(jī)2臺(tái)，供料通過(guò)2臺(tái)振動(dòng)喂料機(jī)篩分給料，通過(guò)2條膠帶機(jī)出料。

2） 一級(jí)篩分車(chē)間布置在高程280.0 m平臺(tái)上，布置2臺(tái)3層重型振動(dòng)篩，設(shè)1條膠帶機(jī)分開(kāi)給料，2條膠帶機(jī)出料，對(duì)超徑或多余料直接進(jìn)入中碎車(chē)間。一級(jí)篩分底部設(shè)洗泥機(jī)2臺(tái)，通過(guò)1條膠帶機(jī)出料到1號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)。

3）中碎車(chē)間布置在高程280.0 m平臺(tái)上，布置2臺(tái)反擊式破碎機(jī)，由一級(jí)篩分車(chē)間直接給料，由1條膠帶機(jī)出料，并輸送到2號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)。

4）二級(jí)篩分車(chē)間布置在高程280.0 m平臺(tái)，布置2臺(tái)3層圓振動(dòng)篩，由1號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)供料。

5） 三級(jí)篩分車(chē)間布置在高程277.0 m平臺(tái)上，布置3臺(tái)2層圓振動(dòng)篩，由制砂車(chē)間給料，出成品砂。

6）制砂車(chē)間布置在高程277.0 m平臺(tái)上，布置3臺(tái)沖擊破碎機(jī)及2臺(tái)棒磨機(jī)，并在高程277.0 m平臺(tái)上設(shè)置2號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)提供制砂原料。

7）半成品料倉(cāng)布置在高程290.0 m平臺(tái)上，堆高15m，單點(diǎn)堆料，由2條廊道膠帶機(jī)出料。

8）成品料倉(cāng)布置在高程275.0 m平臺(tái)，布置4個(gè)粗骨料堆場(chǎng)和1個(gè)砂堆場(chǎng)。粗骨料堆場(chǎng)堆高15m，平面尺寸30m×40m，采用單點(diǎn)堆料；砂堆場(chǎng)堆高18m，平面尺寸40 m×60 m，采用卸料小車(chē)堆料。骨料成品料倉(cāng)由2條廊道膠帶機(jī)出料裝車(chē)，砂成品料倉(cāng)由3條廊道膠帶機(jī)出料裝車(chē)。

3 加工工藝

3.1 工藝設(shè)計(jì)基本條件

料源為三迭系下統(tǒng)嘉陵江組石灰?guī)r，濕抗壓強(qiáng)度55.5MPa。產(chǎn)品最大粒徑150mm。

3.2 工藝流程

為了確保草街航電樞紐工程施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循工藝先進(jìn)可靠，成品砂石質(zhì)量符合規(guī)范要求，砂石生產(chǎn)能力滿足工程需要為原則。根據(jù)馬鞍山砂石加工系統(tǒng)的特點(diǎn)、料源的巖性和類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)，本系統(tǒng)采用濕法生產(chǎn)的加工工藝。

破碎工藝采用粗碎、中碎、細(xì)碎（制砂）三段破碎工藝，粗碎、中碎為開(kāi)路生產(chǎn)，細(xì)碎（制砂）為閉路生產(chǎn)；篩洗工藝采用預(yù)篩分、分級(jí)篩分和脫水篩分3種篩洗工藝，并建立了一、二、三級(jí)篩分車(chē)間；石粉回收裝置起調(diào)節(jié)砂的石粉和細(xì)度模數(shù)作用[1]。具體流程如下。

粗碎車(chē)間并排布置2臺(tái)反擊式破碎機(jī)，每臺(tái)粗碎前設(shè)有1臺(tái)振動(dòng)給料篩，采石原料經(jīng)振動(dòng)給料篩，大于150 mm的毛料進(jìn)入反擊式破碎機(jī)破碎，小于150mm的毛料則由振動(dòng)給料機(jī)篩下后，再經(jīng)棄料篩，使大于20mm的毛料與粗碎后毛料一同經(jīng)過(guò)膠帶機(jī)運(yùn)輸進(jìn)入半成品料倉(cāng)堆存作一級(jí)篩分料源。

一級(jí)篩分車(chē)間并排布置2臺(tái)圓振動(dòng)篩分機(jī)，每臺(tái)設(shè)3層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為150 mm×150 mm，80mm×80mm，40mm×40mm，半成品料由振動(dòng)給料機(jī)均勻給料，經(jīng)膠帶機(jī)輸送到一級(jí)篩分車(chē)間分級(jí)后，大于150 mm和部分40～150 mm的石料經(jīng)膠帶機(jī)送往中碎車(chē)間進(jìn)行第2次破碎。中碎車(chē)間共布置2臺(tái)反擊式破碎機(jī)，經(jīng)過(guò)中碎處理的石料再由膠帶機(jī)輸送到2號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)。滿足成品料的特大石（80～150 mm）、大石（40～80mm）的石料經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸進(jìn)各自成品料倉(cāng)堆存。小于40 mm的混和料進(jìn)入槽式洗泥機(jī)沖洗后，經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸進(jìn)1號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)，作為二級(jí)篩分的料源。

二級(jí)篩分車(chē)間并排布置2臺(tái)圓振動(dòng)篩分機(jī)，共設(shè)3層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為20mm×20mm，5mm×5mm及φ3mm的篩孔。從1號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)經(jīng)膠帶機(jī)送至二級(jí)篩分車(chē)間分級(jí)，分級(jí)處理后部分滿足成品料的中石（20～40 mm）、小石（5～20 mm）的石料和全部砂（＜5 mm）分別由膠帶機(jī)輸送到各自成品料倉(cāng)堆存。剩余部分的中石（20～40 mm）、小石（5～20mm）的石料，經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸進(jìn)2號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)，作為細(xì)碎（制砂）車(chē)間的料源。

細(xì)碎（制砂）車(chē)間并排布置3臺(tái)沖擊破碎機(jī)，破碎后的產(chǎn)品經(jīng)膠帶機(jī)送至三級(jí)篩分車(chē)間分級(jí)處理。三級(jí)篩分車(chē)間布置3臺(tái)振動(dòng)篩分機(jī)，每臺(tái)設(shè)2層篩網(wǎng)，篩孔尺寸分別為5 mm×5 mm及φ3 mm的篩孔。大于5 mm和部分3～5mm的產(chǎn)品經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸返回2號(hào)調(diào)節(jié)料倉(cāng)，與細(xì)碎（制砂）車(chē)間形成閉路生產(chǎn)。經(jīng)調(diào)節(jié)后的部分3～5 mm的產(chǎn)品經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)匠善飞皞}(cāng)堆存。經(jīng)過(guò)螺旋分級(jí)機(jī)和脫水篩處理后的小于3 mm的產(chǎn)品經(jīng)膠帶機(jī)進(jìn)入砂倉(cāng)儲(chǔ)存。所有篩分車(chē)間流失的細(xì)砂和石粉經(jīng)石粉回收設(shè)備回收后，經(jīng)膠帶機(jī)進(jìn)入砂倉(cāng)儲(chǔ)存。試生產(chǎn)階段對(duì)成品料的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)砂的產(chǎn)量及細(xì)度模數(shù)均不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過(guò)及時(shí)調(diào)整工藝，增加了2臺(tái)棒磨機(jī)，使砂的產(chǎn)量、細(xì)度模數(shù)滿足設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

4 系統(tǒng)主要設(shè)備配置

使用進(jìn)口設(shè)備，砂石加工系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 砂石加工系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Technologicalprocessofartificialaggregate system

4.1 粗碎設(shè)備選擇

料源為三迭系下統(tǒng)嘉陵江組石灰?guī)r，濕抗壓強(qiáng)度55.5 MPa，屬中等偏軟可破碎性巖石。產(chǎn)品最大粒徑150 mm。粗碎車(chē)間設(shè)計(jì)處理能力為700 t/h。設(shè)備選用意大利生產(chǎn)的PRM13和法國(guó)諾德伯格生產(chǎn)的NP1313反擊式破碎機(jī)各1臺(tái)。PRM13處理最大進(jìn)料粒徑為1 000 mm，處理能力為550 t/h；NP1313處理最大進(jìn)料粒徑為700 mm，處理能力為450 t/h。這2臺(tái)粗破設(shè)備具有破碎性能優(yōu)越，產(chǎn)量高，粒形好，針片狀含量極少的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備的負(fù)荷率為70%。

4.2 中碎設(shè)備選擇

中碎車(chē)間的處理能力為460 t/h。設(shè)備選用1臺(tái)NP1110反擊式破碎機(jī)，1臺(tái)意大利生產(chǎn)的BS150反擊式破碎機(jī)。該機(jī)具有破碎比大，產(chǎn)品粒形好，產(chǎn)量高等特點(diǎn)。該機(jī)曾在東風(fēng)水電站、天生橋水電站、朝陽(yáng)寺水電站等大型人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)中作為中、細(xì)碎設(shè)備。

根據(jù)廠商提供的資料，NP1110反擊破碎機(jī)通過(guò)能力為300 t/h；BS150反擊破碎機(jī)處理能力為320 t/h，設(shè)備的負(fù)荷率為74.2%。

4.3 細(xì)碎、制砂設(shè)備選擇

細(xì)碎制砂車(chē)間生產(chǎn)能力為197 t/h。設(shè)備選用1臺(tái)VI300沖擊式破碎機(jī)、1臺(tái)FMI800沖擊錘磨機(jī)、1臺(tái)PFL1500立式復(fù)合破碎機(jī)和2臺(tái)MBZ2136棒磨機(jī)聯(lián)合制砂。VI300生產(chǎn)能力為200 t/h，F(xiàn)MI800生產(chǎn)能力為100 t/h，PFL1500生產(chǎn)能力為80～110 t/h，MBZ2136生產(chǎn)能力45 t/h，設(shè)備的負(fù)荷率46.4%。

5 電氣系統(tǒng)

供電范圍：加工系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、生活用電等。馬鞍山砂石加工系統(tǒng)用電設(shè)備裝機(jī)總?cè)萘抗布s5 000 kW，均為A.C380/220 V用電設(shè)備。

5.1 加工系統(tǒng)電氣控制

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以砂石加工系統(tǒng)工藝流程為基礎(chǔ)進(jìn)行。采用逆料流啟動(dòng)、順料流停機(jī)的控制方式。所有用電設(shè)備的運(yùn)行既可集中聯(lián)動(dòng)亦可就地起停操作。

變電所內(nèi)設(shè)置單獨(dú)的值班控制室，室內(nèi)布置模擬屏及中控臺(tái)。中控臺(tái)上的控制開(kāi)關(guān)設(shè)置有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。當(dāng)采用自動(dòng)方式時(shí)，運(yùn)行人員只需在中控臺(tái)上進(jìn)行必要的調(diào)度方式選擇，操作程啟、程停按鈕，便可完成工藝流程的自動(dòng)控制；當(dāng)采用手動(dòng)方式時(shí)，可分別在控制室的中控臺(tái)和各車(chē)間的就地控制箱上進(jìn)行一對(duì)一的起停操作。就地控制箱上設(shè)緊急停機(jī)開(kāi)關(guān)和電鈴；設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)前通過(guò)振鈴發(fā)出開(kāi)機(jī)信號(hào)，手動(dòng)方式下能在現(xiàn)地手動(dòng)振鈴。

當(dāng)工藝線上某一設(shè)備發(fā)生故障，包括電氣和現(xiàn)地機(jī)械故障，前線設(shè)備（故障點(diǎn)以前設(shè)備）緊急停機(jī)，后線設(shè)備按正常停機(jī)順序停機(jī)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及事故情況主要由低壓開(kāi)關(guān)柜、就地控制箱、模擬屏及中控臺(tái)上的指示儀表、信號(hào)燈、電鈴進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警。

5.2 電視監(jiān)視系統(tǒng)

監(jiān)視系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)置在砂石料場(chǎng)的控制室內(nèi)，其顯示器固定在操作臺(tái)上，在控制室內(nèi)可控制操作遠(yuǎn)端攝像頭，包括360°轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、變焦等，以觀察設(shè)備的運(yùn)行情況。

6 系統(tǒng)施工

馬鞍山砂石加工系統(tǒng)自2005年11月底開(kāi)工后，由于工期短、任務(wù)重，系統(tǒng)的幾大車(chē)間是布置在狹長(zhǎng)山谷內(nèi)的幾個(gè)臺(tái)階上，受場(chǎng)地限制，各破碎及篩分車(chē)間基本由棄料回填而成，這些工作平臺(tái)面積較小，各平臺(tái)開(kāi)挖施工不能同步進(jìn)行，只能從高到底逐級(jí)進(jìn)行梯段開(kāi)挖回填，導(dǎo)致土建工期加長(zhǎng)；加上業(yè)主對(duì)該區(qū)域的征地一直未能徹底解決以及進(jìn)場(chǎng)道路未能按期交付使用等客觀因素，使得系統(tǒng)建設(shè)困難重重。當(dāng)時(shí)只有一條鄉(xiāng)間小路通往工地，路面狹窄，急轉(zhuǎn)彎路多，嚴(yán)重阻礙了施工所需要的設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)，對(duì)一些應(yīng)整體運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備不得不進(jìn)行拆散后再運(yùn)，對(duì)一些不能拆散的大型設(shè)備，只能待進(jìn)場(chǎng)道路修好后二次倒運(yùn)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)；為了確保系統(tǒng)按期建成，對(duì)施工方案和施工進(jìn)度安排進(jìn)行了合理優(yōu)化調(diào)整。鋼結(jié)構(gòu)的制作，由于時(shí)間緊和場(chǎng)地制約，采取了部分現(xiàn)場(chǎng)制作加工和異地制作、現(xiàn)場(chǎng)組裝的辦法，與土建施工同步進(jìn)行，為系統(tǒng)按期投產(chǎn)贏得了時(shí)間。

7 質(zhì)量保證

該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，聘請(qǐng)有豐富砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)委設(shè)計(jì)院進(jìn)行專門(mén)的設(shè)計(jì)，并請(qǐng)業(yè)內(nèi)資深的人工砂石料專家對(duì)系統(tǒng)工藝流程和布置進(jìn)行審查；充分利用成功經(jīng)驗(yàn)，選用了工藝先進(jìn)，運(yùn)行可靠的破碎、篩分設(shè)備；充分利用地形、地質(zhì)條件對(duì)各車(chē)間進(jìn)行合理布置。

在施工過(guò)程中，為了保證施工質(zhì)量，成立了專門(mén)的質(zhì)檢辦，配置了專職質(zhì)檢人員，嚴(yán)格按工序施工。同時(shí)，制定了質(zhì)量保證組織措施、技術(shù)措施、控制措施等，技術(shù)部門(mén)編寫(xiě)施工工藝和技術(shù)交底，嚴(yán)格工藝紀(jì)律，嚴(yán)把工序質(zhì)量關(guān)，有力地保證了工程質(zhì)量。

8 系統(tǒng)特點(diǎn)

由于系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，且生產(chǎn)強(qiáng)度極不均衡，針對(duì)這種狀況，主要生產(chǎn)設(shè)備按雙線配置，這樣既滿足高峰生產(chǎn)強(qiáng)度，又考慮低谷時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

8.1 粗、細(xì)碎車(chē)間各選用2臺(tái)反擊式破碎機(jī)

其車(chē)間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、土建工程量小、建設(shè)工期短，且該設(shè)備具有破碎性能優(yōu)越、生產(chǎn)效率高、破碎比大、產(chǎn)量高、粒形好、針片狀含量極少等優(yōu)點(diǎn)，粗碎用反擊式破碎機(jī)將是砂石加工系統(tǒng)的發(fā)展方向。但目前都是進(jìn)口，價(jià)格比較高，而且此類(lèi)設(shè)備適用于二氧化硫含量少和中等硬度以下的巖石[2]。

8.2 制砂設(shè)備選用沖擊破碎機(jī)和棒磨機(jī)聯(lián)合生產(chǎn)

沖擊破碎機(jī)具有破碎比大、土建工程量小、建設(shè)快、產(chǎn)量高、生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用和砂的單價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但存在砂的細(xì)度模數(shù)高、質(zhì)量不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。正是為了彌補(bǔ)破碎機(jī)制砂的這些缺點(diǎn)，增設(shè)棒磨機(jī)，使砂的細(xì)度模數(shù)達(dá)到2.6～2.8之間，滿足規(guī)范的要求[3]。

9 結(jié)語(yǔ)

該砂石骨料系統(tǒng)生產(chǎn)效率高，長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性強(qiáng)，設(shè)計(jì)時(shí)砂石加工系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備采用了經(jīng)驗(yàn)成熟的進(jìn)口設(shè)備，滿足設(shè)計(jì)供應(yīng)量要求。

[1] 呂樟順.關(guān)于人工砂石系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題[J].水利發(fā)電，1980（3）：28-33.LYU Zhang-shun.Some problems in process design of artificial aggregate system[J].Water Power,1980(3):28-33.

[2]張祿文.騎馬嶺水電站砂石加工系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)[J].貴州水利發(fā)電，2006（5）：47-50.ZHANG Lu-wen.Planning&design of artificial aggregate system ofQimaling Hydropower Station[J].GuizhouWater Power,2006(5):47-50.

[3] 張斌，韋仕鴻，鄧紅梅.龍開(kāi)口水電站籌建期砂石加工系統(tǒng)工藝及布置優(yōu)化[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010（5）：90-93.ZHANG Bin,WEIShi-hong,DENG Hong-mei.Optimization for technologyand layoutofaggregate processing system in preparation period of Longkaikou Hydropower Station[J].Journal ofWater Resourcesand Architectural Engineering,2010(5):90-93.