金沙水電站正長(zhǎng)巖骨料破碎特性分析

韓 朝 強(qiáng)， 雷 濤， 江 坤 友

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司五分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

人工砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)主要取決于料源情況及成品需求級(jí)配，需滿足產(chǎn)量、質(zhì)量要求。筆者依托四川攀枝花金沙水電站砂石加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理情況，對(duì)正長(zhǎng)巖作為骨料破碎料源進(jìn)行了分析研究，以了解正長(zhǎng)巖的特點(diǎn)，為類似工程的設(shè)計(jì)或生產(chǎn)運(yùn)行提供借鑒。

金沙水電站砂石加工系統(tǒng)位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，上距觀音巖水電站壩址約29 km，下距攀枝花中心城區(qū)(攀枝花水文站)11 km。金沙水電站裝機(jī)容量為560 MW。砂石加工系統(tǒng)位于左岸壩址上游新莊電廠施工區(qū)附近，距壩址約0.5 km。

該砂石系統(tǒng)的生產(chǎn)能力按滿足混凝土澆筑高峰強(qiáng)度7萬m3/月設(shè)計(jì)，生產(chǎn)四級(jí)配混凝土骨料，設(shè)計(jì)小時(shí)處理能力為650 t/h，成品骨料生產(chǎn)能力為520 t/h，其中粗骨料生產(chǎn)能力為353 t/h，成品砂生產(chǎn)能力為167 t/h?；炷凉橇喜捎么髩伍_挖有用料加工。

金沙水電站砂石加工系統(tǒng)采用的加工毛料為導(dǎo)流明渠及廠壩爆破開挖料，巖性為正長(zhǎng)巖。料源選用位于系統(tǒng)上游2.5 km的鋼廠溝有用料堆場(chǎng)。

2 料源情況

弱微風(fēng)化巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)82～234 MPa，平均強(qiáng)度為150.85 MPa，軟化系數(shù)為0.78～0.95，天然塊體密度為2.66～2.76 g/cm3，符合混凝土人工骨料的質(zhì)量要求。

3 骨料破碎效果

筆者利用金沙水電站砂石系統(tǒng)現(xiàn)有的破碎設(shè)備進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，金沙水電站的粗碎設(shè)備為美卓C125，中碎設(shè)備為山特維克S4800和S3800，細(xì)碎設(shè)備為山特維克H4800，制砂設(shè)備為山特維克RP109和美卓B9100，細(xì)砂回收設(shè)備采用VDS-512-5L的石粉回收設(shè)備。

通過調(diào)整各破碎機(jī)破碎開口，收集了不同給料量下破碎機(jī)的破碎特性、進(jìn)出料情況及產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量特性，對(duì)比了設(shè)備在中硬巖的標(biāo)準(zhǔn)曲線，以了解巖石的破碎特性。

(1)骨料通過粗碎C125顎破后的破碎效果。

C125顎式破碎機(jī)設(shè)備排料口尺寸為100～250 mm，設(shè)備處理能力為290～720 t/h；系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為410 t/h，設(shè)計(jì)排料口尺寸為150 mm。對(duì)料源回采料分排料口尺寸150 mm、120 mm進(jìn)行了破碎試驗(yàn)，C125產(chǎn)品檢測(cè)成果見表1。

粗碎車間設(shè)備排料口尺寸為150 mm時(shí)破碎后的特大石、大石產(chǎn)量高，粒形基本穩(wěn)定，處理量為435 t/h，滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)要求410 t/h，實(shí)際破碎曲線略好于廠家試驗(yàn)曲線。粒度特性曲線見圖1、2。

圖1 顎破機(jī)排料口尺寸為150 mm左右時(shí)的破碎曲線圖

圖2 顎破機(jī)排料口尺寸為120 mm左右時(shí)的破碎曲線圖

(2)骨料通過S4800、S3800圓錐破碎機(jī)后的破碎效果。

中碎配置1臺(tái)S3800EC和1臺(tái)S4800EC設(shè)備。S3800EC設(shè)備排料口范圍為22～54 mm，設(shè)備處理能力為115～345 t/h，S4800EC設(shè)備排料口范圍為29～54 mm，設(shè)備處理能力為235～525 t/h，主要承擔(dān)的是破碎第一篩分車間粒徑大于80 mm的石料；對(duì)S4800圓錐破碎機(jī)進(jìn)行的破碎試驗(yàn)為：將破碎機(jī)排料口尺寸調(diào)整為60 mm、45 mm時(shí)，分別對(duì)大石、特大石、超徑石混合料進(jìn)行破碎試驗(yàn)，進(jìn)料最大粒徑為250 mm；并對(duì)破碎機(jī)在排料口尺寸為55 mm時(shí)破碎特大石進(jìn)行了試驗(yàn)，分別對(duì)破碎的進(jìn)料粒徑比例、短時(shí)生產(chǎn)率、顆粒級(jí)配、產(chǎn)品針片狀含量指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定。S4800產(chǎn)品檢測(cè)成果見表2。

表1 顎式破碎機(jī)C125產(chǎn)品檢測(cè)成果表

表2 圓錐破碎機(jī)S4800產(chǎn)品檢測(cè)成果表

① 最大進(jìn)料粒徑為250 mm時(shí)，產(chǎn)品的大石針片狀符合規(guī)范要求；當(dāng)破碎比約為5時(shí)，其產(chǎn)品的針片狀指標(biāo)約為11%；設(shè)備排料口粒徑為60 mm時(shí)，特大石產(chǎn)量占23.3%；排料口粒徑為55 mm時(shí)，特大石產(chǎn)量占13.56%。特大石在粗碎后已經(jīng)出料，為減少骨料循環(huán)，可將設(shè)備排料口尺寸控制在45 mm，這樣實(shí)施基本上不考慮生產(chǎn)特大石。中碎車間的設(shè)計(jì)處理能力為455 t/h，設(shè)備負(fù)荷為80%，要求達(dá)到的處理能力為570 t/h，S4800排料口尺寸為45 mm時(shí)的處理能力為368.4 t/h，S3800排料口尺寸為55 mm時(shí)的處理能力為241.8 t/h，滿足設(shè)計(jì)要求。

② 粒度特性曲線見圖3、4。

圖3 S4800圓錐破排料口尺寸為60 mm時(shí)的破碎曲線圖

圖4 S4800圓錐破排料口尺寸為45 mm時(shí)的破碎曲線圖

(3)骨料經(jīng)過細(xì)碎H4800、HP300圓錐破碎機(jī)后的破碎效果。

細(xì)碎車間采用1臺(tái)山特維克單缸液壓圓錐破H4800和1臺(tái)美卓HP300粗腔形圓錐破碎機(jī)，主要承擔(dān)的是第一篩分車間出來的、粒徑大于40 mm的大石料，出料產(chǎn)品粒型較好，該車間為閉路生產(chǎn)，對(duì)中石起到了整形作用。

對(duì)HP300和H4800圓錐破碎機(jī)進(jìn)行的破碎試驗(yàn)為：將破碎機(jī)排料口尺寸調(diào)整為29 mm、23 mm兩種，分別對(duì)大石料進(jìn)行破碎試驗(yàn)，進(jìn)料最大粒徑為80 mm。試驗(yàn)分別對(duì)破碎的進(jìn)料粒徑比例、短時(shí)生產(chǎn)率、顆粒級(jí)配、產(chǎn)品針片狀含量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 圓錐破碎機(jī)H4800、HP300產(chǎn)品檢測(cè)成果表

① 最大進(jìn)料尺寸為80 mm、破碎比約為5時(shí)，產(chǎn)品中的石針片狀符合規(guī)范要求，其產(chǎn)品的針片狀指標(biāo)約為10.2%；設(shè)備排料口尺寸為29 mm時(shí)，大石產(chǎn)量占總量的10.3%～16.3%；排料口尺寸為23 mm時(shí)，大石產(chǎn)量 占 總 量 的2.3%～3.6%，大石在中碎后已經(jīng)出料。為減少骨料循環(huán)，可將設(shè)備排料口尺寸控制為23 mm，基本上不生產(chǎn)大石。細(xì)碎車間的設(shè)計(jì)處理能力為302 t/h，設(shè)備負(fù)荷為80%，要求達(dá)到的處理能力為377 t/h，H4800排料口尺寸為23 mm時(shí)的處理能力為171.5 t/h，HP300排料口尺寸為23 mm時(shí)的處理能力為190.3 t/h，滿足設(shè)計(jì)要求。

② 粒度特性曲線見圖5、6。

(4)骨料經(jīng)過超細(xì)碎制砂車間RP109、B9100后的破碎效果。

超細(xì)碎車間的處理能力為615.6 t/h，配置1臺(tái)RP109、1臺(tái) B9100和1臺(tái)PL9500(備用)立軸沖擊式破碎機(jī)，單臺(tái)處理能力為300～350 t/h，主要承擔(dān)第二篩分車間分級(jí)的中小石混合料的破碎制砂任務(wù)，出料產(chǎn)品粒型較好。該車間為閉路生產(chǎn)，對(duì)小石起到了整形作用。檢測(cè)結(jié)果見表4。

①本次試驗(yàn)通過對(duì)B9100及RP109進(jìn)、出料進(jìn)行檢測(cè)得知：B9100制砂機(jī)的轉(zhuǎn)子速度為65 m/s，處理量為462.8 t/h，成砂率為28%，細(xì)度模數(shù)為3.04，石粉含量為13.8%；RP109的轉(zhuǎn)子速度為55 m/s，處理量為327～362.9 t/h，成砂率為39.34%，成品砂的細(xì)度模數(shù)為2.66，石粉含量為18.2%，RP109制砂機(jī)的處理量小于B9100，但成品砂的產(chǎn)量、質(zhì)量?jī)?yōu)于B9100。制砂車間的砂子經(jīng)水洗后細(xì)度模數(shù)為3.12，石粉含量為3.97%，需要回?fù)绞?0%左右。

圖5 H4800圓錐破排料口尺寸為22 mm左右時(shí)的破碎曲線圖

圖6 HP300圓錐破開口尺寸為23 mm左右時(shí)的破碎曲線圖

表4 立軸沖擊式破碎機(jī)RP109、B9100產(chǎn)品檢測(cè)成果表

② 粒度特性曲線見圖7、8。

圖8 不同部位水洗砂級(jí)配曲線圖

(5)骨料成品砂的質(zhì)量研究。

成品砂主要在第二篩分車間產(chǎn)出，第二篩分車間為濕法生產(chǎn)，第二篩分車間混合中細(xì)碎破碎后粒徑<40 mm的骨料和制砂車間粒徑<40 mm的破碎料；各設(shè)一組篩子對(duì)骨料進(jìn)行篩分分級(jí)，設(shè)置尺寸為3 mm的篩網(wǎng)，剔除部分粒徑為2.5～5 mm的粗砂，水洗后大部分細(xì)顆粒流失，砂子的石粉含量由最初的15%～18%降為6%～8%，可以回?fù)讲糠质?，不同工況下的砂子級(jí)配見表5。

表5 不同工況下砂子的級(jí)配表

(6)廢水生產(chǎn)濃度分析。

對(duì)二次篩分車間的尾水進(jìn)行了取樣試驗(yàn)，確定生產(chǎn)環(huán)節(jié)的中細(xì)碎車間骨料沖洗后尾水的固形物含量為6.6%，制砂車間骨料沖洗后尾水中的固形物含量為10.05%，生產(chǎn)廢水經(jīng)沖洗后混合廢水的固形物含量為9.78%，細(xì)砂回收車間處理的固形物為4.22%，進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)的固形物含量為5.56%。

(7)石粉回收車間回收細(xì)粉的分析。

石粉回收車間配置了1臺(tái)VDS-512-5L克萊博斯細(xì)砂回收設(shè)備，設(shè)備配置5組旋流器，可處理的水量為550 m3/h，可回收粒徑>0.05 mm以上的固體物質(zhì)85%以上。為保證渣漿泵的安全運(yùn)行，杜絕粒徑>3 mm的顆粒物進(jìn)入漿液池，所處理的固體物質(zhì)量為50 t/h。將二次篩分尾水引流至石粉回收漿液池，通過渣漿泵將高濃度的漿液抽至旋流器，旋流器將石粉與水分離，通過脫水篩后經(jīng)B40膠帶機(jī)進(jìn)入B41膠帶機(jī)，與二次篩分車間的粗砂均勻混合，形成成品砂。通過分別開啟不同組數(shù)的旋流器控制石粉的回收量，調(diào)整碾壓砂及常態(tài)砂石粉含量。

進(jìn)入石粉回收池的漿液濃度為9.78%(即97 800 mg/L)，開啟5臺(tái)旋流器可處理550 m3/h的廢水，所處理的固體量為31.2 t/h，該部分石粉若全部摻入砂子，成品砂的石粉含量可達(dá)19.1%；為保證廢水處理的第一道工序效果，5臺(tái)旋流器需全部開啟，將砂子的石粉含量控制在15%以下，需要棄除部分石粉。

4 運(yùn)行工況下破碎效果的分析

(1)粗碎C125設(shè)備排料口e=150 mm時(shí)，設(shè)備出料的最大粒徑為260 mm，依據(jù)成品料的最大粒徑和中碎設(shè)備的處理能力，在不生產(chǎn)特大石成品料的情況下可適當(dāng)調(diào)小排料口尺寸至135 mm，可減少出料中粒徑>150 mm的骨料。

(2)中碎設(shè)備S4800和S3800排料口e= 42～45 mm，進(jìn)料粒徑為80～250 mm的骨料，此時(shí)破碎比為5，使其出料的95%保證在粒徑80 mm以下。

(3)細(xì)碎設(shè)備為HP300多缸圓錐破碎和單缸的H4800，進(jìn)料尺寸為40～80 mm的骨料，設(shè)備排料口尺寸控制在23～25mm左右，此時(shí)破碎比為3.5，使其出料粒徑保證在40 mm以下。

(4)篩分工藝：中細(xì)碎后成品料可出中石和部分小石，部分小石需制砂機(jī)整形。制砂機(jī)的破碎料到第二篩分車間進(jìn)行篩分有利于小石的出料；采用水洗工藝后，制砂機(jī)的成品砂細(xì)料流失較多，應(yīng)盡最大可能摻入石粉回收車間的石粉，使成品砂的石粉含量維持在16%～18%的上線范圍，減少石粉的棄除。

(5)制砂工藝：不使用棒磨機(jī)生產(chǎn)，利用立軸沖擊式制砂機(jī)生產(chǎn)，篩分環(huán)節(jié)篦除部分粒徑為2.5～5 mm的粗砂顆粒以調(diào)節(jié)砂子的細(xì)度模數(shù)；以1臺(tái)RP109制砂機(jī)和1臺(tái)B9100制砂機(jī)為主進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)量和質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

6 結(jié) 語

由破碎試驗(yàn)得知：正長(zhǎng)巖的平均強(qiáng)度為140 MPa，略高于普通花崗巖，破碎曲線與花崗巖接近，處理能力基本接近花崗巖及廠家標(biāo)準(zhǔn)破碎量的中值。因進(jìn)料的級(jí)配問題，破碎效果略有差異。與廠家的硬巖破碎曲線相對(duì)比，巖石破碎效果及制砂率表現(xiàn)為粗碎及中碎環(huán)節(jié)略好，細(xì)碎及制砂環(huán)節(jié)略低。