長河壩水電站高標準過渡料機械破碎制備工藝研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 研究背景

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是以單一發(fā)電為主的Ⅰ等大(1)型水庫電站，電站大壩礫石土心墻堆石壩壩高240m，工程所需填筑用堆石料、過渡料以及反濾料原料均由工程附屬的兩大石料場爆破開采，工程施工過程中，過渡料供求兩端主要特點如下：

(1)供應(yīng)端：料源石料場巖質(zhì)為弱～微風化的石英閃長巖和花崗巖，巖質(zhì)致密堅硬，飽和濕抗壓強度76.4MPa～131MPa，平均抗壓強度大于100MPa；

(2)需求端：長河壩大壩主體為240m超高心墻堆石結(jié)構(gòu)，過渡料設(shè)計標準高于同類大型工程，詳見表1。過渡料填筑強度高，高峰期月填筑強度達14萬m3。

表1 長河壩工程與糯扎渡、小浪底工程過渡料設(shè)計級配要求對比

工程招投標階段，過渡料由料源石料場進行高單耗爆破直采，通過較長時間的高單耗爆破試驗研究，發(fā)現(xiàn)以下問題：

(1)高單耗爆破造孔及裝藥工作強度高，在已確定工作面受限的條件下，爆破生產(chǎn)強度遠低于高峰期填筑需求強度；

(2)爆破直采受料場巖石條件變化而波動，質(zhì)量不穩(wěn)定；

(3)爆破過渡料在挖裝過程中分選難度大、分選作業(yè)效率低。

為確保過渡料供料質(zhì)量與供料強度，經(jīng)多方咨詢及研究討論，采用了機械破碎摻配的方法進行過渡料的生產(chǎn)。

2 前期調(diào)研

2.1 可行性試驗

為驗證破碎生產(chǎn)過渡料的可行性，前期結(jié)合現(xiàn)場砂石骨料系統(tǒng)現(xiàn)有美卓C125破碎設(shè)備(給料粒徑小于800mm、出料粒徑150mm～320mm)，利用本工程石料場爆破生產(chǎn)的堆石料進行了破碎試驗。試驗前對粒徑小于150mm的渣料進行了剔除，經(jīng)C125破碎設(shè)備破碎前后的石料粒級配狀況如表2和表3。

表2 破碎原料級配

表3 C125設(shè)備破碎后指標

圖1 C125設(shè)備破碎前后顆粒級配曲線

現(xiàn)場取樣成果表明，一次破碎工藝產(chǎn)出過渡料細料含量低于設(shè)計包絡(luò)線范圍，其質(zhì)量不能滿足設(shè)計要求。故考慮采用C125+HP400、C125+HP300兩種組合方式進行過渡料二次破碎制備工藝試驗。

兩組設(shè)備進行過渡料破碎時，原料仍選用本工程石料場爆破生產(chǎn)的堆石料。破碎產(chǎn)出料級配值及破碎前后級配曲線對比如表4。

表4 二次破碎產(chǎn)出料級配檢測記錄

圖2 C125+HP400設(shè)備破碎前后顆粒級配曲線

圖3 C125+HP300設(shè)備破碎前后顆粒級配曲線

由上述圖表可以看出，采用C125+HP400破碎設(shè)備破碎過渡料時，顆粒級配曲線滿足設(shè)計要求。但HP400中碎設(shè)備產(chǎn)生細料較少，主要產(chǎn)生20mm～40mm的石料，破碎后顆粒級配曲線偏下包線，產(chǎn)品質(zhì)量不易得到保障。相比較，采用C125+HP300破碎設(shè)備破碎效果更為理想。

根據(jù)上述分析成果表明，以爆破堆石料為原料經(jīng)兩次破碎(顎式破碎設(shè)備+圓錐式破碎設(shè)備)方式生產(chǎn)的過渡料符合設(shè)計要求，方案可行。

2.2 工藝設(shè)備選擇

通過調(diào)研討論，針對工程現(xiàn)有施工規(guī)劃情況，分別對移動式破碎站、固定破碎站兩種工藝設(shè)備調(diào)研比選。

表5 移動式二次破碎制備設(shè)備主要指標

表6 固定式二次破碎制備設(shè)備主要指標

兩種設(shè)備生產(chǎn)工藝優(yōu)缺點對比如下：

(1)移動破碎工藝：一次性投入成本較高；無額外臨建工作量；無運距擴增現(xiàn)象；設(shè)備自身安置快捷，但由于需二次破碎作業(yè)，兩移動破碎站間皮帶連接，影響其轉(zhuǎn)移安置快捷的優(yōu)勢；設(shè)備采購周期約3個月。

(2)固定破碎工藝：一次性投入成本低；維修簡便，運行維護成本低；相比移動破碎額外增加了一次骨料倒運，并存在運距增加，具體增運距離與固定站選址有關(guān);產(chǎn)能較高；采購及基礎(chǔ)建設(shè)周期約1個月。

綜合考慮其經(jīng)濟性及工程施工強度需求，本工程確定選用固定破碎工藝。

2.3 產(chǎn)能分析

結(jié)合現(xiàn)場石料情況，通過廠家咨詢，喂料機ZSW1550過篩率約20%，顎式破碎機計算產(chǎn)能400t/h，反算粗碎產(chǎn)能為500t/h。根據(jù)系統(tǒng)工藝，粗碎產(chǎn)出料中60%～70%進圓錐式破碎機進行中碎，計算中碎最大強度350t/h，所配置圓錐式破碎機滿足該強度要求。故整套系統(tǒng)計算產(chǎn)能為500t/h。高峰期24h不間斷供料，考慮系統(tǒng)維修、維護和停電影響，每天實際運行時間20h，有效利用系數(shù)保守取0.9，計算月生產(chǎn)能力為27萬t。

本工程高峰期過渡料月填筑強度近14萬m3，檢測干密度均值2.375t/m3，根據(jù)施工總體規(guī)劃，當期20%～25%過渡料供給利用前期備料，故系統(tǒng)生產(chǎn)需求強度應(yīng)大于24.9萬t/月，故設(shè)備選型可行。

3 工藝研究

3.1 工藝流程

在完成前期調(diào)研后，以“料源選料-粗碎-中碎-儲備”為主體思路，確定施工工藝流程如圖4。

圖4 硬巖條件下過渡料機械破碎制備施工工藝流程

3.2 控制要點

3.2.1 料源選擇

過渡料機械破碎加工原料為料場爆破料，也可根據(jù)工程周邊可利用條件選擇合適質(zhì)地和級配的隧洞路橋開挖料、河灘料或山巖坡積體石料。料源的選定直接影響機加工產(chǎn)出料質(zhì)量，原料選擇應(yīng)避免采用軟弱、片狀、針狀顆粒，要求耐風化且不易遇水溶解，石料的飽和抗壓強度應(yīng)大于45MPa。此外，細粒含量偏高或含泥量較高的原料不適用于機械破碎加工生產(chǎn)。

3.2.2 料源檢測

考慮到料源地質(zhì)情況變化及爆破差異性，每一場過渡料破碎原料爆破完成后需進行料源檢測，檢測項目主要為級配檢測，單場料源的抽樣組數(shù)依照過渡料爆破設(shè)計要求或現(xiàn)場監(jiān)理要求進行。

通過多組試樣的級配試驗檢測，核定該場次破碎原料的平均級配情況，對照成品過渡料顆粒級配設(shè)計要求及相關(guān)規(guī)定，初步計算出中碎比例。

3.2.3 選料運輸

料場需要專門配置反鏟對原料進行篩選，剔除超出粗碎設(shè)備進料最大粒徑的塊石原料、細粒含量偏高或含泥量較高的原料。

運輸車輛應(yīng)相對固定并編號，有用料和棄料分別裝運，現(xiàn)場派專人指揮運料車輛，原料運輸時應(yīng)綜合考慮原料開采強度及機加工生產(chǎn)強度，規(guī)劃原料直供系統(tǒng)生產(chǎn)或運輸至系統(tǒng)原料備存場地備存。

3.2.4 顎式破碎機粗碎

系統(tǒng)加工原料由料源開采篩選后直供，同時輔以加工系統(tǒng)備料區(qū)備料供給，以保證原料連續(xù)供應(yīng)。系統(tǒng)生產(chǎn)時原料運輸至固定破碎系統(tǒng)受料斗卸料，經(jīng)適配的喂料機至粗碎設(shè)備進行粗碎。卸料過程應(yīng)盡可能保持受料斗滿倉運行，可有效減少卸料對受料斗的沖擊，從而可達到保護設(shè)備的目的。

粗碎設(shè)備應(yīng)依照廠家要求定期維護，操作人員需經(jīng)過廠家培訓，考核合格后方能上崗。運行過程中需設(shè)有人員盯守，對于設(shè)備異常狀況及時處理。粗碎設(shè)備應(yīng)設(shè)置配套的提拉裝置，以及時處理受料斗大塊石堵塞等問題。

3.2.5 中間倉分料

粗碎后的破碎料通過皮帶機經(jīng)Y型分料口輸送至不同的中間料倉，中間料倉下設(shè)振動給料機，系統(tǒng)中控室通過控制不同中間料倉出料口處振動給料機的振動給料頻率，從而控制進入中碎設(shè)備及成品料皮帶的比例。

分料比例直接決定中碎比例、粗碎中碎產(chǎn)出料摻配比例，在實施過程中，分料比例主要取決于該組骨料的料源級配、粗碎產(chǎn)出料級配、中碎產(chǎn)出料級配三組數(shù)據(jù)，正常運行期間，檢測試驗按照2組/d的頻次進行，在發(fā)生料源變化時該實驗頻次適當增加。結(jié)合本工程實際情況，爆破堆石作為原料，其中碎比例控制范圍為60%±4%，隧洞開挖料及坡積體石料作為原料，其中碎比例控制范圍為48%±8%。

3.2.6 圓錐式破碎機中碎

中碎設(shè)備應(yīng)依照廠家要求定期維護，操作人員需經(jīng)過廠家培訓，考核合格后方能上崗。運行過程中需設(shè)有人員盯守，對于設(shè)備異常狀況應(yīng)及時采取合適的處理措施。

圓錐式破碎機對分料后輸送至中碎系統(tǒng)的粗碎料進行中碎，通過中碎調(diào)節(jié)整體級配中的偏細料部分各區(qū)間的骨料含量。

3.2.7 成品料摻配輸出

在成品料輸送皮帶上，粗碎和中碎產(chǎn)出料分層均勻鋪筑，為提高過渡料機械破碎生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)出料一次檢測合格率，同時盡量減少廢料和降低成本，應(yīng)實時根據(jù)檢測實驗成果對摻配比例進行調(diào)整，精確控制粗碎、中碎產(chǎn)出料摻混比例。

摻配料輸出至成品料堆時，在拋擲過程中自然混合，形成滿足級配要求的成品料，后通過反鏟裝車運至備存場地或直接上壩，裝車過程亦是對成品過渡料進行了二次摻配，有效保證了產(chǎn)出料質(zhì)量。

4 應(yīng)用成效

(1)通過長河壩工程實際應(yīng)用情況，結(jié)合工程前期對高單耗爆破直采生產(chǎn)、半成品骨料摻配生產(chǎn)進行對比分析，總結(jié)各工藝的優(yōu)缺點和適用性詳見表7。

表7 各類過渡料制備工藝對比

(2)通過現(xiàn)場抽檢，該工藝產(chǎn)出料質(zhì)量較高單耗爆破生產(chǎn)料更加穩(wěn)定，制備強度可以根據(jù)實際需要進行系統(tǒng)選型，相比于高單耗爆破生產(chǎn)，能夠滿足更高強度的供料需求。在經(jīng)濟投入方面，根據(jù)系統(tǒng)投產(chǎn)后工程過渡料需求情況，核算單價較高單耗爆破生產(chǎn)節(jié)省46.5%，節(jié)支效益顯著。此外，機械破碎加工工藝能夠充分利用隧洞開挖料及坡積體石料，變廢為寶，極大地減少工程爆破炸藥使用量，降低安全隱患，提升環(huán)保質(zhì)量。

5 結(jié)語

依托長河壩水電站研究形成的“顎破粗碎確定粒徑范圍+圓錐破中碎調(diào)整骨料級配”的過渡料機械破碎制備工藝已成功應(yīng)用兩年時間，累計完成過渡料生產(chǎn)超150萬m3，產(chǎn)出過渡料質(zhì)量穩(wěn)定，施工成本節(jié)約狀況明顯，有效確保了大壩壩體過渡料填筑工期要求，得到業(yè)主監(jiān)理的一致好評，為以后水電工程中類似條件下過渡料制備生產(chǎn)提供參考。