蘇阿皮蒂項目特大型人工砂石系統(tǒng)破碎設備選型與應用

韓 雨，付小潔，穆 平

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

蘇阿皮蒂水利樞紐項目是西非幾內亞共和國孔庫雷河梯級開發(fā)的第二級電站，距首都科納克里135 km。本工程水庫正常蓄水位210 m對應庫容63.17億m3，裝機容量450 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。主要建筑物有碾壓混凝土重力壩、壩后廠房、進場公路及橋梁等。

蘇阿皮蒂碾壓混凝土重力壩最大壩高120 m，壩長1 164 m，自左至右分別是：423.45 m長左岸擋水壩段(17個壩段)、97 m長發(fā)電引水壩段(5個壩段)、60 m長導流底孔壩段、25 m長泄洪底孔壩段、173.55 m長溢流壩段和385 m長右岸擋水壩段。

1 砂石加工系統(tǒng)工藝設計

砂石骨料加工系統(tǒng)工藝設計以生產三級配碾壓混凝土砂石骨料為主，可生產二級配混凝土砂石骨料，同時要滿足不同工況時產品級配平衡要求。

本工程混凝土總量約為354萬m3，其中碾壓混凝土300萬m3，常態(tài)混凝土54萬m3，需砂石骨料總量約940萬t。

系統(tǒng)規(guī)模按照滿足混凝土澆筑高峰19.62萬m3/月進行設計，系統(tǒng)設計生產能力為：毛料設計處理能力1 700 t/h，成品骨料生產能力1 360 t/h，其中人工砂生產能力約480 t/h。根據(jù)前期混凝土參考配合比，大石(40～80 mm)、中石(20～40 mm)、小石(5～20 mm)、人工砂(<5 mm)生產總量分別為155.48、199.75、251.54、333.23萬t。砂石加工系統(tǒng)按不低于35%的成品砂產量確定生產工藝。

2 砂石加工系統(tǒng)工藝流程

1)根據(jù)本工程的特點和對關鍵工藝的研究，料源為輝綠巖開采料。本系統(tǒng)采用如下加工工藝(見圖1)。

破碎：采用粗碎、中細碎、超細碎的破碎流程。

篩分：采用預篩分、第一篩分、第二篩分的流程。

粗碎開路、第一篩分與中細碎閉路、第二篩分與超細碎閉路。

2)工藝流程平衡計算。主要破碎設備產品粒度特性，綜合考慮相關設備廠家提供的同類巖石的實驗數(shù)據(jù)選定，見表1。

圖1 souaiti砂石加工系統(tǒng)工藝流程簡圖

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根據(jù)以上工藝流程計算，各主要車間設計處理能力如表2。

表2 砂石系統(tǒng)主要破碎、篩分車間設計處理能力 t/h

3 破碎設備選型原則

破碎設備是人工砂石系統(tǒng)的關鍵，其選型應遵循如下原則：

1)設備的形式和數(shù)量應能滿足設計的處理能力和相應的工藝要求；

2)設備的類型要適應當?shù)氐木S修技術條件和工人操作運行經驗，并考慮后續(xù)工程利用的可能性；

3)應盡量選用相同規(guī)格型號的設備，以簡化機型，方便維修；

4)便于操作，性能可靠，節(jié)省投資、能耗及其他消耗，降低運行管理費用；

5)盡量采用成批生產的定型產品。

4 破碎設備選型與應用

在砂石骨料生產的工藝流程設計和實際生產中，考慮不同配合比變化時各粒級砂石用量的變化，設計中已考慮了級配調整的因素，同時考慮到砂石生產的不連續(xù)性，設備選型中設備的負荷系數(shù)取偏低值，使系統(tǒng)小時生產能力具有一定的調節(jié)提升能力，以保證系統(tǒng)生產的月產量。

根據(jù)蘇阿皮蒂砂石加工系統(tǒng)的工藝設計和系統(tǒng)特點，綜合考慮相關設備廠家提供的同類巖石的實驗數(shù)據(jù)，選定主要破碎設備。

4.1 粗碎設備

粗碎設備主要處理的母巖料源為輝綠巖，飽和抗壓強度平均197 MPa，定性為難碎巖石。旋回破碎機或顎式破碎機均適用破碎堅硬巖石。蘇阿皮蒂砂石加工系統(tǒng)設計要求粗碎車間處理量為1 700 t/h，由于采石場爆破后的毛料中小于150 mm的石料約占20%，這部分石料可直接通過給料機，故破碎機的實際需求處理量為1 360 t/h。

1)旋回破碎機具有處理能力大、產品粒形好、單位能耗低、無需給料設備等優(yōu)點，缺點是結構復雜、自重較重、價格較高、土建工程量較大。

2)顎式破碎機具有結構簡單、自重較輕、價格較低、土建工程量較小等優(yōu)點，缺點是處理能力較小、產品中針片狀含量較高、需給料設備。

3)綜合比較旋回破碎機和顎式破碎機的優(yōu)缺點后，粗碎首選3臺美卓公司的C150顎式破碎機，單機處理能力為620～800 t/h，設備負荷率63.4%，其最大進料粒徑可達到1 000 mm。

4.2 中、細碎設備

中、細碎車間的功能主要是處理半成品料和各級成品料的超徑石，同時根據(jù)粗骨料需求情況，隨時調節(jié)生產不同級配的骨料生產量。鑒于本加工系統(tǒng)加工料源為輝綠巖，屬堅硬巖石，其破碎特性較差，且本項目在海外，設備的備品備件供應困難。根據(jù)國內若干工程實例，為了保證系統(tǒng)運行的可靠性、產品質量、石粉含量等，保證加工系統(tǒng)生產滿足工程建設需要，中、細碎設備宜采用高性能多缸圓錐破碎機，其具備石粉產量高、骨料粒形較好等優(yōu)勢。

1)中碎車間處理量為1 100 t/h，首選3臺美卓公司的HP500EC圓錐破碎機，單機處理能力為510～700 t/h，設備負荷率63%。

2)細碎車間處理量為710 t/h，首選3臺美卓生產的HP500F圓錐破碎機，單機處理能力為345～430 t/h，設備負荷率63%。

4.3 制砂設備

制砂車間是砂石加工系統(tǒng)的最后一道破碎工序，通常的制砂設備是立軸沖擊式破碎機與棒磨機制砂相結合。傳統(tǒng)的制砂設備還可用錘石破碎機、反擊式破碎機。

本砂石加工系統(tǒng)主要生產碾壓混凝土用砂，為滿足其石粉含量要求，系統(tǒng)采用全干法生產，要求碾壓混凝土砂的石粉含量在18%～22%之間，細度模數(shù)為2.7±0.2。

1)超細碎車間處理量為1 400 t/h，選用5臺美卓公司的B9100SE立軸破碎機，單機處理能力為>315 t/h，設備負荷率均為75%。

2)選用2臺GSP65國產高速立軸破輔助超細碎車間對部分粗砂進行破碎，調整成品砂細度模數(shù)和石粉含量，處理量為100 t/h。

蘇阿皮蒂砂石生產系統(tǒng)各車間主要設備見表3。

表3 砂石加工系統(tǒng)主要設備表

5 結 語

蘇阿皮蒂砂石加工系統(tǒng)在加工工藝流程和設備選型上，綜合考慮了系統(tǒng)所具有特大型人工砂石系統(tǒng)、輝綠巖母巖料源及處于西非幾內亞地區(qū)的特點，同時，考慮到碾壓混凝土及常態(tài)混凝土對石粉含量的不同要求，首先是保證系統(tǒng)長期運行的可靠性，同時在設備選用和工藝流程上兼顧經濟性。

本系統(tǒng)關鍵環(huán)節(jié)的破碎設備選用技術先進、質量可靠、單機生產能力大的美卓公司的設備，保證了系統(tǒng)長期運行的可靠性和運行調度的靈活性。2018年蘇阿皮蒂水利樞紐大壩年度混凝土計劃澆筑量為140萬m3，實際完成173萬m3，計劃混凝土高峰期在2018年12月為19.62萬m3，實際2018年10月份澆筑量為20.5萬m3、11月份澆筑量為21.01萬m3、12月份澆筑量為21萬m3。

砂石系統(tǒng)自2017年4月份正式投產，經過近1年的消缺及部分工藝的改進，系統(tǒng)生產及管理越來越穩(wěn)定，并經受住了連續(xù)3個月超高峰混凝土澆筑所需骨料的生產和不同級配的調節(jié)需要，充分證明主要破碎設備選型及配置是合理的。