老撾南歐江三級水電站砂石加工系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

龍 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

南歐江三級水電站位于老撾瑯勃拉邦省境內(nèi)，工程需要的混凝土總量約為63萬m3，其中常態(tài)混凝土為55.5萬m3，噴混凝土為1.4萬m3，膠凝砂礫石為6.1萬m3。砂石系統(tǒng)主要生產(chǎn)常態(tài)混凝土和噴混凝土所需的骨料。根據(jù)實施階段的施工總進度計劃安排，南歐江三級水電站施工高峰期混凝土澆筑強度為3.4萬m3/月。

該工程砂石加工系統(tǒng)布置在壩址下游左岸石料場附近。由于招標階段業(yè)主指定的砂石系統(tǒng)場地地形陡峭且場地中間有3條切割較深的沖溝，施工道路及場地難以滿足砂石系統(tǒng)的布置需求。為此，在實施階段，項目部將砂石加工系統(tǒng)的布置場地根據(jù)現(xiàn)場實際地形進行了適當調(diào)整。

2 系統(tǒng)設(shè)計

鑒于砂石加工系統(tǒng)在工程項目中屬于臨建項目，但因每個工程生產(chǎn)砂石骨料的石料場地質(zhì)情況和巖性各不相同，而且各工程部位混凝土對骨料的質(zhì)量要求也有一定的差異，因此，每個砂石加工系統(tǒng)的工藝設(shè)計及設(shè)備選型均需要結(jié)合工程的具體情況進行設(shè)計，以滿足合同文件的各項技術(shù)要求。其系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模、生產(chǎn)能力需滿足該項目施工總進度中混凝土澆筑高峰強度的要求；同時，考慮到混凝土澆筑強度的不均衡性，在系統(tǒng)布置時，需增加砂石系統(tǒng)成品料倉堆料的場地，在混凝土澆筑強度不高的時段，將所生產(chǎn)的骨料作為儲備料，用以調(diào)節(jié)混凝土澆筑高峰時段的骨料用量。

在地域性方面，由于老撾南勃拉邦省粉煤灰購買困難，需從國內(nèi)貨運，從而相應(yīng)增加了工程成本。項目部結(jié)合現(xiàn)場砂石骨料生產(chǎn)的實際情況，增加了一道石粉生產(chǎn)工藝，從而緩解了工程區(qū)粉煤灰供應(yīng)難的問題。

眾所周知，砂石加工系統(tǒng)的設(shè)備工作環(huán)境一般較惡劣，且工作量大，極易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，砂石加工系統(tǒng)將會全線癱瘓，從而影響砂石骨料的正常生產(chǎn)。因此，系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量尤為重要。故在系統(tǒng)生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量達到合同指標的前提下，應(yīng)盡可能地使系統(tǒng)的設(shè)備成本、建設(shè)費用和運行維護費用的總和達到利益最大化。為提高砂石系統(tǒng)長期運行的可靠性，砂石系統(tǒng)用于加工的關(guān)鍵設(shè)備必須采用技術(shù)領(lǐng)先、質(zhì)量可靠、單機生產(chǎn)能力大、使用經(jīng)驗成熟的國內(nèi)外先進設(shè)備[1]。項目部經(jīng)過各種方案對比，最終選用了芬蘭美卓公司生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè)備產(chǎn)量較高，后期維修費用較低。

3 設(shè)備選型

3.1 生產(chǎn)規(guī)模

根據(jù)合同要求，砂石系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模原則上要求：處理能力不低于400 t/h，成品生產(chǎn)能力不低于350 t/h。同時，砂石料成品的生產(chǎn)能力必須滿足本合同的工程用料需要。投標階段混凝土澆筑高峰強度為4萬m3/月，而實施階段的混凝土澆筑高峰強度為3.4萬m3/月，故砂石系統(tǒng)的成品生產(chǎn)能力應(yīng)按照實施階段施工總進度中的混凝土月澆筑高峰強度3.4萬m3設(shè)計，以滿足合同中的工程用料需要。

根據(jù)施工總進度計劃安排，混凝土月澆筑高峰強度為3.4萬m3。根據(jù)水利水電施工手冊[2]，成品骨料生產(chǎn)量的計算如下：

Qd=QmcA[(1-γ)/1+γ/2]=34 000×2.12×[(1-0.3)÷0.85+0.3÷0.7)]=90 251(t)

成品料小時生產(chǎn)強度Q1=90 251÷25÷14=258(t/h)

經(jīng)計算得知，該項目各級成品料月高峰強度需用量見表1。

表1 各級成品料月高峰強度需用量表

3.2 各車間的生產(chǎn)能力及設(shè)備選型

(1)粗碎車間。經(jīng)計算得知：砂石加工系統(tǒng)的生產(chǎn)能力為258 t/h?？紤]到系統(tǒng)生產(chǎn)的不均衡性，取不均勻系數(shù)為1.1，則粗碎車間的處理能力Q=258×1.1=284(t/h)，配置C100顎式破碎機1臺。當該設(shè)備的緊邊排料口尺寸最小設(shè)置為12.5 mm時，其處理能力為260～300 t/h，功率為110 kW。設(shè)備滿足生產(chǎn)能力要求。

(2)預(yù)篩分車間。粗碎車間的最大處理能力為284 t/h，預(yù)篩分車間的負荷系數(shù)取0.8，則預(yù)篩分車間的配置產(chǎn)量Q=284/0.8=355(t/h)。配置1臺2YA2160、具有兩層篩的偏心塊式圓振動篩，篩孔尺寸為5～100 mm，最大給料粒徑為400 mm，生產(chǎn)能力為100～500 t/h，功率為22 kW。半成品料倉配置了2臺GZD120×200型振動給料機，最大給料粒徑為500 mm，轉(zhuǎn)速為740 r/min，處理能力為80～500 t/h，功率為2×2.2 kW，外形尺寸為2 000 mm×1 200 mm×855 mm，設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(3)中碎車間。根據(jù)粗碎車間所選的C系列顎式破碎機的產(chǎn)品粒度曲線，粒徑大于80 mm的產(chǎn)品占45%。粗碎車間的最大處理能力約為355 t/h，則中碎車間的實際處理能力為160 t/h，由于中碎破碎機的負荷系數(shù)為0.8，則中碎車間的設(shè)備配置產(chǎn)量為200 t/h。配置1臺GP100S圓錐破碎機，最大給料粒度為250 mm，排料粒度<40 mm的產(chǎn)品占42%，生產(chǎn)能力為145～230 t/h，功率為90 kW。在中碎平臺還配置有調(diào)節(jié)料斗和1臺GZD120×200型振動給料機，最大給料粒度為500 mm，轉(zhuǎn)速為740 r/min，最大處理能力為500 t/h，功率為2×2.2 kW。設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(4)細碎車間。鑒于中碎車間中粒徑為40～80 mm的產(chǎn)品占58%，則中碎車間的實際處理能力約為160 t/h，細碎車間的實際處理能力Q=93 t/h。將細碎破碎機的負荷系數(shù)取0.8，則細碎車間的設(shè)備配置產(chǎn)量Q=93/0.8=116(t/h)。配置1臺GP100-MF圓錐破碎機，最大給料粒度為100 mm，排料粒度<20 mm的產(chǎn)品占89%，生產(chǎn)能力為80～120 t/h，功率為90 kW。在細碎平臺還配置有調(diào)節(jié)料斗和1臺GZD120×200型振動給料機，設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(5)二篩車間。根據(jù)上述計算出的處理能力，配置1臺3YA2160、具有三層篩的偏心塊式圓振動篩，篩孔尺寸為5～100 mm，最大給料粒度為400 mm，生產(chǎn)能力為100～500 t/h，功率為30 kW；1臺LSX-1120洗砂機，最大進料粒度小于10 mm，處理能力為175 t/h，功率為18.5 kW，設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(6)制砂車間。根據(jù)流程設(shè)計，將二篩車間粒徑為15～40 mm的砂作為主料源，針對中、細碎產(chǎn)品進行級配調(diào)節(jié)，中、細碎車間的最大生產(chǎn)能力為253 t/h，制砂設(shè)備的負荷率取0.95，則制砂車間的設(shè)備配置產(chǎn)量Q=256/0.95=266(t/h)。配置1臺B7150立軸式?jīng)_擊破，最大進料粒度為40 mm，處理能力為245～280 t/h，功率為220 kW。根據(jù)已有工程經(jīng)驗，砂石系統(tǒng)的實際制砂產(chǎn)量與理論處理能力具有較大的差距，因此，在保證砂產(chǎn)量的情況下，系統(tǒng)生產(chǎn)出的砂為中粗砂。為此，最終采取摻和經(jīng)篩分的天然河沙的方式以保證砂的細度模數(shù)滿足設(shè)計要求。

(7)三篩車間。三篩車間即為該系統(tǒng)的主篩分樓，也是該系統(tǒng)的制砂篩分車間。其主要料源為制砂車間生產(chǎn)出的所有物料，根據(jù)廠家提供的相關(guān)參數(shù)，選用了項目現(xiàn)有的1臺具有三層篩的偏心塊式圓振動篩3YA2460，該設(shè)備的篩孔尺寸為5～100 mm，最大給料粒度為400 mm，生產(chǎn)能力為100～500 t/h，功率為37 kW；1臺LSX-1120洗砂機，最大進料粒度小于10 mm，處理能力為175 t/h，功率為18.5 kW。設(shè)備生產(chǎn)能力滿足需求。

(8)皮帶輸送機。該砂石加工系統(tǒng)的皮帶輸送機選用帶寬B=800 mm和B=650 mm兩種規(guī)格。

(9)其他車間的設(shè)備選型。根據(jù)流程設(shè)計，該系統(tǒng)在沉淀池設(shè)置了一套細砂回收裝置，用于將沉淀池內(nèi)的細砂進行回收利用，同時有利于環(huán)保。根據(jù)廠家提供的相關(guān)參數(shù)，選用了1套QC-2.0型設(shè)備，其最大處理能力可以達到10 t/h，砂水濃度最大可以達到20～80 kg/m3，泥砂粒徑小于5 mm。

4 生產(chǎn)工藝

該系統(tǒng)采用的生產(chǎn)工藝應(yīng)成熟、適用、可靠，并能保證所生產(chǎn)的各級成品料滿足工程進度及質(zhì)量要求。該砂石系統(tǒng)全程采用干法生產(chǎn)工藝[3]。

根據(jù)施工需要和工藝流程設(shè)計，該砂石加工系統(tǒng)分為粗碎車間、半成品廊道、預(yù)篩分車間、中、細碎車間、二篩分車間、制砂調(diào)節(jié)廊道、制砂車間和三篩車間。

具體流程為：

對由采石場開挖的毛料采用20 t自卸汽車運輸至粗碎車間的毛料受料倉，喂料到ZSW-490×130棒條給料機，將開采石料中粒徑小于150 mm的石料篩下后直接進入受料皮帶機，將粒徑大于150 mm的石料喂入C100STD型顎式破碎機進行粗碎，破碎后的骨料由皮帶機輸送至半成品料堆。半成品料堆的設(shè)計存料為2 000 m3。

在半成品料堆設(shè)置2臺GZD-200×120給料機，將半成品骨料由皮帶機輸送至預(yù)篩分車間。預(yù)篩分車間配置一臺2YA2160偏心塊式圓振動篩，該設(shè)備將粒徑大于80 mm的骨料由皮帶機輸送至中碎調(diào)節(jié)料斗；將粒徑為80～40 mm的骨料由皮帶機輸送一部分至大石成品骨料倉，一部分送至細碎調(diào)節(jié)料斗進行生產(chǎn)；將粒徑為0～40 mm的骨料由皮帶機輸送至二篩車間。

在中碎車間配置1臺GP100S圓錐式破碎機，負責處理預(yù)篩分車間產(chǎn)出的、粒徑大于80 mm的半成品料，設(shè)置一個8 m3的調(diào)節(jié)料斗，將骨料送至中碎破碎機，破碎后的骨料由皮帶機輸送至二篩分車間。細碎車間配置1臺GP100MF圓錐式破碎機，負責處理預(yù)篩分車間產(chǎn)出的粒徑為40～80 mm的半成品料，設(shè)置一個8 m3的調(diào)節(jié)料斗，將骨料送至細碎破碎機。破碎后的骨料由皮帶機輸送至二篩車間。

在二篩車間布置了一臺3YA2160三層偏心塊式圓振動篩，一臺LSX-1120洗砂機，將預(yù)篩分粒徑為0～40 mm及中、細碎送來的料進行篩分，粒徑為0～5 mm的料經(jīng)LSX-1120洗砂機后直接送至三篩成品砂主皮帶上；將粒徑為5～15 mm料的一部分送至成品料場，一部分返回至制砂調(diào)節(jié)料堆；將粒徑為15～40 mm的料送至制砂調(diào)節(jié)料堆，將粒徑大于40 mm的料返回細碎車間進行再生產(chǎn)。

在制砂調(diào)節(jié)料倉設(shè)置了二臺GZD200×120給料機，將料源由皮帶機輸送至制砂車間。在制砂車間配置了一臺B7150立軸式破碎機，破碎后的骨料由膠帶機送至主篩分車間。

在主篩分車間配置了一臺3YKR2460型偏心塊式圓振動篩，將粒徑為0～3 mm的料送進LSX-1120洗砂機，清洗后由皮帶機輸送至砂成品料倉，可以將粒徑為3～5 mm的料直接進成品料場。為滿足粒徑要求，亦可將粒徑3～5 mm的料返回至調(diào)節(jié)料堆進行再生產(chǎn)， 5～20 mm粒徑的骨料由皮帶機輸送至成品骨料場。在成品料充足的情況下，也可將粒徑為5～20 mm的料返回一部分到制砂調(diào)節(jié)料堆。將粒徑為20～40 mm的料經(jīng)皮帶機直接送至成品料場。

細砂回收裝置選用了一臺QC-2.0刮砂機，在二篩與三篩之間設(shè)置了一個沉淀池，安裝了一臺QC-2.0刮砂機，沉淀池內(nèi)的砂經(jīng)刮砂機刮起后由皮帶機送至砂成品料場。

細砂脫水車間由料漿池、細砂脫水裝置等組成，料漿池中的細砂(粒徑為0.15～1.2 mm)經(jīng)脫水裝置處理后，由膠帶機輸送至成品細砂倉堆存，廢水自流進入廢水池，由污泥處理車間進行處理。

5 砂石加工系統(tǒng)的土建與結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1 土建設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場實際地形、結(jié)合砂石系統(tǒng)進行土建設(shè)計。根據(jù)砂石系統(tǒng)設(shè)備的布置需要，該砂石系統(tǒng)開挖共分為7個平臺。在高程417.5 m平臺布置高位水池，提供砂石系統(tǒng)用水；高程401 m平臺為毛料堆放平臺；高程392.5 m平臺為鄂破安裝平臺；高程384 m平臺為半成品料場堆料平臺；高程380 m平臺為中細碎設(shè)備安裝平臺；高程376 m平臺為制砂設(shè)備安裝和成品料堆平臺；高程373 m平臺為成品料堆平臺。對各平臺的邊坡均進行了防護并設(shè)置了漿砌石或磚砌排水溝以保證場內(nèi)不積水和邊坡坡腳不受水流沖刷,同時亦可保證料堆不受邊坡水流的污染。

5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

砂石加工系統(tǒng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的項目主要有以下幾部分[4]：

(1)粗碎車間及地弄。

(2)半成品料堆地弄、中細碎車間料倉及破碎機基礎(chǔ)、篩分車間調(diào)節(jié)料倉。

(3)制砂車間調(diào)節(jié)料倉及制砂車間破碎機與棒磨機基礎(chǔ)。

(4)水處理車間結(jié)構(gòu)。

(5)膠帶輸送機基礎(chǔ)混凝土。

該項目采用的鋼筋混凝土地弄的特點為：側(cè)墻和底板橫斷面均較薄，綜合造價低；結(jié)構(gòu)型式剛度大，受力條件好，適應(yīng)地基變形的能力強。

鋼筋混凝土地弄在立面布置方面需要設(shè)沉降縫和止水[5]。沉降縫的間距取15～20 m，沉降縫寬20 mm，止水材料采用瀝青木板或其他具有彈性的不透水材料。在地弄縱向設(shè)1%的坡度以利于地弄排水。

地弄的凈空尺寸以滿足操作方便、生產(chǎn)安全及經(jīng)濟為原則。凈高與所選用的卸料裝置及膠帶輸送機支架的高度有關(guān)，并應(yīng)使卸料裝置的出口與膠帶機帶面保持有不小于20 cm的凈距。地弄的凈寬與膠帶機的帶面寬度、人行道布置有關(guān)。地弄設(shè)單側(cè)人行道，寬度為70 cm。地弄頂板卸料口采用角鐵保護，以防孔口磨損。在卸料口周圍設(shè)混凝土止水埂，以防止堆場地表水流入地弄。在地弄底板上埋設(shè)膠帶機中間支架、機尾改向滾筒支架、拉緊小車架及重錘吊架等地腳螺栓。

在砂石料加工系統(tǒng)中，料倉被廣泛用作卸料、受料、配料和儲料的設(shè)施?？紤]到該系統(tǒng)運行周期長，因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，對容積較小的中轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)料倉采用鋼筋混凝土方形結(jié)構(gòu)。

由于物料由具有一定速度的設(shè)備運送及本身以自由落體加速度進入料倉，當儲存大骨料或毛料時，將產(chǎn)生巨大的沖擊力沖擊著料倉的底板及料倉壁的某一部位，對其若不采取積極的防護措施，勢必破壞料倉的底板和料倉壁，為此，最終采用了平底料倉，以及利用料倉堆積料作為料倉壁的防護里襯。在成品料倉中的特大石、大石和中石倉中設(shè)置了緩降器以減小其對料倉的沖擊力并可防止骨料二次破碎。

6 結(jié) 語

老撾南歐江三級水電站砂石加工系統(tǒng)采用的工藝科學(xué)合理、技術(shù)先進可靠、設(shè)備先進高效，保證率高，同時適合石料場灰?guī)r的特性，所選設(shè)備滿足生產(chǎn)需求。通過建設(shè)期對該系統(tǒng)的工藝流程和總平面布置進行的優(yōu)化，使系統(tǒng)工藝流程更加簡潔合理，平面布置更加緊湊集中，不僅直接減少了系統(tǒng)建設(shè)費用，而且降低了系統(tǒng)能耗。經(jīng)過幾年時間的生產(chǎn)運行管理，成本控制較好，為運行期整個項目的成本控制打下了良好的基礎(chǔ)。)