土石方与导截流工程

功果桥水电站右岸砂石加工系统存在问题及改造

张玉彬

（中国水利水电第十四工程局有限公司）

关键词：工艺流程　人工制砂　系统改造

1 概况

功果桥水电站右岸砂石加工系统（以下简称“系统”）位于右岸导流洞进口，主要承担导流洞及前期工程施工所需骨料的生产供应任务，混凝土总量为15万m³，主要为二级配混凝土，系统按三级配设计。

加工料源主要采用导流洞工程开挖料，料源岩性为变质砂岩、石英砂岩，干抗压强度为83～174MPa，饱和抗压强度为64～125MPa，石英含量为60%。

系统设计处理能力190t/h，成品生产能力155t/h。系统由其他单位建安完成但未进行调试的情况下移交给功果桥项目部，项目部完成收尾工程和调试运行工作。

2 系统改造前工艺流程及布置

2.1 系统改造前工艺流程

系统改造前工艺流程见图1。

2.2 主要工艺流程说明

系统料源为开挖石英砂岩，岩石相当坚硬，磨蚀性较强，系统按二段破碎、一级制砂、二次筛分进行设计。粗碎为颚式破碎机，中碎选用圆锥破碎机，“石打铁”立轴破碎机制砂。大石由一筛筛出，中石、小石及人工砂均通过立轴破碎机并由二筛生产。

粗碎布置一台上海路桥PE900×1200颚式破碎机，配海安联源ZSW590×110给料机给料。粗碎出料由1#皮带机送至容量为130m³的钢筋混凝土料仓堆存，设计为满足1h调节量，实际只有20min左右，未能发挥调节料仓的调节作用。

一筛车间布置一台2YKR1645圆振筛，筛网孔径为a₁=80mm、a₂=40mm。半成品料由调节料仓下两台GZG90-160给料机给料至2#皮带机上（B800）并被送至第一筛分车间，筛分后，>80mm料及部分40~80mm料分别由3#、4#皮带机汇至5#皮带机进入PYZ1750圆锥机破碎。其中，根据工艺流程设计需要的40~80mm大石料由4#转6#皮带机进入三筛分车间冲洗后由7#皮带机送至成品大石仓堆存。由于系统承担的导流洞工程混凝土以二级配为主，故系统投入运行后并未生产大石。

当加工系统不生产三级配时，4#皮带机输送的40~80mm料不再分料，全部进入5#皮带机并进入中碎圆锥破碎机进行循环破碎。

PYZ1750圆锥破碎机出料落至2#皮带机上，与半成品料混合后进入一筛分。一筛分筛下料（<40mm）经8#、9#皮带机送至立轴破碎机调节料仓，该料仓容量100m³，实际只满足工艺设计0.8h调节量，容量偏小。

制砂调节料仓下布置一台GZG90-160给料机向PL-9500立轴破碎机供料，立轴破碎机出料经11#皮带机（B800）送往第二筛分。二筛分布置两台2YKR2060圆振筛，筛网孔径为a₁=20、a₂=4mm，立轴破碎机出料经冲洗筛分后，分为20~40mm料、5~20mm料及<5mm料三种。其中，满足工艺流程量的中石、小石由14#（B650）、15#（B650）皮带机送至成品中、小石仓堆存；两级盈余料经17#闭路皮带机送至9#皮带机进入制砂调节料仓再次循环破碎。<4mm料连同冲洗水进入筛分机楼底层砂料处理单元（SCD-300）分级脱水处理，成品砂经19#转20#，再由21#皮带机（带卸料小车）卸到成品砂仓堆存。砂料分成三个小仓，卸料、脱水、出料轮流转换；其尾水则由排水沟引入粉砂处理沉淀池处理。

2.3 系统主要设备配置

系统主要设备配置见表1。

3 系统存在的主要问题

系统投产后成品生产能力仅有设计的一半左右，且成品砂质量差，细度模数大。经测试、分析研究，找到了系统存在的主要问题。

3.1 破碎设备不匹配

系统粗碎设备为颚式破碎机，型号为PE900×1200，排矿口为100~200mm。理论上，当颚式破碎机排料口为最小即e=100mm时，出料最大粒径已达175mm，差不多已经达到中碎设备PYZ1750允许的最大进料粒径（185mm）。但是在破碎石英含量高达60%的石英砂岩的情况下，在实际运行中，新衬板只要经过1~2d即20h左右的运行就被磨去10mm左右，此时排矿口已经增加了20mm，颚式破碎机出料粒径将增至210mm，超过PYZ1750圆锥机允许的最大进料粒径，导致圆锥机无法承受，经常堵腔停机，系统有效运行时间减少。中碎圆锥机腔型不应选择中型，应选标准型，允许进料粒径更大一些，中碎设备才能与粗碎设备相匹配。

3.2 中碎设备选型错误，能力偏小

一般来讲，在破碎硬岩的情况下，不应选择进料粒径偏小的中型腔型圆锥机（PYZ1750），而应选择相同规格下的标准型圆锥机（PYB1750）。此时，设备允许进料粒径可提高至220mm左右，方可与PE900×1200颚式破碎机正常的排料粒度相适应。

根据原设计指标，当加工系统按三级配生产时，要求中碎破碎后<40mm料的生产能力为139t/h；当加工系统按二级配生产时，相应要求中碎破碎后<40mm料的生产能力为155t/h。实际按此工况生产，中碎圆锥机的处理能力仅为120t/h左右，与实际需要相差太大，这是该系统无法达到设计能力的最关键、最主要的原因。

3.3 第一筛分车间筛分能力不够

第一筛分处理半成品料及中碎圆锥机破碎后的混合料，按工艺流程料量计算，粗碎处理能力190t/h，中碎机处理量为120t/h，合计第一筛分处理量为310t/h。一筛筛网孔径为a₁=80mm、a₂=40mm。经现场实测，一筛大石（80~40mm）料中，中石逊径达40%，很显然，筛分面积明显偏小。由于筛分能力较小，大量的细骨料不能透筛，混入上级骨料（即大石80~40mm）中，再次进入圆锥机。而实际上<40mm料被再次破碎的概率已经很小，只能加大圆锥机的循环负荷，做无用功，形成恶性循环。第一筛分筛分机（2YKR1645）筛分能力偏小是制约加工系统正常生产的重要因素。

3.4 立轴破碎机制砂原料偏少，“石打铁”立轴破碎机制砂率较低

由于中碎环节中石以下粒级料生产能力只达到实际需要值的39%，因而导致制砂原料供应严重不足，立轴破长期处于较低负荷状态运行。另外，立轴破石打铁腔成砂率在破碎石英砂岩时达不到厂家提供的51%，经多次测试，立轴破碎机出料中<5mm的平均只有31%，经筛分水洗后，成品砂率更低。改造前立轴破进、出料级配见表2及表3。

制砂车间在实际运行中，由于制砂原料的不足以及制砂调节料仓的容积较小，原料仓首先必须集料，然后开机运行，料仓空后停机，再集料，再运行，基本上集料与运行各占一半；而且立轴破碎机出料经二筛冲洗筛分、脱水后成品砂生产能力约为表3的一半。

3.5 无细砂回收工艺，造成细砂大量流失

系统原设计未考虑污水处理前的细砂回收工艺，二筛车间冲洗尾水中含有大量的细砂及石粉未进行回收，造成成品砂的颗粒级配不连续，细度模数偏大。

4 系统工艺优化及改造

根据以上存在的问题、系统运行实际及工程需要，对右岸砂石加工系统进行工艺优化及改造，提出以下整改措施：

（1）中碎车间增加一台GP100SC圆锥破碎机，允许进料粒径提高到230mm，并能保证破碎料<40mm的产量不低于120t/h。考虑原PYZ1750破碎及半成品中的中石以下料，加工系统中碎后<40mm料生产能力可达到170t/h，超过按二级配生产工况155t/h的要求。

（2）将一筛2YKR1645筛分机更换为3YAH2460重型筛，筛网公称孔径为a₁=80mm、a₂=40mm、a₃=5mm，增大第一筛分车间处理能力。增加一层5mm筛网，主要是剔除立轴破碎机制砂原料中<5mm粗砂料，使制砂机进料级配更合理，并可提高立轴破碎机成砂率，提高成品砂的产量。

（3）增加一台QC2.0刮砂机用于二筛车间冲洗尾水细砂的回收，可回收二筛车间尾水中5~12t/h的细砂和石粉，改善成品砂的级配。刮砂机出料由新增23#、24#皮带机接到原21#带卸料小车的皮带机上，与二筛成品砂混合后进入成品砂仓。

（4）更换原二筛的筛网，孔径由a₂=4mm×4mm一种孔径更换为两种孔径：筛分机前3m长方向上筛网孔径为6mm×8mm长孔筛，后3m长方向筛网孔径为4mm×6mm，根据成品砂的细度模数大小增减6mm×8mm、4mm×6mm两种孔径的筛网数量，可调节成品砂的细度模数。

系统改造后工艺流程见图2。

（5）系统改造新增设备见表4。

5 改造方案实施效果

系统改造完善后，对砂石加工系统进行了生产性测试，各项测试结果见表5～表7。

从表5可看出：①粗碎、中碎处理能力均已超过原设计指标；②中碎后<40mm料生产能力已基本接近按二级配工况生产要求的155t/h；③制砂原料已达155t/h的生产能力。但现场立轴破碎机经多次测试，当进料量在150t/h左右时，设备多次自动停机，表明已接近最大负荷，其原因是破碎抗压强度较高，磨蚀性较大的石英砂岩造成设备处理能力下降。

从表6、表7比较可看出，改造后系统达到甚至超过了设计生产能力，成品中石偏少，可调整圆锥机的排料口及出料溜槽的开度解决，减少进入循环制砂原料中的中石量。

6 体会

功果桥右岸砂石加工系统经过改造后，生产能力明显提高，系统各车间处理能力都基本达到原设计要求，特别关键的是小石及制砂能力都基本达到或超过原设计能力。

（1）加工极为坚硬、磨耗性大的难碎性岩石，主要考虑破碎设备（含制砂）的选型。此外，在常规生产能力的基础上，还要考虑一个折减系数，根据经验可按0.7选取。加工硬岩时第二段破碎设备应选择圆锥机，根据粗碎最大出料粒径的条件，并满足某一粒径料所达到的指标，综合考虑设备型号和确定设备台数。

（2）由于地下工程混凝土绝大部分是二级配，三级配混凝土量不大。因此，在进行砂石加工系统的规划和设计时，必须以二级配为依据进行设计。

（3）选用刮砂机处理洗砂机尾水，回收一定量的石粉和细砂，可进一步调整成品砂的级配及降低细度模数，并且使用成本相对较低。