嘉陵江草街航电枢纽马鞍山人工砂石加工系统设计与施工

毕荣君，沈国毓

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 概述

马鞍山位于嘉陵江左岸草街镇，地表呈一椭圆形山包，长700 m，宽250～400 m，分布高程280～420 m，呈北东向展布。料场地形坡度30°～40°，地表有厚0～1 m的坡残积堆积，植被较发育，多为灌木覆盖。料场有简易公路至草街航电枢纽区，距离约7.5 km，储量满足左岸工程需求。人工骨料加工场布置在马鞍山下冲沟内，场内布置2套骨料破碎、筛分系统，加工能力910 t/h。

马鞍山砂石加工系统承担嘉陵江草街航电枢纽工程的船闸、厂房、5孔冲沙闸等部位混凝土所需骨料的生产任务，主体工程混凝土量180万m3，需砂石净料量418万t，其中碎石297万t，砂121万t。根据混凝土高峰期月浇筑强度11.22万m3计算，考虑浇筑损耗，不考虑成品料仓调节能力，砂石加工系统需要成品骨料生产能力为470 t/h，砂子生产能力为197 t/h。砂石加工系统采用每天2班14 h工作制。

产品质量要求为：

1） 本工程骨料的粒径分为150～80 mm，80～40mm，40～20mm，20～5mm，10～5mm 及＜5mm，各级产量应根据混凝土浇筑需要量调节。

2）粗骨料的针片状颗粒含量不应大于15%。

3）成品砂石骨料满足水工质量技术要求。

2 系统布置

根据招标文件的要求，砂石加工系统布置在马鞍山人工骨料场的西南方向，主要车间布置在高程280～310m，占地面积5.5万m2。

砂石加工系统由粗碎车间、半成品料仓、一级筛分车间、中碎车间、二级筛分车间、三级筛分车间、细碎制砂车间、石粉回收车间、2个调节料仓及成品料仓组成，各车间之间用胶带机进行连接。

1）粗碎车间布置在高程297.0 m平台上，粗碎回车场布置在高程306.0 m的平台上，粗碎布置反击式破碎机2台，供料通过2台振动喂料机筛分给料，通过2条胶带机出料。

2） 一级筛分车间布置在高程280.0 m平台上，布置2台3层重型振动筛，设1条胶带机分开给料，2条胶带机出料，对超径或多余料直接进入中碎车间。一级筛分底部设洗泥机2台，通过1条胶带机出料到1号调节料仓。

3）中碎车间布置在高程280.0 m平台上，布置2台反击式破碎机，由一级筛分车间直接给料，由1条胶带机出料，并输送到2号调节料仓。

4）二级筛分车间布置在高程280.0 m平台，布置2台3层圆振动筛，由1号调节料仓供料。

5） 三级筛分车间布置在高程277.0 m平台上，布置3台2层圆振动筛，由制砂车间给料，出成品砂。

6）制砂车间布置在高程277.0 m平台上，布置3台冲击破碎机及2台棒磨机，并在高程277.0 m平台上设置2号调节料仓提供制砂原料。

7）半成品料仓布置在高程290.0 m平台上，堆高15m，单点堆料，由2条廊道胶带机出料。

8）成品料仓布置在高程275.0 m平台，布置4个粗骨料堆场和1个砂堆场。粗骨料堆场堆高15m，平面尺寸30m×40m，采用单点堆料；砂堆场堆高18m，平面尺寸40 m×60 m，采用卸料小车堆料。骨料成品料仓由2条廊道胶带机出料装车，砂成品料仓由3条廊道胶带机出料装车。

3 加工工艺

3.1 工艺设计基本条件

料源为三迭系下统嘉陵江组石灰岩，湿抗压强度55.5MPa。产品最大粒径150mm。

3.2 工艺流程

为了确保草街航电枢纽工程施工进度和工程质量，砂石加工系统设计遵循工艺先进可靠，成品砂石质量符合规范要求，砂石生产能力满足工程需要为原则。根据马鞍山砂石加工系统的特点、料源的岩性和类似工程的经验，本系统采用湿法生产的加工工艺。

破碎工艺采用粗碎、中碎、细碎（制砂）三段破碎工艺，粗碎、中碎为开路生产，细碎（制砂）为闭路生产；筛洗工艺采用预筛分、分级筛分和脱水筛分3种筛洗工艺，并建立了一、二、三级筛分车间；石粉回收装置起调节砂的石粉和细度模数作用[1]。具体流程如下。

粗碎车间并排布置2台反击式破碎机，每台粗碎前设有1台振动给料筛，采石原料经振动给料筛，大于150 mm的毛料进入反击式破碎机破碎，小于150mm的毛料则由振动给料机筛下后，再经弃料筛，使大于20mm的毛料与粗碎后毛料一同经过胶带机运输进入半成品料仓堆存作一级筛分料源。

一级筛分车间并排布置2台圆振动筛分机，每台设3层筛网，筛孔尺寸分别为150 mm×150 mm，80mm×80mm，40mm×40mm，半成品料由振动给料机均匀给料，经胶带机输送到一级筛分车间分级后，大于150 mm和部分40～150 mm的石料经胶带机送往中碎车间进行第2次破碎。中碎车间共布置2台反击式破碎机，经过中碎处理的石料再由胶带机输送到2号调节料仓。满足成品料的特大石（80～150 mm）、大石（40～80mm）的石料经胶带机运输进各自成品料仓堆存。小于40 mm的混和料进入槽式洗泥机冲洗后，经胶带机运输进1号调节料仓，作为二级筛分的料源。

二级筛分车间并排布置2台圆振动筛分机，共设3层筛网，筛孔尺寸分别为20mm×20mm，5mm×5mm及φ3mm的筛孔。从1号调节料仓经胶带机送至二级筛分车间分级，分级处理后部分满足成品料的中石（20～40 mm）、小石（5～20 mm）的石料和全部砂（＜5 mm）分别由胶带机输送到各自成品料仓堆存。剩余部分的中石（20～40 mm）、小石（5～20mm）的石料，经胶带机运输进2号调节料仓，作为细碎（制砂）车间的料源。

细碎（制砂）车间并排布置3台冲击破碎机，破碎后的产品经胶带机送至三级筛分车间分级处理。三级筛分车间布置3台振动筛分机，每台设2层筛网，筛孔尺寸分别为5 mm×5 mm及φ3 mm的筛孔。大于5 mm和部分3～5mm的产品经胶带机运输返回2号调节料仓，与细碎（制砂）车间形成闭路生产。经调节后的部分3～5 mm的产品经胶带机运输到成品砂仓堆存。经过螺旋分级机和脱水筛处理后的小于3 mm的产品经胶带机进入砂仓储存。所有筛分车间流失的细砂和石粉经石粉回收设备回收后，经胶带机进入砂仓储存。试生产阶段对成品料的质量进行检测，发现砂的产量及细度模数均不能达到设计要求，通过及时调整工艺，增加了2台棒磨机，使砂的产量、细度模数满足设计质量要求。

4 系统主要设备配置

使用进口设备，砂石加工系统工艺流程见图1。

图1 砂石加工系统工艺流程Fig.1 Technologicalprocessofartificialaggregate system

4.1 粗碎设备选择

料源为三迭系下统嘉陵江组石灰岩，湿抗压强度55.5 MPa，属中等偏软可破碎性岩石。产品最大粒径150 mm。粗碎车间设计处理能力为700 t/h。设备选用意大利生产的PRM13和法国诺德伯格生产的NP1313反击式破碎机各1台。PRM13处理最大进料粒径为1 000 mm，处理能力为550 t/h；NP1313处理最大进料粒径为700 mm，处理能力为450 t/h。这2台粗破设备具有破碎性能优越，产量高，粒形好，针片状含量极少的优点，设备的负荷率为70%。

4.2 中碎设备选择

中碎车间的处理能力为460 t/h。设备选用1台NP1110反击式破碎机，1台意大利生产的BS150反击式破碎机。该机具有破碎比大，产品粒形好，产量高等特点。该机曾在东风水电站、天生桥水电站、朝阳寺水电站等大型人工砂石生产系统中作为中、细碎设备。

根据厂商提供的资料，NP1110反击破碎机通过能力为300 t/h；BS150反击破碎机处理能力为320 t/h，设备的负荷率为74.2%。

4.3 细碎、制砂设备选择

细碎制砂车间生产能力为197 t/h。设备选用1台VI300冲击式破碎机、1台FMI800冲击锤磨机、1台PFL1500立式复合破碎机和2台MBZ2136棒磨机联合制砂。VI300生产能力为200 t/h，FMI800生产能力为100 t/h，PFL1500生产能力为80～110 t/h，MBZ2136生产能力45 t/h，设备的负荷率46.4%。

5 电气系统

供电范围：加工系统、供水系统、生活用电等。马鞍山砂石加工系统用电设备装机总容量共约5 000 kW，均为A.C380/220 V用电设备。

5.1 加工系统电气控制

控制系统设计以砂石加工系统工艺流程为基础进行。采用逆料流启动、顺料流停机的控制方式。所有用电设备的运行既可集中联动亦可就地起停操作。

变电所内设置单独的值班控制室，室内布置模拟屏及中控台。中控台上的控制开关设置有自动和手动两种方式。当采用自动方式时，运行人员只需在中控台上进行必要的调度方式选择，操作程启、程停按钮，便可完成工艺流程的自动控制；当采用手动方式时，可分别在控制室的中控台和各车间的就地控制箱上进行一对一的起停操作。就地控制箱上设紧急停机开关和电铃；设备自动启动前通过振铃发出开机信号，手动方式下能在现地手动振铃。

当工艺线上某一设备发生故障，包括电气和现地机械故障，前线设备（故障点以前设备）紧急停机，后线设备按正常停机顺序停机，同时发出声光报警信号。

各设备运行状态及事故情况主要由低压开关柜、就地控制箱、模拟屏及中控台上的指示仪表、信号灯、电铃进行监视和报警。

5.2 电视监视系统

监视系统的控制系统设置在砂石料场的控制室内，其显示器固定在操作台上，在控制室内可控制操作远端摄像头，包括360°转动、俯仰、变焦等，以观察设备的运行情况。

6 系统施工

马鞍山砂石加工系统自2005年11月底开工后，由于工期短、任务重，系统的几大车间是布置在狭长山谷内的几个台阶上，受场地限制，各破碎及筛分车间基本由弃料回填而成，这些工作平台面积较小，各平台开挖施工不能同步进行，只能从高到底逐级进行梯段开挖回填，导致土建工期加长；加上业主对该区域的征地一直未能彻底解决以及进场道路未能按期交付使用等客观因素，使得系统建设困难重重。当时只有一条乡间小路通往工地，路面狭窄，急转弯路多，严重阻碍了施工所需要的设备材料进场，对一些应整体运输的设备不得不进行拆散后再运，对一些不能拆散的大型设备，只能待进场道路修好后二次倒运进入现场；为了确保系统按期建成，对施工方案和施工进度安排进行了合理优化调整。钢结构的制作，由于时间紧和场地制约，采取了部分现场制作加工和异地制作、现场组装的办法，与土建施工同步进行，为系统按期投产赢得了时间。

7 质量保证

该系统在设计过程中，聘请有丰富砂石系统设计经验的长委设计院进行专门的设计，并请业内资深的人工砂石料专家对系统工艺流程和布置进行审查；充分利用成功经验，选用了工艺先进，运行可靠的破碎、筛分设备；充分利用地形、地质条件对各车间进行合理布置。

在施工过程中，为了保证施工质量，成立了专门的质检办，配置了专职质检人员，严格按工序施工。同时，制定了质量保证组织措施、技术措施、控制措施等，技术部门编写施工工艺和技术交底，严格工艺纪律，严把工序质量关，有力地保证了工程质量。

8 系统特点

由于系统生产时间长，且生产强度极不均衡，针对这种状况，主要生产设备按双线配置，这样既满足高峰生产强度，又考虑低谷时生产运行的经济性。

8.1 粗、细碎车间各选用2台反击式破碎机

其车间结构简单、土建工程量小、建设工期短，且该设备具有破碎性能优越、生产效率高、破碎比大、产量高、粒形好、针片状含量极少等优点，粗碎用反击式破碎机将是砂石加工系统的发展方向。但目前都是进口，价格比较高，而且此类设备适用于二氧化硫含量少和中等硬度以下的岩石[2]。

8.2 制砂设备选用冲击破碎机和棒磨机联合生产

冲击破碎机具有破碎比大、土建工程量小、建设快、产量高、生产运行费用和砂的单价低等优点，但存在砂的细度模数高、质量不稳定的缺点。正是为了弥补破碎机制砂的这些缺点，增设棒磨机，使砂的细度模数达到2.6～2.8之间，满足规范的要求[3]。

9 结语

该砂石骨料系统生产效率高，长期运行的可靠性强，设计时砂石加工系统关键设备采用了经验成熟的进口设备，满足设计供应量要求。

[1] 吕樟顺.关于人工砂石系统工艺设计的若干问题[J].水利发电，1980（3）：28-33.LYU Zhang-shun.Some problems in process design of artificial aggregate system[J].Water Power,1980(3):28-33.

[2]张禄文.骑马岭水电站砂石加工系统规划设计[J].贵州水利发电，2006（5）：47-50.ZHANG Lu-wen.Planning&design of artificial aggregate system ofQimaling Hydropower Station[J].GuizhouWater Power,2006(5):47-50.

[3] 张斌，韦仕鸿，邓红梅.龙开口水电站筹建期砂石加工系统工艺及布置优化[J].水利与建筑工程学报，2010（5）：90-93.ZHANG Bin,WEIShi-hong,DENG Hong-mei.Optimization for technologyand layoutofaggregate processing system in preparation period of Longkaikou Hydropower Station[J].Journal ofWater Resourcesand Architectural Engineering,2010(5):90-93.