阿尔塔什水利枢纽工程砂石加工系统设计

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽位于新疆西南部喀什地区莎车县境内阿尔塔什村西的叶尔羌河上，是以生态、灌溉、防洪、发电为开发目标的控制性水利枢纽工程。水库总库容22.45亿m3，正常蓄水位1820m，最大坝高164.8m，电站装机容量755MW(4×175MW+2×27.5MW)。本枢纽为大(1)型Ⅰ等工程。挡水建筑物、泄洪洞及发电洞进水口为1级建筑物；发电引水隧洞、电站厂房、生态基流引水洞及其厂房为2级建筑物；临时建筑物为4级。工程计划施工总工期74个月，2015年4月开工，2021年5月工程完工。

枢纽主要建筑物有：拦河坝(混凝土面板砂砾石堆石坝)、1号和2号表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1号和2号深孔放空排沙洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流发电系统和发电厂房等。两条发电洞、1号深孔放空排沙洞、生态基流发电洞和发电厂房布置在右岸，导流洞、两条溢洪洞、中孔泄洪洞、2号深孔放空排沙洞布置在左岸。

2 砂砾石料场分布及料场选择

初步设计阶段详细勘查了五个天然砂砾石料场：C1、C2、C3、C4和C4-1。五个砂砾料场均位于坝址至发电厂房区河漫滩及Ⅰ级阶地上，为全新统冲积砂砾石，洪水期均位于水下。

2.1 料场选择

由于C1和C2料场位于坝址上游，工程截流后基本被淹没，不宜选作主体工程混凝土骨料场，但可用作筹建准备工程项目的混凝土骨料料源。C3和C4-1料场位于坝址下游，结合建筑物布置及运输距离等因素，选择C3料场提供大坝枢纽施工区的混凝土骨料，C4-1料场提供厂房施工区的混凝土骨料。

本文主要以C3料场为代表，论述主体工程施工期大坝枢纽区的混凝土骨料的平衡计算及开采加工工艺。

2.2 C3砂砾石料场储量及质量

C3料场为砂砾石主料场，位于下坝址至阿尔塔什水利枢纽两岸河滩及Ⅰ级阶地，距上坝址1.5～7.8km，料场沿叶尔羌河呈弯曲的条带状分布，地面高程1630～1665m，长7400m，宽230～550m，面积4.0km2，岩性为第四系全新统冲积砂卵砾石。该料场大部分位于河漫滩，平枯水期地下水埋深1～4m。料场无用层厚度0～0.5m，无用层储量150万m3，水上有用层储量350万m3，水下按开采3m计算的有用层储量为1200万m3。该料场有用层厚度大于8m，可水下扩大开采。用作混凝土粗骨料缺少5～20mm的小石，细骨料含泥量高，需水洗，平均粒径和细度模数偏小，缺少中粗砂，其他指标可满足质量要求。

据C3料场细骨料矿物成分鉴定成果，细骨料单矿物以斜长石为主，石英、黑云母(绿泥石化)、石榴石、磁铁矿和普通角闪石少量；岩屑以沉积岩、灰岩为主，其次为火山岩、变质岩等。

3 C3料场砂石加工系统骨料平衡计算

本工程常规混凝土及喷护混凝土总量约154.99万m3，其中筹建期混凝土量约15.75万m3，主体工程大坝枢纽区混凝土量约105.24万m3，厂房区混凝土量约34.00万m3。

主体工程大坝枢纽区需要各级粒径骨料量278.401万t，其中砾石185.248万t，砂93.125万t。根据工程区料场分布情况，本工程枢纽区混凝土骨料初步选择三种开采加工方案进行比较：①C3料场全天然料筛分；②C3料场天然料筛分+超径石破碎；③开挖石渣料破碎加工。

根据C3料场级配情况，天然级配中小石含量偏少，采用全天然骨料，经平衡计算开采获得率仅34%左右，开采量大，弃料多，占地范围大。人工砂石骨料生产中，料源岩石岩性、破碎生产工艺及设备性能均对成品粗骨料的针片状含量产生影响。本砂石系统毛石原料为河漫滩砂砾石或工程开挖石渣料(岩性为灰岩)，根据岩性，采用颚式破碎机进行粗碎，圆锥破、反击破及立轴破等设备进行中碎和细碎，其出料粒形好，针片状含量小于8%，国内的设备生产技术上是成熟的。优选国内大型设备厂家生产的破碎设备，能保证系统生产的可靠性，确保粗骨料针片状含量满足或优于国家标准。在以上方案技术均可行的基础上，对三个方案进行经济指标分析，成果见表1。

表1 各方案混凝土骨料经济指标

C3料场天然料筛分+超径石破碎方案经济指标最优，选定为推荐方案。对C3料场天然料筛分+超径石破碎方案进行骨料平衡计算，成果见表2。

平衡计算结果为：天然料筛分获得：砾石91.159万t(大石45.617万t，中石25.182万t，小石20.360万t)，砂27.325万t。对筛分弃料和垫层料场运来的超径石进行破碎后，获得砾石94.090万t(中石47.527万t，小石46.562万t)，砂65.827万t。最终石屑量32.739万t (水洗冲弃)，筛分逊径料13.502万t (水洗冲弃)。料场开采获得率约81%。

表2 C3料场混凝土骨料开采平衡

4 C3料场混凝土骨料加工工艺

砂石加工系统布置在C3料场附近，主要由筛分设备和破碎设备组成，设计筛分处理能力为2×220t/h。C3料场无用层采用132kW推土机推运清除，有用层采用2m3挖掘机挖装15t自卸汽车运至蓖条筛预筛，筛除大于80mm的大石。小于80mm的混合料由1.0m宽皮带机运输至3YA2160园振动筛筛分出各级成品骨料，并将小于5mm的砂料水洗后运至成品料堆。大于80mm超径石弃料、80～40mm级配弃料以及垫层料场运来的超径石弃料均用于破碎加工中石、小石和砂。超径石料经1.0m宽皮带机输送至破碎系统，采用三段破碎工艺进行加工。

施工现场混凝土需求是变化的，各级配骨料不可能均衡生产，因此，砂石料生产工艺必须适应不断变化的现场需求。破碎流程中可通过调整粗碎、中碎排料口以及调整细碎瀑布流量达到控制各级粒径产量的目的。

该砂石加工系统于2016年底建成投产，成品料生产能力560t/h。现场选用的主要筛分设备为4台3YA2465和2台2YA2465园振动筛；粗碎设备为1台PE1200×1500颚式破碎机，开路生产，生产能力680t/h；中碎设备为2台GZ1650圆锥式破碎机，闭路循环生产，处理能力800t/h；细碎设备为2台1250立轴式冲击破碎机，闭路循环处理能力240t/h。

C3料场砂石加工系统工艺流程见下页图。

C3料场砂石加工系统工艺流程图

5 结 语

本工程C3砂砾石料场距坝址较近，河滩开阔，有道路通往坝址，开采运输方便。设计采用“天然砂砾料筛分+超径石破碎”方案，既减少了料场开采量，又降低了大量弃渣料的堆存难题。根据料源特性、平衡计算及加工工艺流程，工地现场配置的破碎、筛分设备，性能可靠，质量稳定，保证了施工高峰年份2017和2018年的用料要求，目前运行良好。本工程的砂石加工系统设计起到了很好的指导现场生产的作用，达到了质量稳定、经济最优的目的，对于类似料场骨料加工具有参考意义。