浅谈红河谷地区元蔓高速公路项目砂石骨料加工系统的工艺设计及常见问题

罗辉，赵晓松（云南建投砂石料有限公司 云南 昆明 650500）

0 引言

元蔓高速公路（红河段）起于玉溪市元江县南昏村委会与红河县交界处，全长约140km，止于个旧市蔓耗镇，建成后，将联通昆磨、昆河两条口岸高速公路。整个项目沿红河谷两侧分布，红河谷地带地形陡峭，平整土地极少，雨季漫长、降雨强度大、水资源充足，每年6~10 月为雨季，雨量集中，约占全年降雨量的85%左右。夏季气温炎热，高达40℃以上。

云南建投砂石料有限公司成立于1999 年，是云南建投集团下属专业从事建筑用砂、石的开采加工及销售为一体的国有企业。负责统一供应元蔓高速公路建设用砂石料，在高速公路沿线自行选址、设计安装了8 条砂石骨料生产线，自2016年底陆续建成运行至今，系统运行稳定、高效，达到预期效果。

1 系统工艺简介

元蔓高速公路建设项目砼用砂石料质量要求较高（C40 以上混凝土占比较大）、用料期集中、用料点分散、工期短（3~4 年），云南建投砂石料有限公司在元蔓高速沿线设置了8 条砂石料生产线，由于各生产点生产周期短、生产总量较少，因此各点投入预算有限。红河谷地带地形陡峭，平整土地极少，现场多不具备架设密闭大棚厂房的条件，生产线多采用露天布置，尘源点密闭防护。

总结多年行业工作经验，经过反复试验论证、不断完善改进设计出一套适用于红河谷地区高温、多雨、场地狭窄、水源充足条件下的砂石料加工系统，本系统工艺简洁、高效，成品质量好，投资小，建设周期短。在水资源充足区域采用湿法生产，有效解决粉尘污染，水洗机制砂可部分替代河沙用于C50 及以上混凝土，可在雨季阴雨连绵天气持续生产。

在高山缺水区域采用干法生产，根据成品机制砂含粉量检测结果配备了干式制砂系统，抽离的石粉部分用于拌合站参合料，减少矿粉使用，部分与本地粗河沙拌制使用，效果良好。干式制砂系统由整形破碎系统、筛分系统、砂石分离系统、拌湿及辅助设备等组成。

由于云南建投砂石料有限公司在元蔓高速公路工程中设置的砂石料加工系统大多在露天状态下使用，红河谷地区海拔较低，夏季气温炎热，高温对于设备的运行产生较大的影响,设计时为电机、机械转动部位等易发热设备配备了防晒防雨遮挡，并根据现场实际情况，采取定期清理积灰、配置散热风机加强散热，有效提高散热效率，延长设备使用寿命。

2 系统设备配置

2.1 设备选型原则

颚破（颚式破碎机）设备结构相对简单、运行可靠、容易维护、使用成本相对较低、安装操作便捷、破碎比较大，通过挤压破碎，适用于对大尺寸毛石进行粗碎。

反击破（反击式破碎机）相对圆锥破具有设备结构相对简单、维修便捷、成本低、产品粒形好、破碎比较大等优点，但相对而言机制砂产量较高。反击破适用于对容易破碎的、抗磨蚀指数较低的石灰岩、白云岩类软脆型岩石进行中段破碎；圆锥破（圆锥式破碎机）通过挤压原理破碎岩石，适合对花岗岩、玄武岩等硬度较高难以通过冲击破碎的石料进行中段破碎（二级破碎）。

立轴破具有石料整形、制砂功能，主要用于生产精品砂石料，如果二级破碎生产的骨料粒形无法达到指标，则需要经过立轴破整形，适合作为细碎设备。

选择破碎设备时应充分考虑毛石的种类、性能指标，不同区域同类岩石其组成成分、抗压强度、抗磨指数等均可能有较大差异，含泥量及泥土筛除难易等均不同，应综合对比选择合适的破碎设备。石灰岩、白云岩属于软脆型岩石，采用冲击破碎方式较为容易，破碎成本较低。通过粗破控制骨料尺寸后，中段破碎（二级破碎）适合采用反击破、锤破；对于硬度较高、韧性较强的石料，如玄武岩、花岗岩、辉绿岩、卵石等，采用冲击式破碎设备难以破碎，破碎过程对设备的磨损较大。圆锥破碎机和细碎颚式破碎机是通过挤压岩石进行破碎，适合对粗碎后的玄武岩、花岗岩、辉绿岩、卵石等进行中断破碎（二次破碎）。

2.2 系统设备配置

云南建投砂石料有限公司在元蔓高速公路沿线设置的砂石料生产点原料均为石灰岩，属于软脆类岩石，容易破碎；随着元蔓高速项目周边河沙资源紧缺、成本高涨，迫切需要优质机制砂替代河沙用于拌制高标号混凝土，云南建投砂石料有限公司在设计生产工艺时，采用了三级破碎工艺（毛石粗碎后经过中碎，最后经立轴破整形），粗碎设备：颚破、中碎设备：反击破，细碎设备：立式冲击破碎机。在具备湿法生产的料点配置高压冲洗设备、立轴破、洗砂机生产优质水洗砂；在采用干法生产的料点，立轴破生产的机制砂经选粉机去除多余颗粒、改善级配，拌湿机保证出料不分层、断档。

C40 以下常规混凝土使用的机制砂，石粉含量应控制在10%~16%以内为佳，C50 及以上高等级混凝土石粉含量应控制在10%左右；未经立轴破、选粉机精加工的机制砂大多存在石粉含量超标，颗粒级配不合理，两极偏多中间偏少的情况（级配断档）。机制砂颗粒级配不合理可通过将机制砂分为不同规格，如分3mm 以下，3~5mm 两种规格，按一定比例搭配使用解决。对于石粉含量偏少的机制砂，可通过打砂机等方式补充石粉含量；当石粉含量超标时，干法生产利用选粉机脱去多余的石粉，湿法生产通过洗砂机去除多余石粉，使其达到质量要求。

元蔓高速公路砂石料用量巨大，工期短，用料期集中，云南建投砂石料有限公司设置的砂石料临时取料点均按照年产100 万t，单班日产3 500~4 000t/d 设计，配置生产设备。

粗碎设备：颚式破碎机（型号为1012 或9012），毛料经振动给料机（棒条给料机）初筛，毛石进入颚式破碎机粗碎，振动给料机筛下物经土筛去除废土后，回收的细碎毛石和颚破破碎后的物料一下起进中转料仓。

中碎设备：中转料仓下设置廊道，物料通过惯性振动给料机后进入中碎反击破，经反击破破碎后进入振动筛筛分，需要生产精品砂石料时，筛上物（超粒径回头料）进入立轴破精加工，通过计算，反击破排放口设置为35~45mm 时，破碎后粒径大于30mm 的回头料约占15%~22%，符合粒径要求的约占80%左右，选用2 台PF1515 反击破，工程前期不需要启用立轴破时，筛上物（超粒径回头料）通过皮带回到中转料仓。

整形单元:在现场具备条件的情况下，多在立轴破之前设置中转料仓，筛上物（超粒径回头料）、富余瓜子石储存在中转料仓后再进入立轴破进行整形深加工。采用干法生产的料点，应设法保证原料干燥，中转料仓设置防雨棚、滤水孔等措施能在下雨时有效保证进入立轴破的原料干燥。

筛分单元:在毛石含泥量较大时，应调大棒条给料机棒条间距，提高筛分效率，保证进入鄂破的毛料含泥量达标。棒条给料机筛下物料经土筛筛选回收可使用细毛石。粗碎后的物料经反击破二次破碎后通过皮带送至振动筛（选用2 台4YKR2460H 圆振动筛）进行筛分，元蔓高速公路项目混凝土用砂石料加工系统现场使用的方孔筛筛网孔径为25mm、20mm、10mm、5mm（根据工程需要灵活调整筛孔尺寸），振动筛回头料经过立轴冲击式破碎机精加工后，混合料通过筛分（选用1 台4YKR2460H 圆振动筛）后送至精品料堆。

3 系统工艺流程

毛料仓（卸料仓）→棒条式振动给料机（筛除泥土废料）→颚式破碎机（毛石粗碎）→中转料仓→反击式破碎机（二级破碎）→振动筛A（筛分）→成品料堆。

振动筛A（超粒径回头料、富余瓜子石）→中转料仓（具备条件下设置）→立轴破（整形机）→振动筛B（筛分）→精品料堆。

经振动筛A 筛分的回头料应设置两种回料方式：a、若对产品质量无特殊要求时，可根据市场情况决定，将回头料送至反击破生产普通成品料，生产成本较低；b、若须生产高质量精品料，则将回头料送至立轴破整形（见图1）。

图1 工艺流程图

4 系统工艺特点

4.1 可切换二级 三级破碎

系统设计时为满足不同时间段成品砂石料质量要求不同，系统设计有粗碎、中碎、细碎三级破碎工艺，可根据实际使用需求使用两级破碎或三级破碎，有效降低加工成本。

工程前期，多为低标号混凝土，此时对砂石料成品质量要求相对较低，经二级破碎后的砂石成品料即可满足质量要求，此阶段可停用立轴破，将回头料送至反击破加工普通成品料，加工成本较低；工程中后期，开始部分使用高标号混凝土，需加工高质量精品砂石成品料，将回头料送至立轴破整形，为保证良好的整形效果，通常要保证进入立轴破的物料足够干燥，物料潮湿会导致石粉粘结在设备内，须经常清理，否则影响立轴破整形效果，立轴破破碎时石粉产量较高，物料潮湿会导致石粉附着在粗骨料表面，则须在振动筛上加水冲洗。

4.2 可切换干法 湿法生产

由于项目所处区域雨季漫长，系统设计时充分考虑结合干法、湿法生产特点，在干、雨季节均能加工出高品质砂石成品料。

给料机下废料输送皮带、废水排污溜槽，振动筛下机制砂输送皮带、洗砂机进口溜槽均设计为可活动式，方便拆卸安装，能灵活切换干法、湿法生产。

雨季原料湿润，矿山打孔时应适当增大炮孔间接、合理调整装药量，提高爆破后块状毛石占比，方便装运毛料阶段减少含泥量；棒条给料机选型时应选择筛条行程较长，筛条间距可调的给料机，雨季毛石夹带泥土难以干式筛除，适当调宽棒条间距，提高泥土筛除效率，若泥土粘附过多，需在棒条给料机上加装高压水冲洗毛石，给料机下设置排污通道，污水通过高频细筛进行固液分离，在经过多级沉淀池过滤沉淀，提高废水循环利用率。经过冲洗的毛石含水率较高，在筛分阶段碎石容易粘黏石粉，湿润的机制砂容易堵塞筛孔，因此在振动筛上加装多排高压水冲洗，保证碎石颗粒干净，机制砂经过导流槽引入洗砂机去除多余含粉、含泥，通过改变洗砂机用水量、调整筛孔尺寸可控制水洗后机制砂的含泥量、含粉量和细度模数。

干燥少雨天气，毛料干燥，通过棒条给料机能正常筛除泥土废料，则给料机、振动筛上不需使用高压水冲洗，若机制砂含粉超标，在具备水洗条件下，通过洗砂机调节含粉量和细度模数；在不具备水洗条件的料点，干法生产的机制砂若含粉量超标较严重，则配备选粉机调节含粉量、拌湿机拌合防止离析，抽取的多余石粉采用自建密闭粉库储存。干法生产的料点采用喷雾除尘、尘源点加装密封罩、输送带下料口加溜管等措施使粉尘沉积，降低对环境的影响。

4.3 配置中转料仓

中转料仓通过储存粗碎后的原料可均衡骨料加工线整体的系统能力，粗破工段检修时，下游的骨料加工工段不会因此停产，可减少停工损失，中转料仓顶部设置防雨棚，底部预留排水孔，可有效降低进入二级破碎阶段原料的含水率，特别是采用干法加工时，能有限降低成品含粉量，减少石粉粘结堵塞筛网、溜槽、溜管。中转料仓尽量借助地势，提高有效储量。

5 常见缺陷及改进措施

5.1 下料斗漏料和积料严重

干式制砂系统在安装完成空机试车时一切均正常，但在带负荷生产时，立刻暴露出许多匹配上的小问题，最主要的原因是制砂系统工艺设计时，为了节约时间、投资及设计费用，一些进出下料斗等非标件并没有绘制图纸，并未明确下料斗大小和角度，安装单位由于经验不足导致出入料斗等易积料和漏料、漏粉比较严重，最后又耽误约一周的时间对漏料严重的下料斗、皮带机导料槽、密闭盖进行密封加固，通过调整出入料斗角度、进行技术改造后彻底解决了漏料积料等问题。

5.2 储料仓容易满仓

上游石料加工生产线工艺设计时选用1 台颚式破碎机（PE9012/1012），经过颚式破碎机粗碎后的原料通过皮带输送至反击式破碎机（选用两台PF1515 反击破）进行二次破碎，在经过筛分后大于26 mm（根据用料单位规格要求调整）的物料和5~10mm 的物料进入储料仓作为制砂原料，但储料仓很容易满起来，造成前端破碎系统喂料经常堵塞，同时需要经常停止喂料等待中间储料仓的石料消耗一部分后再喂料。后经对整个生产系统中各主要设备性能进行多次观察、分析计算和总结后，找到出现这种现象有以下两方面的原因：

（1） 对制砂系统操作员培训不够，对各破碎环节的砂石喂料量、出料产量应保持平衡掌握不到位；

（2） 上游破碎系统粗细破排料口调节不是很匹配，导致筛分后25mm 以上石料多，影响立轴冲击式破碎机的生产效率。

针对以下问题采取下列措施：

（1）对本制砂系统操作员进行多次操作培训，让其掌握各破碎环节设备工艺和运行原理，在操作过程中保持均匀喂料和出料的道理；

（2） 把粗、细碎破碎系统的排放口大小整体适当调小，达到系统相互匹配；

（3） 在储料仓前段加装一台PEX300 细颚破控制最大石料粒径在40mm 范围内。

经过上述调整后，基本解决了上述问题。

5.3 公分石及瓜子上裹粉较多

在生产过程中，发现厂品质量不稳定，主要表现在粗集料表面裹粉较多，不能满足混凝土中砂石骨料的质量要求。经过反复观察查找原因，发现与制砂破碎设备VSI1145 立轴冲击式破碎机相配套的4YK2460 圆振动筛筛分能力未充分利用，造成成品石料中表面裹粉较多应该有下列几种情况：料潮原因；进振动筛落料点偏离晒面中心位置，太靠边；振动筛震动过小；振动筛筛面物料通过太快，物料震动筛分时分布不均匀，物料往筛面一侧流动。

针对上述问题我们采取的措施是：在振动筛上给激振器增加配重提高震动；改造振动筛进料斗位置，把振动筛落料点位置向振动筛筛面的中心处移动，使之落料靠中；

经过改造调整后，不仅提高了振筛的振动能力，还降低了物料层的厚度，降低了振动筛物料的流速，延长筛分时间，通过这些办法解决了公分石、瓜子上表面裹粉较多的问题。

5.4 雨季生产时遇到的问题

该项目部分砂石料生产线位于高山缺水区域，生产线采用的是干法生产，在天气晴朗、物料干燥时选粉机能有效调控机制砂石粉含量；下雨天物料潮湿振动筛筛孔易经常堵塞、造成筛分不干净、产品质量下降、引起客户抱怨投诉、下料斗漏料亦非常严重、机制砂含水率高砂石分离机分选不力、除尘器除尘功能明显下降等，造成生产被动。

查找原因和对物料的试验数据分析，问题出在物料的含水率过大，大家一致建议做好物料防水、滤水工作。在石料加工区疏通排水系统，并对物料加盖防护雨棚后，上述问题得到明显改善。

5.5 防止离析和混料的措施

生产过程中骨料要经过多次转运环节，极易引起骨料的离析分层、混料，造成级配变差、粗细分离等问题的出现，设计时应设法减少运输环节，抛料点采用溜筒、溜槽减小冲击、降低物料落差，胶带输送机的物料进入振动筛时落差较大，在振动筛筛板的受冲击位置镶嵌废旧胶带减小冲击；同时对防尘降噪也有好处。

5.6 改善粒形降低针片状含量

为了提高成品砂石料质量，改善粗集料粒形，除配置立轴破整形外，二破（反击破）、三破（立式冲击破）均采用调速电机，根据各点石料特性，匹配合理转速，能有效降低针片状颗粒含量，振动筛全部使用方孔筛；在部分料点，原料材质分层严重，破碎后针片状含量过高，除调节破碎设备转速外，振动筛使用圆孔筛，有效降低了成品料针片状含量。

6 结语

综上所述，对云南建投砂石料有限公司在元蔓高速公路建设项目中设置的多条砂石料生产线工艺设计、生产过程的运行维护等进行了简要阐述，本人在进行系统工艺设计时综合考虑了高速公路建设项目砼用砂石料品质要求较高、用料期集中、工期短，用料点分散、各生产点投入预算有限、项目区域雨季漫长、夏季气温炎热，场地有限等条件，结合自身多年行业工作经验，经过反复试验论证、不断改进完善设计出该砂石料加工系统，本系统工艺简洁、高效，成品质量好，投资小，建设周期短。