天然砂石料生产的级配调整及质量控制——以向家坝水电站为例

何 芹　路银山

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：本文以向家坝水电站凉水井天然砂石骨料加工系统为实例，结合天然砂石料加工过程中级配和供料级配产生的不均衡问题，通过调整工艺、级配调度、生产管理等一系列措施，有效地控制了成品料的骨料级配和质量，满足了工程对骨料的高品质要求。

关键词：天然砂石料　级配调整及质量控制　工艺

1 概述

向家坝水电站位于金沙江下游河段，是金沙江下游河段规划的最末一个梯级电站，也是《长江流域综合利用规划要点报告》推荐的金沙开发第一期工程之一。凉水井天然砂石骨料加工系统主要完成了向家坝水电站左岸一期工程中的左岸导流工程混凝土总量约132万m3及其他部位的一期工程用料，供应成品砂石290万t，其中砂110万t、碎石190万t。

砂石系统的设计处理能力800t/h，生产能力640t/h，采用三级配为主、四级配为辅的生产工艺，料源为大滩坝、大沙坝天然砂砾料料场。本文主要针对系统生产过程中的问题提出的解决措施展开论述。

2 问题的提出

项目可研阶段与实施阶段在料源的级配比例、强度、细骨料质量指标等存在较大不同。

（1） 天然砂砾料级配 （见表1）

（2） 料源强度

可研阶段中天然砂砾料中石料极限抗压强度为150MPa，实施阶段试验：最高强度263.7MPa，最低强度201.99MPa。

表1 天然料场级配对比表

说明：有机物比例、超径含量偏大。

（3） 天然砂级配 （见表2）

表2 天然砂颗粒级配对比表

说明：实际细度模数偏低，小于0.15的含量和含泥量增加。

（4） 供料级配不均衡 （见表3）

表3 成品骨料供应级配对比表

说明：供料级配不均衡。

从上面的数据表中可以看出，实施阶段项目存在天然级配与供料级配的不均衡问题，导致系统处理负荷增加；料源强度和超径比例的增加，导致设备处理能力和利用率的降低；细骨料细度模数偏低、含泥量偏大的特点增大了质量控制难度。本文着重通过对工艺、设备的优化创新，逐步形成了一套较为可靠的生产工艺，解决了以上问题。

3 级配调整

（1） 超径控制

250mm以上的超径颗粒制约水下开采设备的开挖、运输以及系统筛分加工能力，增加设备检修频率，导致系统产量减少。因此在250m3/h的链斗式开挖船的槽口和汽车受料坑增加了箅筛将350mm以上的颗粒予以筛除，每小时产量在原基础上增加了20%。

（2） 料场级配调度

实施阶段系统根据不同施工部位的要求，分别集中供应了一级配、二级配、三级配以及向家坝金沙江大桥、T型梁等重点部位2.6～2.8细度模数的特制粗砂，这对系统的级配调整能力提出了较高的要求。对每个料场划分为两个区，根据各区料的级配结合供料级配进行搭配加工，尽量减少破碎环节 （见表4）。

表4 毛料开采区域组合表(www.xing528.com)

人工调整毛料的加工级配后，系统在不同级配供料时，所需的各规格骨料从源头有了相应的提高，同时对天然毛料进行合理留存、加工，系统处理能力可达到设计规模的75%。

（3） 引进人工砂石料加工工艺

传统的天然料生产工艺以筛分为主，可研阶段仅考虑到少量的石料破碎，从表1中可以明显看出，所需成品料级配和天然骨料级配含量存在较大的缺口，在一级配、二级配集中供应时，料场区域选择和开采控制难度较大，前期采用了1台圆锥破碎机进行级配调整，设备负荷率大，同时对300mm左右粒径难以控制，，导致石料利用率低，弃料量达到40%，而且由于原状砂含量少，尽管采用了料源分区控制，但料源利用率仍然极低、产砂量严重不足。

根据上述情况，项目后期引进人工砂石料加工工艺，根据部分筛分效率法进行流程计算，实际破碎环节按粗破、中破、细破、超细破、整形车间五个环节进行级配调整，同时增加破碎设备数量和加大设备单时生产量，增大了系统级配调节能力。设备增加见表5。

表5 新增设备表

引进后的工艺流程为：粗碎开路生产控制超径石，中、细碎与筛分闭路生产，调整粗骨料的含量和为制砂环节提供原料，采用超细腔型圆锥进行预制砂，与整形车间一起生产人工砂，既稳定了砂产量，也保证了砂质量。

系统经以上主要措施的控制后，级配调整能力得到有效保障。每个环节均设置了多台设备及多种生产工艺，避免了设备维修保养或加工工况改变带来的影响和制约，使系统运行流畅，达到设计生产能力，并有效控制了各级配含量，满足施工用料单位的产量需求。

4 质量控制

系统稳定生产后，生产量及连续生产时间得到明显提高，成品细骨料质量和有机物含量控制是质量控制的重点。如图1所示。

（1） 细骨料的石粉含量

凉水井天然砂石骨料加工系统原设计为常态混凝土骨料供应，成品砂的石粉含量为8%左右，基本满足要求，但在实际运行中改为碾压混凝土骨料供应，石粉含量由原来的8%提高到15%以上，石粉含量难以满足要求，产生的原因：一是天然砂石料本身石粉含量较少，不满足要求；二是原材料中含泥量偏高，石粉与含泥的质量控制指标相互矛盾（石粉含量高，含泥量高），必须加大冲洗力度，导致部分石粉流失；三是由于天然砂细骨料的细度模数偏低 （见表2），为保证2.4细度模数，细骨料加工过程中，加快了洗砂机转速，经过洗砂机冲洗后，大量的0.315mm以下细颗粒流失，造成成品砂中的石粉含量减少。

目前国内石粉补充一般外购石粉添加，如景洪电站系统，采用人工制粉会增加制粉设备影响系统正常供料，且制粉成本非常高，目前还未有成功案例。因此项目决定依靠工艺措施，在不影响现有系统正常生产的情况下，调整系统工艺和设备参数，使细骨料的石粉含量达到15%以上。具体措施如下：

①采用局部干法生产工艺。

超细碎车间由湿法生产工艺改为干法生产工艺，具体来说就是将超细腔破碎机与立式冲击破碎机产生的石粉采用干筛，可以补充石粉5%左右。

图1

左岸凉水井砂石加工系统工艺流程简图 （三级配不含石粉干筛工艺）

②调整洗砂机螺旋运转速。

原20转/min调整为16转/min，同时将冲洗水直接进入洗砂机的方式调整为侧向进水，缓冲了水的冲击力，减少石粉的流失。采取此项措施后，石粉含量可以增加3%～5%，但细度模数由原来的2.42降低到2.19，为此调整筛分环节，适当增加2.5～5mm的比例，将成品砂细度模数稳定在2.4以上。

通过以上措施的实施，石粉含量控制在15%～17%。

（2） 有机物质量控制措施

金沙江流域内天然砂石骨料料源内含有大量枯木，经过多年浸泡、沉积，自身重量已大于水的比重，无法在加工系统中采用冲洗等机械办法进行清除，主要从以下七个环节予以实施：毛料开采——汽车受料坑隔筛——汽车受料坑底部廊道出口——预筛分超径石胶带机——预筛分40～80mm胶带机——破碎后返回预筛分胶带机尾部——成品堆场采用人工控制，控制后基本满足要求。

5 结束语

随着我国筑坝技术的发展，天然料加工和开采技术也面临着越来越大的挑战，传统的天然料生产工艺面临着技术更新的问题，在向家坝凉水井天然料砂生产系统中，根据料源的特点创造性地采用了天然料加工工艺与人工料加工工艺的有机结合，本项目创造了金沙江两个第一：一是首艘超大体积船舶进入金沙江进行水下开采，实现料源的级配调度，满足系统高峰期生产；二是克服了超硬度石料制备碾压混凝土用砂的困难，满足了成品砂的细度模数和石粉含量，开辟了天然砂石骨料加工的新技术领域，为类似的天然砂石骨料加工积累了丰富经验，具有较大的推广应用价值。

◎作者简介：

何 芹，女，助理工程师，葛洲坝集团第五工程有限公司。

路银山，男，工程师，葛洲坝集团第五工程有限公司。