探讨锦屏水电站石英砂岩生产中的特大石问题

朱显山

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北宜昌　443002）

摘 要：本文结合锦屏一级水电站大坝粗骨料系统加工四级配混凝土骨料过程中导致的一系列问题展开阐述，分析了锦屏变质石英砂岩生产特大石存在的问题，针对变质砂岩结晶定向排列、各向异性的特点上开展此种岩石工艺环节、设备组合试验与系统改造，根据试验结果对设备选型、后续工艺、配套设施、筑坝材料的配合比如何有机地结合作了进一步地探讨，可以为类似工程设计与施工提供一定的借鉴。

关键词：变质砂岩　定向排列　特大石　针片状

1 概述

锦屏一级水电站主要采用四级配混凝土的双曲线拱坝，最大坝高305m，混凝土骨料由大奔流沟变质石英砂岩料场加工的粗骨料与三滩右岸大理岩料场加工的细骨料组合而成。粗骨料加工系统位于大坝下游6km的印把子沟口，大奔流沟料场位于系统下游3km，系统设计处理能力2000t/h，成品生产能力1600t/h，根据大坝混凝土需求的综合级配，特大石 （80～150mm） 比例约为20.2%。

系统工艺采用四段破碎，粗碎、中碎开路生产，细碎与超细碎闭路生产。主要破碎设备全进口配置，粗碎采用42－65旋回破碎机，中碎采用HP500EC的圆锥破碎机，细碎采用H4800圆锥破碎机。特大石由粗碎与中碎破碎生产 （见图1），大石由中细碎破碎生产。

成品骨料运输由两段直径为500mm管带机和部分普通胶带机组成，混凝土拌制采用两台2*7m3的强制式搅拌机。

2 存在的问题及影响因素

系统于2008年7月开始运行，经过系统调试，除特大石外其他品种的粗骨料质量均满足要求，特大石主要表现在数量和质量矛盾突出，满足数量的前提下特大石针片状含量和最大边长不符合要求，满足质量的前提下又不能满足特大石产量，同时存在即使针片装含量控制在规范要求的范围内仍然出现长条状现象。

图1 特大石加工流程图

分析其原因，影响因素主要表现在以下几个方面：

（1） 料源特性

石英砂岩经过变质后，结晶定向排列、各向异性是加工过程中产生长条状和针片状的主要原因。

（2） 设备限制

成品料运输采用直径500mm的连续转弯的管带运输机，允许输送物料的最大粒径为150mm［1］，结合专家建议，限制特大石最大边长不超过250mm。另外根据《水工混凝土砂石骨料试验规程》要求，特大石不允许针片状的产生［2］。

（3） 混凝土级配调整

2009年设计单位与现场试验中心的混凝土试验报告确定大坝混凝土四级配比例为特大石∶大石∶中石∶小石=35∶25∶20∶20［3］。特大石比例在原初设30∶30∶20∶20的比例基础上有一定量的增加。

3 改进性工艺试验

针对存在的问题，项目实施过程中进行了多项改进性试验，包括粗碎的排料口调整、筛分机网孔和结构调整、中碎圆锥机排料口调整、中级反击破碎机和初级反击破碎机等改进性试验，试验的主要目的是解决特大石在数量满足的同时要满足锦屏电站供料的质量要求。

（1） 旋回破碎机排料口调整

由于特大石主要来源为粗碎旋回破碎机，排料口调整目的是为了在某个开口情况下获得最大的80～150mm以上粒径的比例，排料口采用了130mm、140mm、150mm、160mm等规格，试验结果如表1所示。

表1 旋回破碎机破碎产品粒径比例

上表中排料口为160mm时，大于80mm含量最大，约43%，但针状含量超标，需要后续筛分和破碎解决。

（2） 筛分机网孔和参数调整

筛分机网孔决定成品质量，网孔根据材料进行不同试验，网孔越大，针状比例越大。振幅选取了筛分机正常的75%、85%与筛孔调整进行组合性试验。如表2所示。

表2 筛分机参数调整特大石产量与质量组合表

换成130mm圆孔筛有所改善，特大石针状颗粒占4%，但也检测到最大单边长度355mm的骨料，同时筛孔调整后成品特大石产量比例约为14%，与35%的比例相差悬殊。

（3） 中碎圆锥破碎机组合试验

根据图1，粗碎产品经过一筛分后把各种可能级配的石料进入中碎，以期达到成品质量和数量的要求 （见表3）。中碎最大开口为80mm，最大偏心距为75mm。出料中特大石级配及针片状见表4。(www.xing528.com)

表3 出料级配、针片状试验检测结果表

表4 特大石颗粒级配及针片状检测表

从上表可以看出，破碎机开口越大，特大石比例也越高。根据半成品级配，80mm以上石料比例最大约50%，根据表3进行折算，进料规格和排料口尺寸不同，中碎产品特大石实际获得率也不相同。破碎机排料口80mm的情况下，20mm以上进料特大石获得率为18%；40～80mm与150mm以上进料特大石获得率为4% （考虑筛分直接获得20%，总获得率约24%）；80mm以上进料特大石获得率为22%；70mm以下无特大石产生。

在特大石的颗分级配上，40～80mm与150mm进料中＜200mm的特大石比例最大，但特大石最大边长超过300mm达到8%。

（4） 中碎反击破碎机组合试验

中碎反击破碎机采用NP1520，排料口分别为120mm和150mm，进料粒径采用80mm以上的半成品料 （见表5）。

表5 NP1520出料检测表

在特大石的颗分级配上，最大边长不超过300mm，明显优于中碎反击破碎机，但根据上表折算，特大石的最高获得率约10% （考虑80mm以上占总级配50%）。

（5） 初级反击破碎机组合试验

粗碎反击破碎机采用了两种线速度进行试验，表6是90%的大于80mm粒径的半成品料分别在破碎机线速度32.5m/s和42m/s时进行的试验结果。

表6 半成品进料的破碎出料级配表

从上表可以看出，线速度发生改变，特大石产量并不明显，44m/s转速度效果较好，实际半成品中大于80mm的比例应在50%左右，特大石的实际获得率约为20%。

初级反击破碎机也进行了毛料粗碎试验，试验结果与粗碎旋回 （见表1） 比较，检测结果是采用初级反击破碎机破碎毛料效果较差，特大石获得率下降了5%左右，最大边长达到了500mm。

4 系统现状

上述试验并不成功，主要表现在：初级反击破碎机对特大石生产影响有限，并不能解决特大石产量和质量问题；圆锥破与反击破在特大石整形方面均有一定效果，且圆锥破特大石的综合获得率较高，反击破虽然在大中小石整形方面优于圆锥破，但特大石获得率低，细骨料含量高，后期会导致弃料增加；特大石超径料再次整形工艺的特大石获得率相对较高，其中初级反击破碎机的综合指标优于中级反击破碎机，但总体来说与目标值存在较大的差距。

为最大限度提高成品质量和数量，系统新增了特大石整形系统 （见图2），配置了初级反击破碎机和独立筛分系统，料源来自于主系统的第一筛分车间150mm以上的超径石或80mm以上的混合料。

图2 新增系统特大石加工流程

新增系统投产后，与主筛分系统进行联合生产，系统根据前期试验结果将一筛分网孔控制在145mm，保证部分合格的特大石直接进入成品堆场，超径石进入新增系统，进一步补充特大石。检验的成品料级配和质量情况见表7。

表7 系统成品料质量检测表

目前特大石针片状态含量控制在10%以内，但单边长度250mm以上比例达到40%，最大边长仍然突破350mm，生产比例可达到了25%以上，基本满足大坝用料，由于多次整形，中小石的比例和弃料比例明显偏高；通过混凝土试验，特大石条状对混凝土性能影响不大，但管带机难以运输，为保证大坝混凝土的顺利施工，在大坝混凝土系统设置汽车受料坑，特大石采用汽车运输方式；调整搅拌楼下料口，维持四级配混凝土的生产。

5 结论

印把子沟骨料加工系统自投产以来，生产与试验的交叉实施一直是探索解决特大石的质量和产量的最终目的，应当说，目前的工艺和设备的组合配置趋于理想状态，但特大石生产指标仍然存在长条状偏多，产量不足的特点，证明了岩性的加工性能是导致这一系列问题的最大原因，说明了锦屏变质砂岩加工四级配生产工艺到目前为止还未有相应的对策，仍然是砂石加工系统值得进一步攻克的课题，这给类似的工程也带来了探索和思考：一是目前设备装备水平还有进一步的拓展空间，如针对长条状骨料专项破碎参数设计，既避免过度破碎，又能可靠的整形以保证质量；二是现有工艺环节存在有待扩充的空间，在目前的现有工艺环节基础上，可能探索出专项的新型工艺；三是注重后续系统设备的配置，如成品运输系统和混凝土系统的设备配置与岩性的加工性能匹配和有机结合，可采用普通胶带机和自落式混凝土搅拌楼；四是大坝配合比设计要充分考虑料源的加工性能，如采用三级配替代四级配等。

参考文献：

［1］《新型圆管式带式输送机设计手册》. 北京：化学工业出版社，2007.

［2］《水工混凝土砂石骨料试验规程》.DL/T5151-2001，2001.

［3］《锦屏一级水电站大坝混凝土性能及施工配合比试验研究报告》. 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2009.8.

◎作者简介：

朱显山，男，高级工程师，葛洲坝五公司副总工程师，砂石科学研究所所长。