锦屏水电站变质砂岩粗骨料整形优化研究

王嘉禄1　宁金华1　冯 钧2　付艳艳2

（1. 二滩水电开发有限责任公司　2. 葛洲坝集团第五工程有限公司）

摘 要：锦屏一级水电站采用变质砂岩制粗骨料，砂岩结晶定向排列，各向异性突出，导致成品粗骨料针片状、超逊径控制难度大，尤其是特大石中超长石控制难度大，为此在进行了多次专项工艺试验的基础上，确定设备的最佳运行工况，使系统生产的成品骨料满足设计要求，因此，对各向异性突出的岩石加工粗骨料需采用全整形工艺的可行的。

关键词：锦屏水电站　砂岩粗骨料　整形工艺　反击破整形特大石

1 概述

印把子砂石系统主要承担锦屏一级水电站大坝、水垫塘、二道坝及部分泄洪洞工程混凝土所需的骨料供应任务，共需生产成品骨料约1355万t，其中粗骨料约1290万t，细骨料约65万t。本系统根据提供的骨料需求高峰月强度设计，设计处理能力2000t/h，成品料生产能力1600t/h。如表1所示。

表1 锦屏一级水电站骨料需求情况表

加工系统生产的料源为印把子沟下游约3km的大奔流沟砂岩料场，根据料场原岩试验成果表明，第1层厚～巨厚层状青灰色变质石英砂岩饱和密度2.63～2.75g/cm3，饱和吸水率0.16%～0.51%，饱和抗压强度80.4～147MPa，软化系数0.78～0.99；第二层深灰色粉细砂质板岩饱和密度2.72～2.77g/cm3，饱和吸水率0.26%～0.499%，饱和抗压强度（垂直层面） 63.2～81.7MPa，软化系数0.66～0.89。第1层深灰色粉细砂质板岩夹层，其岩石物理力学指标与第二层深灰色粉细砂质板岩相近，青灰色变质砂岩饱和抗压强度较高，满足人工骨料强度要求。砂岩的矿物成分：石英含量65%～90%，方解石含量3%～20%，云母含量4%～8% （以绢云母为主，少量黑云母）。

2 印把子砂石系统工艺设计及试生产

2.1 工艺设计

针对大奔流沟料场岩性对加工性能影响，工艺设计的重点是保证各级成品骨料针片状含量及粒形满足设计要求，砂石系统设计采用四段破碎的全整形工艺，即粗碎采用进口旋回破对150～80mm粒径进行整形，中碎对80～40mm以下粒径进行整形，细碎对中、小石进行整形，超细碎对小石进行进一步整形。其加工工艺如下：

毛料经过料场开采后通过溜井进入旋回破碎机（MKII42-65），破碎后石料进入1#半成品堆场，经过长距离胶带机送入2#半成品堆场。

半成品首先进入四层筛面组成的第一筛分车间，＞150mm粒径的碎石直接运至中碎车间；150～80mm粒径碎石可送至成品料堆堆存，亦可运至中碎车间；80～40mm的粒径也送入中碎车间，进行整形以改善粒形；20～40mm的石料进入细碎进行整形，可满足部分中、小石生产；≤20mm的石料进入洗石机，洗去大部分半成品中的碎屑和粉料后直接进入超细碎。

中碎 （圆锥HP500E） 开路生产：将大80mm粒径的碎石破碎至80mm以下，同时对80～40mm的碎石进行整形，以获得较好粒形的大石。中碎后的碎石进入第二筛分车间进行筛分。

第二筛分车间：经过中碎细碎后的碎石在本筛分车间进行分级。＞80mm粒径送入细碎车间破碎；80～40mm的碎石可送入成品料堆堆存；＜40mm粒径的碎石送入超细碎车间。

细碎 （圆锥H4800C） 车间：将二次筛分后的＞80mm和多余的80～20mm粒径的碎石破碎至20mm以下。细碎后的碎石送入第二筛分车间，同时考虑到生产运行管理的灵活性，细碎与第二筛分车间形成闭路循环。

超细碎 （立轴RP108D/D） 车间：根据生产性试验及工程经验，对小石进行整形处理并承担本系统部分制砂任务。超细碎后的碎石和砂送入第三筛分车间进行分级。

第三筛分车间：从超细碎车间送来的碎石和砂混合物在本车间进行筛分。20～5mm的碎石可进入成品料堆堆存，亦闭路返回超细碎车间，亦可送入棒磨车间制砂；根据生产性试验和工程经验，立轴破碎机制的5～3m粗砂进入棒磨机，以调整砂的细度模数；部分5～3mm粗砂和＜3mm的砂经螺旋分级机分级、洗砂、脱水后进入成品砂堆场堆存。

棒磨制砂车间：将三筛车间筛分出来的石料，在本车间生产满足系统需要的成品砂，同时对＜5mm的产品整形，并调整砂的细度模数，经螺旋分级、洗砂、脱水后进入成品砂堆场堆存。

2.2 系统试生产

根据系统设计工艺，为最终确定印把子砂石系统生产工艺参数，通过调整破碎设备开口、给料量，确定整形最佳工况。调整筛网振幅、角度、筛孔尺寸、进料量，并尽可能增加过筛面积，达到最优筛分效果。通过调试确定各破碎设备及筛分机最佳工况，系统进行了试生产，其生产成品粗骨料质量检测情况见表2。

表2 成品粗骨料质量检测汇总表

分析上表数据，通过系统调试及试生产，系统采用整形工艺后生产的大石、中石、小石质量满足设计要求，但特大石中针片状含量偏高，特大石生产主要存在以下问题：

①特大石中超长石较多，针片状含量大。由于受旋回破开口限制，加工的半成品料中长条石多，最大长条石，宽度、厚度10cm左右，但长度可达1.2m，生产的特大石中单边长大于150mm的颗粒含量占65%以上。

②特大石中类针片状较多，筛分效率低。

由于采用变质砂岩加工粗骨料在国内没有成熟的经验可借鉴，而料场岩石加工性能、破碎设备和筛分设备选型已定型，影响成品粗骨料质量最关键工序是保证破碎和筛分设备在最佳的工况下运行，有必要对特大石的破碎和筛分质量进行研究。

3 特大石整形试验

大奔流沟料场砂岩系变质砂岩，砂岩变质后，结晶定向排列而呈各向异性，致使印把子沟砂石加工系统生产的特大石针片状超标和最大边长超长的问题，为了改善特大石的质量和提高特大石的产量，将大奔流沟料场的爆破开挖块石料和和半成品料进行了反击破试验，同时进行了特大石整形筛分试验。

3.1 中级反击破试验

为验证中级反击破对特大石整形效果，选用了180t 80mm以上粗碎旋回生产的半成品料在锦屏三滩右岸砂石系统进行试验，试验破碎设备为NP 1520中级反击破，反击破采用线速度38m/s，其试验结果见表3～表5。

表3 进料试验检测结果表

表4 中级反击破出料试验检测结果表

表5 中级反击破出料试验检测结果表

从试验结果看，进中级反击破大粒径料源较少，用在排料口径为120mm和150mm时，均对150～80mm粒径整形的效果较好，但特大石获得率极低，无法满足特大石的产量要求。

3.2 粗级碎反击破试验(www.xing528.com)

为验证初级反击破对特大石整形效果，选用了205.5t最大粒径控制在600mm以下爆破开挖块石料和434.6t80mm以上粗碎旋回生产的半成品料在观音岩前期砂石系统进行试验，试验破碎设备为CF400初级反击破，反击破采用线速度32.5m/s、44m/s两种，其试验结果见表6～表10。

（1） 爆破块石料试验

表6 爆破块石料级配、针状试验检测结果表

表7 爆破块石料反击破出料试验检测结果表

（2） 半成品料试验

表8 半成品料进料级配、针状试验检测结果表

表9 半成品料反击破出料试验检测结果表 (低转速)

表10 半成品料反击破出料试验检测结果表 (较高转速)

从试验结果看，初级反击破在不同线速度时整形时，特大石针片状含量有较大幅度减少，特大石获得率约为30%，但仍存在超长石，须通过减小筛分机网孔来筛选掉部分超长石。

3.3 不同网孔筛分试验

为解决特大石超长问题，对一筛分车间孔径为φ150mm、φ135mm时和偏心振幅为75%、83%、100%三种情况下特大石筛分质量试验，试验结果见表11。

表11 一筛车间不同网孔筛分特大石试验结果表

从试验结果看，特大石中超长石量与振幅成反比，与网孔大小成正比。从试验过程看，一筛分车间采用φ150mm圆孔筛筛分的特大石长条状石较多，采用φ135mm圆孔筛筛分的特大石粒形有明显改善，针片状含量满足要求，但特大石产量也明显下降，且无法满足工程需要。由此可见，仅通过筛网改小后全部由旋回破生产获得特大石质量可满足要求，但不能解决特大石产量不足的问题。

4 砂石系统工艺完善及生产

4.1 系统工艺方案的完善

通过对工艺试验成果分析，结合现场实际情况，对印把子沟砂石系统进行了以下工艺方案的完善：

①调整一筛分车间上层筛网网孔，由原设计φ150mm改为φ135mm，下层筛网孔改为φ90mm，减少一筛车间生产的特大石中大于250mm超长石进入成品堆场，并减少特大石的逊径量。

②增加特大石整形系统，采用低转速、大排料口径的CFZ650反击破对超径石破碎和特大石整形，并设置独立筛分车间，以改善特大石粒形和增加特大石产量。整形车间工艺流程见图1。

图1 特大石整形系统工艺流程图

4.2 系统生产特大石质量情况

通过增设整形系统，调试整形车间破碎机和筛分机运行工况，即整形系统反击破开口150mm，线速度39.5m/s，整形系统筛分机上层筛网孔145mm，下层筛网孔90mm，一筛分上层筛网孔135mm，下层筛网孔90mm，联合生产的特大石产量和针片状含量等各指标质量均满足设计和规范要求，其出厂检测结果统计见表12。

表12 特大石出厂检测结果统计表

5 结论与建议

①采用各向异性突出的岩石制粗骨料时，成品骨料针片状问题突出，系统设计需考虑全整形工艺。

②变质砂岩加工的成品骨料在转运行过程中由于碰撞及摩擦，易产生石粉，系统设计时需增加冲洗装置加强冲洗。

③砂岩的磨蚀性大，运行期需加大备品备件的储备。

④采用反击破对特大石整形效果较好，并且可有效提高特大石产量，但运行成本较高，衬板更换及维护保养工作量大。

⑤生产的成品中、小石中针片状能满足规划要求，但类针片状较多，建议系统工艺设计时采用立式冲击破对中石和小石均整形后再筛分成品料。

◎作者简介：

王嘉禄，男，高级工程师，二滩水电开发有限责任公司。

宁金华，男，高级工程师，二滩水电开发有限责任公司。

冯 钧，男，高级工程师，葛洲坝五公司副总经理。

付艳艳，女，硕士，三峡大学硕士研究生在读。