广西红水河龙滩水电站砂石加工系统介绍

赵小青　齐 涛

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：广西红水河龙滩水电站大法坪砂石加工系统位于龙滩大坝下游4． 5km的山间盆地之上，料场石料为灰岩，针对灰岩和大坝粗、细骨料需求量巨大的特点，加工系统采用先进的破碎加工、制砂工艺流程，选用了大型移动破碎站、圆筒洗石机、石粉回收装置等新设备，为加工系统安全、高效、优质、高产运行提供了坚实保障。

关键词：龙滩水电站　砂石加工系统　新工艺　新设备

1 概况

龙滩水电站是红水河 （珠江水系上游主干流） 梯级开发中的骨干工程，位于广西区天娥县境内。龙滩水电站大法坪砂石加工系统位于坝制址右岸下游4.5km处，主要担负水电站3标所包括的大坝和围堰工程共计约643.63万m3混凝土 （大坝按▽375.00m的水位建设时） 所需砂石骨料的生产任务，其中碾压混凝土431.96万m3，常规混凝土206.67万m3，共需生产成品砂石料1412万t，其中粗骨料939万t，细骨料473万t。

考虑到龙滩大坝工程按▽400.00m水位建设的可能性，大法坪砂石系统建设投产初期按混凝土高峰时段浇筑强度30万m3/月确定生产规模 （但砂石系统主要加工设备如：破碎、筛分设备暂按混凝土高峰时段浇筑强度25万m3/月进行配置），并进行工艺设计。2004年8月系统进行扩容，其土建与设备按照混凝土高峰时段浇筑强度32.5万m3/月生产规模增容。

按混凝土高峰浇筑强度32.5万m3/月计算，砂石系统设计处理能力为2750/h，设计生产能力为2250t/h。按混凝土高峰浇筑强度30万m3/月计算，砂石系统设计处理能力为2500t/h，设计生产能力为2000t/h。按混凝土高峰时段浇筑强度25万m3/月计算，砂石系统设计处理能力为2000t/h，设计生产能力为1600t/h。

根据大坝混凝土使用级配要求，砂石系统按照生产三级配碾压混凝土骨料为主，同时也能生产四级配常规混凝土骨料进行设计。

大法坪砂石系统分为：石料场开采、砂石料加工、供配电及电气控制、供排水及废水处理以及道路辅助设施几大部分。

砂石系统建设从2002年7月1日开工，到2003年12月1日竣工投产，总工期为一年半时间。

砂石系统运行合同工期为从系统完成建设、经过试运行并通过建设期竣工验收后开始，至龙滩大坝Ⅲ标完成混凝土浇筑结束止。即从2003年12月1日至2009年6月30日，合同工期为5年零7个月。

2 砂石加工系统厂区和山顶石料开采料场地形及地质参数

（1） 料场地形、地质条件

大法坪灰岩料场位于坝址右岸下游约5.0km处 （直线距离），料场山势陡峻，山顶高程826.40m，山脚麻村沟高程约405.00m，高差约420m。料场最大开采面积400m×400m。料场山体的东、北、西为三面临空的悬崖，南面与较高的山体相连。

大法坪料场岩性为二叠系下统 （P1） 似斑状灰岩、白云质灰岩和厚层灰岩，夹少量的方解石、泥质灰岩和白云岩等。料区岩层产状为N15°～20°E，NW8°～15°。料区发育有NW、NWW及NE向的陡倾角断层，破碎带宽0.1～1.0m，溶蚀夹泥或充填次生黄泥，地表多以溶蚀沟槽出露。

大法坪料场区岩石密度ρ=2.685～2.722，干密度ρd=2.535～2.711g/cm3，湿密度ρW=2.599～2.715g/cm3，天然密度ρ0=2.539～2.712g/cm3，饱和吸水率多为W2α=0.04～0.49，少量为0.85～2.54，孔隙率n=0.22～2.62，饱和抗压强度RW=26.9～89.5MPa，干燥抗压强度RD=36.4～114MPa，软化系数KR=0.52～0.89，饱和吸水率和孔隙率均较小；岩石均属中硬岩，各项技术指标均符合有关规范要求，料场储量丰富，可采储量达1467万m3。

（2） 砂石加工厂区地形、地质条件

砂石系统布置于料场西侧山脚下的山间盆地之上。盆地长约660m，宽250～300m。厂区地形较为平缓，砂石系统布置高程410.00～460.00m。

砂石系统厂区地质条件较差，布置区地层全为坡积和岩溶崩塌堆积层。据物探测试资料，厂区中部覆盖层厚30～60m，厂区周边覆盖层厚10～30m、覆盖层由黏土夹不同风化程度的碎块石组成，强度低，均一性差，渗透性较好。开挖后的基础允许承载能力为0.1～0.2MPa。

3 砂石加工系统设备配置

为保证系统运行可靠，高效、连续生产，系统配置设备如表1所示。

表1 大法坪砂石加工系统设备配置表

续表

4 砂石加工系统新设备、新工艺

（1） 采用的主要新设备

龙滩水电站为国家重点工程，砂石加工系统不仅产量巨大，运行时间长 （2003年12月至2008年），且对成品料质量要求高。业主要求所有设备均是技术先进、单机产量高、性能可靠，且是全新的设备。因此，如重要的破碎机、洗石机、石粉回收装置等，选用了国外知名品牌设备。其余的如棒磨机、筛分机、分级机、给料机、胶带机等，选用国内大型专业生产厂家的产品。

①溜井内给放矿设备。

砂石加工系统溜井下安装了山特维克公司生产制造的JM1312HD型颚式破碎2台，给矿设备为同一厂商生产的液压槽式给矿机。溜井内生产设备在运行初期经过调试及反复摸索，已达到生产平稳、放矿连续的效果，满足使用要求。

②大型移动破碎站。(www.xing528.com)

砂石系统在招投标设计中选用了3套Metso公司制造的LT140型移动破碎站（850t/h）。在实施过程中考虑到采石场初期的场地较狭小，生产强度不高，且该设备在国内属首次采用，决定先采购两套以积累使用经验，再决定是否采用第三套。

采用移动破碎站可减少汽车运输、道路修筑、土建工程量和降低运行费用等，同时建设工期短，无因井下破碎而存在发生堵井事故的风险，安全可靠性高。在实际生产中，每套日产毛料在12000t以上，在场地足够大，降层转换不是很频繁的情况下采用，不失为一个较好的方案。

③大型圆筒洗石机。

砂石加工系统选用了美国产的120″×24'6″圆筒式洗石机2台，单机产量为450t/h，目前属世界同类型中的最大机型之一。该机洗涤时水的流向与物料出料方向相反，用水量节省，洗涤效果好。但是，后期因设备制造缺陷一直停用。

④细砂回收及废水处理设备。

砂石加工系统细砂回收及废水处理使用了水力旋流器、链板刮砂机、环保型劲马清淤系统等设备，下面分别予以介绍。

细砂回收设备采用DERRICK公司进口设备3套，直径为φ100mm，每套2组，每组20个，水处理能力为500t/h，石粉产量为20～27t/h，能回收较细的颗粒，但也容易被1mm以上的粗颗粒堵塞，在其前面采用了链板括砂机处理粗颗粒后，效果得到了较大的改善。

链板刮砂机共有3套，是南宁德钢联重工机械有限责任公司为适应系统细砂回收工艺而专门开发出来的设备，其可通过调节水箱内水位的高低和链板前进的速度来调控产品的粗细和含水量，水处理能力为300～500t/h，细砂回收量为10～30t/h，故障率和运行成本均较低。

加工系统采用了从意大利进口的环保型劲马清淤系统 （劲马泵），处理能力为360t/h，输送管道长2km，输送浓度可大于70%，且不污染水体。由于料场岩性问题使系统尾液沉淀物增加，致使原选型设备处理能力难以满足实际要求，影响了清淤效果，后期一直停止使用。

⑤PLC+录影监控系统。

为了提高系统运行的可靠性和减轻劳动强度，大法坪系统采用了较为先进完善的PLC+录影监控系统。从目前的运行情况看效果较好，自动化监控技术达到了国内领先水平。

（2） 独具特色的新工艺

①制砂工艺。

由于水电站工程规模大，砂石加工系统在主要加工工艺的选择上本着以先进、可靠和成本相对较低为原则。经比较选用了技术较为成熟先进的立轴式冲击破碎机+棒磨机湿法制砂的加工工艺。本工艺较传统的纯棒磨制砂工艺成本有所降低，比全干法和半干法生产成本则有所增加，但此联合制砂工艺相对易于控制质量，经过生产实践，采用本工艺生产的砂质量稳定，技术指标满足设计规范要求，中国工程院院士谭靖夷先生对本系统成品砂做了如下评价：“龙滩碾压混凝土的质量能达到优良，这与大法坪砂石加工系统生产的碾压砂的质量好是紧密相关的。一是大法坪生产的碾压砂的细度模数稳定在2.6～2.7，最适应碾压混凝土的使用。二是砂的颗粒级配连续性很好。三是砂的石粉含量稳定。四是碾压砂中的微粒含量控制很好，使水泥净浆量与砂的孔隙率的比值αβ值达到0.32，保证了碾压混凝土的强度和密实度”。由此可见：系统针对毛料含泥量大、骨料易破碎和磨蚀性较小的龙滩石灰岩料场选择联合制砂工艺是较为合适的。

②废水处理工艺。

砂石加工系统的废水处理工艺为：“细砂回收→沉淀池浓缩→环保型劲马处理系统→管道输送→尾矿库”的工艺，在有建库条件时，此方案较为佳。

（3） 创新的布置形式

砂石加工系统在布置方式上也进行了一些有益的探索，如此前在国内水电工程较少采用的溜井平洞破碎运输系统、半成品三级转料仓转料系统等。本系统由于有转料仓与溜井平洞配合使用，使无论在井内设备或是移动破碎站检修、或料场降段时半成品加工均能正常生产，起到了互补作用。

①溜井平洞破碎运输。

大法坪溜井井深80m，上部60m高直径为6m，下部20m段储矿仓直径为12m，内装进口1312HD颚式破碎机2台，单边布置；井内布设一条胶带机出料。

采用溜井布置方式，可减少道路修筑和运输量，基本上是水平运输，运输成本低。由于有了较大的调节仓容，破碎机基本处于连续满负荷状态下运行，因此，产量比常规布置要提高50%左右。但在运行中要注意控制含泥量和大块石含量，否则容易发生堵井和堵口。

②半成品三级转料仓运输。

大法坪采料场初始出料高程为750m，半成品料仓出料胶带机高程为495m，总高差255m，招投标设计阶段选用2条280m深的溜井来解决石料的垂直运输问题，经过比较，在施工设计时选用了充分利用采场边上的一条小冲沟布置三个转料仓来解决石料的垂直运输方案。一级转料仓高差75m，二级转料仓高差55m，最后一级半成品料仓高差125m。实际运行效果较好，既解决了溜井方案的造价高和工期长的难题，又提高了运行的安全可靠性，还为加工系统让出了一个半成品料仓的位置，使加工系统的布置更趋于合理。同时，由于存在两个较大的跌落高度，石料在运输过程中获得了较多的破碎，使后续的破碎负荷也相应地减少。

5 砂石加工系统实际运行状态

砂石系统于2003年9月26日进行工艺及生产能力调试，2003年11月30日砂石系统具备生产合格砂石骨料的条件，2004年1月10日砂石系统山顶石料场和加工厂区通过业主、监理的联合验收后投入正常运行。截至2008年4月20日统计，砂石系统通过电子皮带秤和地磅，共向大坝供应合格的砂石骨料1682.5万t。经过运行检验，该砂石系统生产能力、产品质量完全满足设计技术规范及业主要求，并经受了2005年4月份66.80万t （30.36万m3/月）、11月份84.82万t （38.55万m3/月）、12月份95.48万t （43.4万m3/月）、2006年1月份77.58万t （35.26万m3/月）、2月份71.45万t （32.48万m3/月）、3月份72.39万t（32.9万m3/月） 连续高强度生产供应的考验，连连刷新当时独立砂石系统砂石料加工生产的全国纪录。砂石系统投入运行以来，设备状况良好，土建、金属结构、供水工程、供电工程未发生安全事故。

◎作者简介：

赵小青，男，葛洲坝五公司，高级工程师，公司总经理 法人代表。

齐 涛，男，葛洲坝五公司，高级工程师。