四川锦屏水电站改进砂石加工系统

赵小青　罗作仟

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：大奔流沟料场地形陡峻，开挖高度达513米，料场开采存在毛料运输困难和施工布置难度大; 大奔流沟料场岩性为变质石英砂岩，砂岩变质后，结晶定向排列而呈各向异性，变质砂岩加工的粗骨料易产生针片状，尤其是特大石的针片状含量不易控制。本文重点介绍了锦屏水电站印把子沟人工骨料生产系统的整形工艺流程及布置，料场开采运输通道、300米级深竖井有用料等新技术，对类似工程人工砂石骨料生产有借鉴作用。

关键词：锦屏水电站　人工骨料生产系统　溜井运输　工艺流程

1 系统简介

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站，其下游梯级为锦屏二级、官地、二滩和桐子林水电站。锦屏一级水电站规模巨大，枢纽建筑物主要由混凝土双曲拱坝 （坝身设4个表孔和5个深孔）、水垫塘和二道坝、右岸1条有压接无压泄洪洞、右岸岸塔式进水口、引水系统、中部地下厂房及开关站等组成。大坝坝顶高程1885.0m，建基高程1580.0m，最大坝高305m，电站装机容量3600MW。水库正常蓄水位1880m，死水位1800m，正常蓄水位以下库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库，对下游梯级电站的补偿效益显著。枢纽建筑物混凝土总量约680万m3，共需生产成品骨料约1650万t，其中粗骨料约1155万t，细骨料约495万t。本工程设置了印把子沟砂石系统和三滩右岸砂石系统。

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 印把子人工骨料生产系统骨料需求情况表

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的第1层厚～巨厚层状青灰色变质石英砂岩，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）。

根据加工岩石的岩性、利用料级配特点及工程对混凝土骨料的要求，设计总体工艺分四段破碎，即加工工艺采用粗碎、中碎、细碎、超细碎，辅助以棒磨制砂和石粉回收工艺调节砂的细度模数。粗碎、中碎为开路生产，细碎、超细碎为闭路循环，以适应各种级配混凝土用骨料需求量的变化要求。大奔流料场开采规划开挖高度518m。

2 工艺流程及设备配置

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号半成品堆场，经过长距离胶带机送入2号半成品堆场。

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：将大于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：经过中碎和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，亦可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。

加工系统主要设备配置见表2，系统工艺流程图见图1。

表2 人工骨料生产系统主要设备配置表

3 系统布置及主要建安工程量

砂石加工系统由三部分组成，即大奔流沟粗碎系统、半成品输送线和印把子沟成品加工区。

（1） 大奔流沟粗碎系统

大奔流沟粗碎系统主要包括1号溜井 （井深277m）、2号溜井 （井深202m），粗碎车间、3条带宽1400毫米出料胶带机组成。

（2） 半成品输送线

半成品输送线是粗碎系统和成品加工区联系纽带，由1号半成品堆场和2号半成品堆场的5条胶带机组成。

（3） 印把子沟成品加工区

印把子沟成品加工区主要有2号半成品堆场、中碎车间、细碎车间、第一筛分洗石车间、第二筛分车间、第三筛分车间、超细碎车间、棒磨车间、石粉回收车间、废水处理车间、成品骨料堆场、供排水系统、供配电系统及带式输送机等组成。由于场地地形较陡，印把子沟成品加工区布置在印把子沟渣场回填平台和沟的左岸斜坡地带，采用台阶式布置方案，车间布置在高程1654米至高程EL1760米之间。生产系统占地面积约为122700平方米。

加工系统布置见图2，主要技术经济指标见表3，建安主要工程量见表4。

表3 系统主要经济指标表

续表

表4 系统建安主要工程量表

4 料场开采规划

大奔流沟料场地形为一顺江方向的斜坡，临江坡度50°～65°。料场长约1000m，宽200～350m，岩层倾向坡外，有用层呈长条带状展布于高程1660～2100m，产地面积约20万m2。场内发育5条冲沟，除大奔流沟发育较大且深，并长年流水外，其余均短小，仅雨季期间有暂时性流水。

大奔流沟下游料场区 （B区），高程1660～2100m，第一层变质细砂岩有用层总储量约1200万m3；需剥离其外侧第2层、第3层板岩及表层1～5m的强风化无用层约180万m3。高程1700～1920m，第一层变质细砂岩有用层总储量约550万m3，需剥离第2层、第3层板岩及表层1～5m的强风化无用层，约160万m3。大奔流沟上游料场区（A区），高程1700～2000m，第一层变质细砂岩有用层储量约120万m3。料场总储量约1320万m3。料料开采按满足混凝土月浇筑强度23万m3设计。

（1） 开采范围的确定及可采储量

根据现场地形地质条件，为减少大奔流沟料场开采爆破施工对锦屏二级闸坝带来影响以及尽可能地减少剥离料的开挖，综合分析比较料场地形及地质条件，确定料场开采范围全部选定为大奔流沟下游侧料场，即B区料场，上游A区仅作备用料场。(www.xing528.com)

按本系统承担约1585万t骨料生产任务，考虑加工总耗损补偿系数1.23和料场中大理岩夹层等无用料系数1.2，由此计算需要的毛料开采储量866万m3（自然方）。料场规划按储量备用系数按1.2考虑，则料场开采规划有用料总量为1039万m3。

根据料场开采规划有用料总量，结合料场地质条件及边坡设计参数，料场边坡按1∶0.25开挖边坡坡比，以15m高一个开挖梯段对大奔流沟B区料场第一层变质细砂岩有用层储量进行计算，大奔流沟料场设计边坡开口线最大高程为2183m，料场开挖至高程1745m可满足供料要求，料场规划终采平台高程为1670m，设计边坡开挖高度513m。料场规划开采总量1263万m3，其中有用料储量为1090万m3。

（2） 料场开采砂石原料运输方案

大奔流沟料场开采运输方案主要有全汽车公路运输方案、溜井—平洞运输方案和溜槽运输方案这三种方案，其优缺点对比见表5。

表5 三种运输方案优缺点对比表

通过对全汽车公路运输方案、溜井—平洞运输方案和溜槽运输方案对比分析，由于大奔流沟料场地形陡峭，有用层呈长条分布，工作面狭长，同时受料场内冲沟切割影响，施工布置困难，综合考虑料场开采安全性和供料强度保障的可靠性，溜井—平洞运输方案更具优势，因此大奔流沟料场砂石原料采用溜井—平洞运输方案。

根据地形及地质条件，结合料场有用料开采强度计划和混凝土浇筑强度计划，料场开采至高程1940m左右，混凝土浇筑强度达到次高峰强度，料场开采至高程1865m左右，混凝土浇筑强度达到最大高峰强度，此时采场工作面也趋于最大，两溜井的运行效率也最大，考虑供料可靠性和运行的经济性，有用料运输方案是：在料场开采区布置2条溜井，两溜井距离约108m，其中1号溜井井口高程为1940m，井深277m，角度77°；2号溜井井口高程为1865m，井深202m，角度90°，溜井布置见图3，其技术参数见表6。

料场开采的有用料运输方案是将料场有用料运输分为三部分处理，即，EL1940m以上、EL1940m～EL1865m和LE1865m以下。EL1940m以上部分有用料全部采用汽车运输至1940m高程卸料平台卸料进1号溜井或1825m高程卸料洞卸料进2号溜井；EL1940m～EL1865m大部分有用料通过1号溜井转运，少部分有用料用汽车转运至2号溜井；EL1865m以下有用料水平运输则由自卸汽车跟随料场降段，开采的有用料由自卸汽车运输到溜井口卸入溜井的运输方案。

图3 溜井剖面布置图

表6 溜井布置技术参数表

（3） 料场开采交通方案

大奔流沟料场陡峻狭长，开采高差达到513m，地形坡度50°～65°，局部达到70°以上。在复杂陡峻的地形坡度上布置明线公路难度极大，车辆运行也极不安全，尤其是重载车辆长距离下坡存在极大的安全隐患。若采用隧洞交通可缩短行车里程，提高交通通行安全；同时，隧道可从根本上避免公路路线上的土石方坍塌、泥石流等道路病害；隧道不改变地形自然原貌，大减少开挖和支护工程量，故料场开采交通主要采用洞线方案。

由于料场有用料采用溜井运输，仅覆盖层和无用夹层及1865m高程以上的少部分有用料采用汽车运输，根据混凝土浇筑进度计划及料场开采规划设计，高峰期覆盖层汽车运输强度5.0万m3/月，1865m高程以上覆盖层及有用料汽车转运强度约10.0万m3/月，而运行期料场开采拟采用的最大运输汽车为20t，因此交通运输通道中洞室断面拟采用两种断面形式，即1865m高程以上主运输洞和1865m （含1865m） 高程以上降断支洞均采用断面尺寸为8m×6.5m的交通洞，交通洞设计通行能力为12.0万m3/月，1865m高程以下主运输洞和降断支洞均采用断面尺寸为7m×6.0m的交通洞以满足汽车运输要求。料场内共布置5条主交通洞和15条降段支洞组成，其运输通道设置情况见表7，料场施工道路布置见图4。

表7 交通运输通道规划设置情况表

图4 料场施工道路布置图

（4） 料场开采运行情况

大奔流沟料场有用料运输采用溜井—平洞运输，采用隧洞交通为主的布置方式，并根据料场开采强度和边坡支护工程量大小，采用15～45m高度设置一层降段支洞的方案，充分地适应大奔流沟料场陡峭地形的料场开采，目前大奔流沟料场已安全开挖约700万m3，边坡开挖高度达400m，从运行结果看，该方案具有技术可靠、经济合理和环保效益显著等优越性，取得了很好的工程应用效果，但在料场开采初期，对料场开口线高程上移、料场揭顶难度大及斜溜井布置在板状结构的岩体中易造成井壁塌方等不利影响估计不足，也造成了前期开采进度的被动。

5 废水处理

印把子人工骨料生产系统设计最大用水量1800m3/h，废水处理量1620m3/h。考虑系统产生的废水主要是骨料冲洗后产生的，泥沙含量较高，颗粒较粗，故废水处理主要采用平流沉淀池和反应沉淀池对生产废水进行处理。

（1） 废水沉淀池

废水沉淀池共修建二组平流沉淀池交替使用。当废水进入其中某一组池子后，首先进行泥沙的预沉淀，泥沙沉入池底，上清液进入反应沉淀池进一步处理进入清水池循环利用。随着废水的不断流入，泥渣不断沉积，泥渣量越来越大，当达到设计泥量或出水水质明显恶化后，该池停止进水，通过闸门将废水引入另一组池子中，即本池进入泥渣的浓缩与干化脱水阶段。重力脱水浓缩时，析出水分穿过底板上的反滤层，再通过排水盲沟排出池外。

主要设计参数为：废水平流沉淀池的水平流速为20mm/s，沉淀时间为60分钟，表面负荷为30m3/m2·h。每池积泥量按4天计，即每池进水5天，浓缩、干化脱水2天，清渣2天。共计4天一个循环。经计算，每组池子需表面积777m2左右，池深4.5m。布置2组净空为长×宽×高=70m×15m×4.5m的矩形池子。

（2） 反应沉淀池

废水沉淀池处理后的水质不能满足施工生产用水小于20mg/L要求，反应沉淀池的设计处理能力为648m3/h，考虑一定的富裕及其他情况，并按800m3/h进行校核。反应沉淀池选用2组。

（3） 废渣处理

平流沉淀池产生的废渣经干化脱水后，用反铲挖出，由自卸车运至弃渣场内。

废水处理系统主要构筑物见表8。

（4） 废水处理系统运行情况

采用平流沉淀池和反应沉淀池对砂石系统生产废水进行处理的方案运行效果较好，运行成本低，但平流沉淀池产生的废渣干化脱水效果差，汽车运输时 （尤其是上坡运输）易掉渣污染路面。

表8 废水处理系统主要构筑物表

6 系统主要特点及经验教训

①粗碎车间布置在大奔流沟料场开采范围内，石料通过深溜井垂直运输到粗碎车间的方案对解决高陡料场的石料开挖运输、高边坡支护和临时施工布置之间的时间与空间矛盾相对全部采用汽车运输到粗碎车间的方案具有明显优势，其可靠性和安全性是可以得到保证的，但是投产初期对井壁易塌方造成放料口堵井应重视。

②加工系统采用台阶式布置方案，可有效减少场平开挖量和缩短各车间联系胶带机的长度，并减少整个系统的占地面积。

③加工系统设计采用四段破碎的全整形工艺对减少骨料针片状效果较好，生产的大石、中石、小石的针片状含量平均为11%，可满足规范要求且较稳定，但生产的特大石中存在针片状超标和产量不足的问题，在筛孔为155毫米时检测到最大单边长度达到539mm的特大石，后来通过减少筛孔，并增加3台反击破对特大石整形和破碎部分150mm以上的超径石解决了特大石针片状和产量不足的问题。

◎作者简介：

赵小青，男，高级工程师，葛洲坝五公司总经理，法人代表。

罗作仟，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏砂石项目部总工程师。