移动破碎站机在大法坪的实际应用情况

齐 涛

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：LT140E移动式破碎站和LL-12-36移动式胶带运输机安装调试运行技术成功地在广西龙滩水电站大法坪砂石加工系统运用，填补了该类型设备在国内水电行业砂石骨料生产的使用空白，为国内类似砂石加工系统提供了借鉴。

关键词：移动破碎站　移动胶带机　安装调试　运行技术研究

1 概述

1.1 大法坪砂石加工系统建设概况及参数

龙滩水电站大法坪砂石加工系统 （以下简称砂石系统） 位于坝址右岸下游4.5km处，主要担负水电站Ⅲ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ET375.00m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。相应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。

考虑到龙滩工程按ET400.00m水位建设的可能性，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，并进行工艺设计。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。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，至龙滩工程大坝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。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、废水处理以及道路辅助设施等几大部分。

砂石系统从2003年12月1日正式投入运行后，根据业主提前工期的总体施工进度要求，决定2004年6月对砂石系统进行扩容，其土建与设备按照混凝土高峰时段浇筑强度增容至32.5万m3/月生产规模，进行砂石骨料生产供应。按此计算，砂石系统设计处理能力为2750t/h，设计生产能力为2250t/h。2005年1月全面完成扩容建设，砂石系统投入大规模的砂石加工生产阶段。

1.2 砂石系统厂区和石料开采料场地形及地质参数状况

（1） 料场地形

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ET826.40m，山脚麻村沟约ET405.00m，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。

（2） 砂石加工厂区地形

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ET410.00～460.00m之间。

（3） 砂石系统实际运行状态及运行指标

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日具备生产合格砂石骨料的条件，2004年1月10日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。至2008年4月20日止统计，通过电子皮带秤和地磅共向大坝供应合格砂石骨料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。

2 砂石系统山顶石料开采新设备、新工艺应用

砂石系统石料开采和加工系统设备选择，以及开采、加工工艺流程运用，是在葛洲坝集团公司经过几年的考察、调研与方案论证后开始实施的。其山顶石料场新设备、新工艺的运用，是砂石系统生产成败的龙头和关键所在。本公司2003年7月引进了2套Metso公司生产的LT140E移动式破碎站和LL-12-36移动式胶带运输机，以及小松PC1250-7液压挖掘机（反铲5.0m3），应用于大法坪石料场的挖装、破碎和运输作业。

（1） LT140E移动式破碎站主要部件、技术参数

主要部件包括：料斗、棒条喂料机、液压破碎锤、颚式破碎机、内置主胶带机及回转盘连接机构、柴油发电机组、液压油箱、履带底盘行走机构、主变压器 （10kV/380V干式）、液压系统、电气系统、控制屏和其他附属设备等。移动式破碎站由多部件组成的组合型设备，重量大、自动化程度高、结构装置高度集中，对设备的操作、维护和保养提出了很高的要求。

LT140E移动式破碎站 （见图1） 的破碎能力为：1000～1300mtph。其主要部件的技术参数如表1所示。

表1

图1 移动式破碎站

液压系统介绍：液压系统是该设备的核心部分，喂料机的运行、底盘履带的行走和料斗破碎锤的操作都是由液压系统来实现控制的。液压动力的产生，是由安装在液压油箱两侧电动机上的变量活塞泵运行来产生的。液压回路还包括一个恒温控制的热交换器，压力和返回管线过滤器等。

电气系统介绍：电气系统是移动式破碎站重要部分，为其提供动力支持。它由六个低压控制柜、一个变压器柜、一个高压控制柜和多根线缆组成。可使用柴油发电机组输出400V的电源，也可通过外接高压电缆入变压器经高压控制柜使用。低压控制柜中24V系统用来控制液压阀门、工作灯以及控制可选的设备。400V的电气系统用来驱动颚式破碎机、液压泵装置、油冷却器以及主皮带等。

附加设备：移动式破碎站履带行走的线控装置和遥控器；液压锤基座和具有遥控控制装置的液压破碎锤；料位开关、喂料机的调节开关。

（2） LL-12-36移动式胶带运输机

LL-12-36移动式胶带机 （见图2） 输送系统可以直接将移动式破碎站处理过的毛料通过半移动式胶带机输送到二段破碎系统 （砂石系统加工区进一步破碎）。当移动式破碎站在采石场工作面上移动时，移动式胶带机可以跟随其在一起移动。爆破时，移动式胶带机可移往一个安全距离以外的区域避险。移动式胶带机可以单独移动，也可以2～3节组合通过移动破碎站或其他设备移动。

图2 连接移动式破碎站的移动式胶带机

移动式胶带机的主要参数如下：

输送能力：600～1000mtph；

输送石料的最大块度：350mm；

垂直面内两胶带机间最大夹角：5°；

现场料斗重量：16t。

组成介绍：移动式胶带机主要由胶带机、中间转盘、尾部转盘、行走轮、附加行走轮、卸料斗、紧急停止开关、防尘罩、主控制屏、尾部张紧装置、卸料振动给料器以及人行梯等组成。

液压系统：移动式胶带机的轮和轴是由液压缸来驱动的。液压系统的动力由24VDC的液压装置来提供。每个移动式胶带机都有一套单独的液压系统。

电器系统：移动式胶带机有两个电路：24VDC的控制电路和480V，60Hz的高压电路。24V电气系统用来控制液压阀门、传感器、信号灯、行进灯和工作灯。每个移动式胶带机都由两块24V的蓄电池来供电。蓄电池由移动式破碎站运行过程中充电。高压电气系统用来驱动移动式胶带机以及提供工作照明。所使用的动力电源由移动式破碎站提供。

控制装置：移动式胶带机的主控制柜安装在移动式破碎站的右侧。用来启动关闭移动式胶带机以及监控移动式胶带机的运行情况和警报。除此之外两节移动式胶带机有一个独立的控制柜来控制胶带机的开启和停止。每一条移动式胶带机的液压驱动装置旁都安装有控制盘以便操作移动式胶带机的转向系统。

移动式胶带机配备有先进的联锁控制装置。胶带机两侧有拉线式事故开关，尾部安装有测速开关，当移动式胶带机的速率降低到设定的速率水平以下时，就会自动停止给料装置。

行走装置：移动式胶带机由三节桁架组成，它们搁置在机头和机尾的承重轮架上，承重轮装置除了承受胶带机和其上骨料的荷载外，可以通过移动破或其他装置拖动实现在料场的移动和布置。

转向系统：移动式胶带机的径向轮和轴是通过安装在每个胶带机维护平台下方的液压装置来驱动的。根据车轮转向的情况，液压动力就被传递到所需要的转向液压缸活塞端部。每个车轮之间通过软管将各个液压缸的杆端连接在一起来实现同步。因此，液压油推出转向液压缸的杆端，同时又将另一个液压缸的杆端推入，这样可以使相应的车轮转动相同的角度。

在移动式胶带机时可以用手动控制和无线电摇控来随时调节径向轮的角度配合移动式破碎站或其他设备实现移位。

在料场复杂区域或路面狭窄时，必须使用手动控制，将控制柜的开关转向现场控制。通过车轮控制盘上的相应按钮使车轮向左或者向右转动。在使用无线遥控装置时，将旋钮转向远程控制。通过发射器控制面板的两个按钮可以改变车轮的角度，一般情况下操作人员最好随着移动式胶带机一侧走动。移动处的地面非常软或者有一定坡度时要特别小心，车轴转动将十分困难。当移动式破碎站在料场移动时，移动式胶带机可以跟随一起移动。

（3） 小松PC1250－7液压挖掘机（国内引进少有的大型反铲，见图3，堆装5.4m3）

技术规格：反铲；

工作重量：106700kg；发动机：小松SAA6D170E－3；

外形尺寸 （当动臂长9100mm、斗杆长3400mm时）：A. 总长16020mm；B. 总宽5600mm；C. 总高 （至动臂顶部） 6040mm；D. 总高4120mm。

作业范围 （当动臂长9100mm、斗杆长3400mm时）：A. 最大挖掘高度13400mm；B.最大卸载高度8680mm；C. 最大挖掘深度9350mm。如图4所示。

图3 PC1250-7大型液压挖掘机外形

图4 PC1250-7大型液压挖掘机作业范围

（4） 新设备应用及工艺布置

上述新设备，除PC1250－7液压挖掘机外，移动式破碎站和移动式胶带机等大型设备，也是第一次使用，缺乏应用的经验，这是加工系统龙头工程的难点。这么庞大复杂的设备，必须解决如下问题：

①石料场布置。移动破碎设备作为一种大型设备，其对场地和位置都有较高的要求。(www.xing528.com)

②大型设备移动。作为石料场开采施工的大型设备，其灵活的移动必须得到充分体现，如使用不当，会导致在石料开采、破碎和开采降段过程中，时间和生产量得不到有效地保证，这对熟练操作设备提出了较高的要求。

③大型设备运行安全。移动式破碎站及移动式胶带机的正常工作与石料钻爆作业，应进行有效地衔接，以解决连续生产与设备安全之间的工艺设计关系，保证设备正常安全地使用，这对于工艺布置方式提出了很高的要求。

④料场规划和挖装、运输设备配合。由于料场选在山顶开始开采，前期料场场地相对较小，因此破碎设备和挖装设备能否发挥优势是前期面临的难题。随着山顶开采不断降段，料场场地开阔后，破碎设备与后续运输设备的配合，是直接关系到料场开采能否顺利完成的关键，故而料场的科学规划尤显重要。

此外，移动式破碎站和移动式胶带机的使用能否达到预期效果、发挥其机械性能等问题，也是我们在应用中必须重点解决的难题。

主要技术措施：

经过几个月的考察和论证，邀请业内专家技术咨询，在对石料场进行充分勘察的基础上，对以上涉及的问题做出了详细的施工方案，并于2003年6月开始实施，其主要技术措施是：

①移动式破碎站和移动式胶带机在料场的布置方式。

移动式破碎站和移动式胶带机在料场的布置方式是石料采场破碎工程应用中的关键。也是发挥移动式破碎站效能，提高其生产效力，降低运行成本，体现其优越性的关键。

移动式破碎站在采场的布置，受采场地形、开采面积、爆破技术、挖装设备、后续输料条件等影响，可有多种布置方式。根据移动式破碎站在国外一些工程中的应用实例，大致可分为以下几种布置方式：

a. 移动式破碎站布置于溜井口，自卸汽车运料卸入破碎站，石料经破碎后直接卸入溜井继而固定式胶带机输送至半成品堆场的方式。

b. 移动式破碎站布置于料场中，自卸汽车运料给破碎站，石料经破碎后由后续半移动式胶带机输送至半成品堆场的方式。

c. 移动式破碎站布置于料场的开采面上，大型挖掘机直接挖装给料，经破碎后的石料由移动式胶带机和后续的半移动式胶带机、固定式胶带机输往半成品堆场的方式。

对于a、b两种布置方式，在实施中仍然需要自卸汽车运输石料，不能更好地发挥移动式破碎站的优越性。但在某些特定条件下，采用这两种布置方式，也是必须的和可行的。

在大法坪石料场应用时，国外工程中采用的这几种成熟布置方式，都值得借鉴，可以采用。

在实际的实施中，我们采用的主要布置方式是b和c两种。

b布置方式的应用：在第一采层开始挖装时，由于采挖工作面较小，其面积不足以摆放下移动式破碎站和移动式胶带机，此时，只能采用b布置方式，即在下一采层的工作面上，布置移动式破碎站，辅以自行设计的半移动式胶带机。由自卸汽车运输开采料，直接倒入移动式破碎站的受料斗进行破碎，破碎料由半移动式胶带机和固定胶带机输往半成品堆场。

采用此种布置方式，由于存在汽车短途运料的作业过程，也称为短倒方式。这种运输方式的成本比c布置方式略高，在规划时应尽可能减少此种方式的采用，减少此种方式的作业时间。

c布置方式的应用：c布置方式是移动式破碎站和移动式胶带机联合布置的方式，是最能发挥移动式破碎站优越性的主要布置方式。

由于LT140E移动式破碎站和LL-12-36移动式胶带机的尺寸较大，因此，采用此方式布置时，采场的布置平台需要有较大的面积。LT140E移动式破碎站的总长16.5m，单节的LL-12-36移动式胶带机长36m （两节）。移动式破碎站和移动式胶带机展开时长度达88.5m。当两节胶带机曲折布置，水平夹角为300°时，移动式破碎站受料斗到移动式胶带机卸料点的距离也达到54m。因此，采用c布置方式时，料场布置平面的最小面积不得小于60m×60m。采场面积越大，对采用此种布置方式越有利。

当采场面积扩大后，开采工作面与胶带机卸料点距离超过88m时，采取铺设半移动式胶带机和轨道式胶带机的方法，解决后续输送石料的问题。

大法坪料场为三面临空的山体，呈锥体形。按12m作为一个开采梯段计，共分为14个梯段，其有用料开采总量为1346万m3，约3600万t。

第二套移动式破碎站和移动式胶带机布置：因在第一层开采时，料场开采面积较小，故而初期将1号移动式破碎站布置在揭顶平台高程上，采用短倒方式。当开采面积大于60m×60m时，在采层上布置2号移动式破碎站和移动式胶带机，但当开采面积在约160m×180m时，开始实施c布置方式，在移动式胶带机的后续运输采用自行设计的半移动式胶带机。

第二层开采时，采用的爆破梯段为12m，此时开采高程下降12m。同样将1号移动式破碎站布置于一层平台上，将2号移动式破碎站和移动式胶带机布置于二层开采工作面上，采场面积约为160m×220m。由于开采工作面离固定胶带机较远，因此在移动式胶带机后面铺设轨道式胶带机，用于调节移动距离，便于连续输送。

第三层开采平面面积为180m×280m，此时采场工作面已较开阔，但如果两套移动式破碎站和移动式胶带机连接起来在采场层面上工作，工作面仍不够大，因此，仍采用b， c两种布置方式并用。

第四采层及以下的采层，可以采用两套破碎站的c布置方式。当采场面积逐步增大，使用条件逐步得到改善时，开采降段的频率降低，有效工作时间增长，生产效率逐步提高，石料运输的成本也相应降低，此时更能体现出移动式破碎站和移动式胶带机的优越性。

采场的规划和移动式破碎站的布置，是应用移动式破碎站的关键，在实施中，必须根据地形情况，提前做好规划，有序施工，才能有效发挥其效能。

②移动式破碎站与挖装设备的配合。

移动式破碎站在作业过程中，可以由自卸汽车向其供料，也可以由挖掘机向其直接供料。

当自卸汽车供料时，由于受卸料位置的限制，需要等上一辆车卸完料开出后，下一辆车才能再来对位卸料，这样，存在一个卸料作业间歇时间。加之由于汽车只能将石料卸于移动式破碎机受料斗的后部，由棒条喂料机给破碎机供料，而棒条喂料机的长度为5000mm，因此，石料经过喂料机到破碎机腔体也需要一段时间。这些因素造成了采用汽车供料时，移动式破碎站的有效工作时间减少，生产能力相对下降。

采用挖掘机直接向移动式破碎站供料时，移动式破碎站的生产能力有所提高。初期，采用2台CAT330C液压挖掘机共同向一台移动式破碎站供料，此时移动式破碎站的生产能力可达约600t/h。尽管经过一段时间的实际操作，两台挖掘机的操作配合比较熟练，但由于铲斗斗容较小，在此种作业条件下，移动式破碎站仍达不到设计的生产能力。

经过计算，后期更换了一台5.4m3（PC1250-7） 的大型液压挖掘机进行挖装配合供料，生产能力大幅度提高，此时移动式破碎站的生产能力可达约850t/h，基本喂满负荷运行。因此，对于LT140E移动式破碎站，采用5.4m3大型液压挖掘机进行挖装的配合，是较为合适的。

③移动式破碎站爆破安全防护。

在应用移动式破碎站和移动式胶带机时，料场的开采爆破设计与常用的料场开才爆破设计要求基本相同。但是有两个相关问题需要特别重视。第一是避免爆破时飞石对破碎站和胶带机造成损伤。第二是尽可能地大方量爆破，以减少移动式破碎站和移动式胶带机避炮移位的频次，延长有效工作时间。

移动式破碎站是适用于布置在料场的破碎设备，因此，在整机设计上和料场规划时，以及设备移动和爆破技术上，都存在一个避炮防护的问题。

在设备的功能设计时，已设计了履带式的行走机构，使移动式破碎站能较方便地移位，可以撤离到爆破安全区内。两节移动式胶带机之间，以及移动式胶带机和移动式破碎站之间，由带连接转盘的铰接机构进行连接，两节胶带机之间在水平方向上可折屈到300°夹角，并且尾端的卸料斗可以在轨道上滚动移位。这些机构的设计，使移动式破碎站和移动式胶带机可以较好地适应避炮移位的需要。

在破碎站的结构设计时，将移动式破碎站的外部裸露部位，如受料斗、支架、履带行走底盘、连接转盘机构、破碎机外侧板等，设计成较厚重结实的钢结构件，抗冲击性能较好，有一定的抗飞石冲击能力。而主要的运动部件，如输料胶带机、泥粉振动筛分机等，以及电气部件、线路、液压部件、管路等较薄弱的部分，设置于机器的内部。配电及控制装置等设置于破碎站的一侧，在避炮时不直接正对爆破方向，并且注意局部防护，均有一定的防护效果。移动式胶带机上部配置有金属防护罩，可以减少对胶带机的损害。

在料场爆破设计时，采用留渣深孔微差挤压爆破技术，这是减少爆破损坏的重要措施。同时，应使爆破方向不面对着破碎站和胶带机。炸药采用葛洲坝集团易普力公司的混装炸药爆破，效果更好，不会产生大块飞石，小粒度的飞石数量也不多。这对移动式破碎站和移动式胶带机的防护，是非常有效的。

与此同时，我们对移动式破碎站在料场的移动避炮还采取了主动防护措施。在大法坪料场的开采施工中，采用b布置方式，破碎站移动较方便，即在爆破前，将移动式破碎站撤离到距爆破点约200m的进场道路上。

当移动式破碎站处于c布置方式时，在料场避炮过程中，破碎站和移动式胶带机仍连在一起，利用自身的移动、胶带机的移动和卸料斗在轨道上的移动，使移动式破碎站撤到离爆破点约50m处进行避炮。同时，对外露的重要部位，用橡胶带，竹夹板等进行遮挡防护。为设备的安全起见，在经常性的作业中，一般规定最小的避炮距离为100m。

3 经济效益和社会效益分析

在移动式破碎机和移动式胶带机的操作运行方式和运行成本上做了前瞻性的考虑和计算，即在设备考察订货的时期，提出设备必须要做到“行走时使用油动 （柴油发电机组驱动行走），工作时实现电动 （在相对长期运行工作时使用外接高压电源） ”的运行模式，这样还可以节省三分之一的成本消耗，为项目带来更大的效益。几年来实践证明，引进国外先进设备，针对水电行业人工砂石料生产的特点，并结合山顶料场的实际状况，采取恰当的工艺布置方式和爆破方案，为工程建设赢得了时间，为工程项目创造了效益。

3.1 经济效益

①采用移动式破碎站和移动式胶带机并配合大型挖掘机采挖、破碎、运输石料方式，简化了料场工艺布置和工艺流程，节省了因开挖溜井、修筑道路回车平台和浇筑固定式破碎机基础等土建施工资金的大量投入，同时，也大大减少了因土建施工的时间工期，为工程建设争取了时间，经济效益明显。

②采用移动式破碎站和移动式胶带机并配合大型挖掘机采挖、破碎、运输石料方式，由于是连续生产运行无间隔期，从而提高了设备使用效率，发挥了设备使用性能，因此，产生了间接经济效益。

③采用移动式破碎站和移动式胶带机并配合大型挖掘机采挖、破碎、运输石料方式，减少了汽车短途运输的环节 （采场的某个时段还需要采用），继而减少了短倒运输费用，节约了成本和资金投入。

④采用移动式破碎站和移动式胶带机，可以运用“行走时使用油动 （柴油发电机组驱动行走），工作时实现电动 （在相对长期运行工作时使用外接高压电源） ”的运行模式，节约大量运行成本。

3.2 社会效益

①因工艺环节的减少，又无汽车短倒的影响，倒料次数减少，故而减少了采场扬尘污染，为料场的文明施工、安全生产和环境保护创造了条件。

②因设备布置在料场中，不再占用其他土地，故而节约了土地资源。同时，也为今后类似的工程施工积累了经验。

4 需要注意的问题

考虑到此种设备当时国内无法生产必须进口，其前期投入资金较大，并且生产周期较长，需提前考察订购；当时作为国内首次使用，对设备运行的经济性还须进一步细化核算；对设备的配件更换和保养维修也须进一步改进和提高。

◎作者简介：

齐 涛，男，高级工程师，葛洲坝五公司龙滩砂石项目部副总经理，总工程师。