探讨硬质岩工程中人工粗骨料质量控制方法

张国翠

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：溪洛渡塘房坪人工粗骨料加工系统建成投入生产后，成品骨料的生产能力及质量均满足合同要求。根据溪洛渡工程坝型特征，业主进一步提高骨料质量控制标准，且受玄武岩石质特性的限制，导致已建成系统所生产的骨料不能满足提高标准后的质量要求，为此针对骨料的质量控制对系统工艺进行了改进。本文将重点介绍溪洛渡塘房坪人工粗骨料加工系统玄武岩破碎生产的工艺流程及工艺改进，从而探索硬岩人工粗骨料系统的工艺设计和质量控制措施。

关键词：工程利用料　玄武岩　针片状　中径筛余　工艺改进

1 工程概述

金沙江溪洛渡水电站大坝塘房坪人工粗骨料加工系统，主要承担溪洛渡水电站大坝坝体、闸墩、贴坡、置换区以及水垫塘、二道坝、河道整治、导流洞封堵等部位约763万m3混凝土的粗骨料生产，需生产成品粗骨料约1370万t。加工系统成品粗骨料生产能力约1410t/h，毛料处理能力约1880t/h。

2 料源情况

塘房坪人工粗骨料加工系统料源为导流洞、泄洪洞、放空洞、引水发电系统等地下洞室开挖工程利用料。渣料岩性以玄武岩为主，角砾岩占20%～30%。岩石为非活性骨料，岩性坚硬，强度高，完整性较好，属极坚硬岩类。

物理力学试验成果表明，玄武岩的饱和抗压强度范围值160～264MPa，平均值212MPa；干抗压强度范围值219～293MPa，平均值256MPa，吸水率平均值0.11%。其质量技术指标符合作为人工骨料的基本要求，可以作为砼骨料料源。

3 原系统布置及设备选择

3.1 系统布置

塘房坪粗骨料加工系统主要由粗碎车间、半成品堆场、预筛分车间、中碎、细碎、超细碎车间、主筛调节堆场、主筛分车间、成品骨料堆场、水处理系统组成。

3.2 主要设备配置

原系统采用国内外先进的破碎设备及合理的工艺流程来保证产品的质量。配置颚式破碎机、棒条给料机、圆锥破碎机、立轴式破碎机、振动筛等设备共计226台套，胶带运输机41条。

4 系统工艺流程

塘房坪粗骨料加工系统工艺流程见图1。

①粗碎车间：配置了3台JM1312颚式破碎机，负责将粒径＞150mm的毛料破碎。

②预筛分车间：将半成品碎石筛分分级，其中＞150mm粒径的碎石直接运至中碎车间或返回粗碎车间进行重新破碎；150～80mm粒径碎石部分经冲洗后送至成品料堆堆存，满足系统生产的需要，多余部分则送至中碎车间进行破碎；其他规格碎石通过胶带机分别送至中碎、细碎、超细碎车间进行破碎和整形处理；因料源中20～5粒径的碎石含量多，粒形差，因此将部分＜10mm的碎石在预筛分车间进行弃置，避免其进入后续加工环节增加生产成本。

③中碎车间：主要将＞150mm粒径的碎石及多余部分的150～80mm粒径的碎石破碎，并对部分80～40mm粒径的碎石进行整形破碎，中碎车间为开路生产。

④细碎车间：将预筛分后的部分80～20mm的粒径碎石进行破碎整形。同时考虑到生产运行管理的灵活性，细碎与主筛分车间形成闭路循环，可以破碎主筛后多余的80～40mm粒径的碎石，灵活方便调配中小石的生产能力。

⑤超细碎车间：主要对预筛分车间筛分后的小石进行整形处理。

⑥主筛分车间：将主筛调节堆场的碎石送入主筛分车间进行筛选分级，并将各级成品骨料通过胶带机送入成品堆场堆放。多余的40～80mm粒径的骨料返至细碎车间重新破碎，粒径＜5mm的碎石作为弃料处理。

塘房坪人工粗骨料加工系统建成后于2008年6月18日进入调试生产阶段，我们对系统的生产能力及成品骨料质量进行了跟踪综合检测。在2008年8月24日至9月26日系统正常生产后检测到各级粗骨料超逊径含量合格率均达到85.7%及以上，含泥量合格率达到100%，针片状合格率达到100%，其中小石针片状含量最高达到14%。粗骨料的中径筛余合格率较低，但中径筛余检测指标稳定。系统各个环节的实际生产能力也均达到或超过设计标准，骨料级配调整灵活，从而验证了系统工艺的正确性。

5 系统工艺改进

5.1 工艺改进缘由

业主在2008年8月23日对溪洛渡水电站大坝骨料粒形提出了更高的标准，要求针片状含量为＜10% （合同为≤15%），且原系统生产粗骨料的中径筛余合格率偏低。因原系统生产的骨料无法满足提高标准后的质量要求，为此我们对针片状颗粒产生的原因进行了详尽的分析，并通过对系统生产工艺的改进，来控制骨料的针片状含量及中径筛余合格率。

5.2 工艺改进分析

对系统产生针片状的原因分析如下：

①塘房坪人工粗骨料回采毛料的岩性以玄武岩为主，岩性坚硬，强度高，所以在破碎加工时极易产生针片状颗粒。

②受硐室爆破冲击力的影响，部分爆破石块内会产生细微裂隙，此类石块在破碎机腔内受挤压破碎时也很容易沿着原有裂隙产生片状颗粒。

③对粗碎后的半成品骨料的针片状含量进行了检测，数据如表1所示。

表1 粗碎颚式破碎机出料骨料针片状含量检测

由表中数据可以看到玄武岩在采用硐室爆破后，毛料中的40～80mm粒径骨料的针片状含量已满足质量标准，20～40mm及5～20mm粒径的骨料则存在严重的质量问题，所以后续加工中需要采取措施对其进行有效的整形。

④对多种不同组合的生产工况下的针片状含量进行了检测，试验数据见表2。

表2 不同生产工况骨料针片状含量检测结果 单位：%

由以上各种工况检测数据分析可知，各种工况下大石针片状含量均符合提高标准后的质量要求。中碎设备对大石具有破碎整形效果，但是破碎后的下级骨料针片状含量会增加；细碎设备对中石具有破碎整形效果，但是破碎后的小石针片状含量显著增加；超细碎设备对中石和小石具有较佳的整形效果。

从表中数据可以看到当中石和小石全部进入超细碎车间整形时可以解决骨料针片状含量＜10%的要求，但此时专为小石整形而设计的超细碎车间两台立轴破需要承担中石和小石的整形任务，受处理能力的限制，中小石的产量必然降低，无法满足骨料的生产要求，且因避开了中、细碎生产环节，超径石及多余的特大石、大石无法进行破碎加工，系统失去了级配调节能力，无法作为长期生产模式来满足成品料的生产供应需要。

综合考虑①、②和③产生针片状的原因均是无法解决的事实，由此我们必须针对系统生产过程中造成针片状含量增大的因素对系统工艺进行改进。

5.3 系统工艺改进措施(www.xing528.com)

根据初期的实施工艺及系统运行产生针片状含量的试验分析，提出了对中细碎生产出的≤40mm的碎石全整形工艺。

为了确保系统改造设备的选型合理、可靠，我们在改造前对超细碎车间的石打石PL－1200SS－Z立轴破碎机实际的整形效果进行了检测。检测结果显示：5～20粒径的综合针片状含量较整形前减少8.7%，20～40粒径的综合针片状含量较整形前减少3.2%。

由结果可知，立轴破对中石和小石均具有整形效果，且骨料粒径越小，立轴破的整形效果就越好。

经分析后决定在中细碎与主筛之间增设检查筛分车间和立轴整形车间。将中、细碎加工出来的粒形小于40mm的骨料在检查筛分车间分离使其进入立轴整形车间进行二次整形处理，而＞40mm的骨料返回细碎车间进行重新破碎整形，以保证满足各级配骨料的针片状含量小于10%的要求。工艺改进后系统工艺流程图见图2。

5.4 改进后成果

①骨料的针片状含量得到了有效的控制，达到了骨料针片状含量＜10%的要求，工艺改进前后对比试验数据如表3所示。

表3 工艺改进前后各级骨料针片状含量情况

②工艺改进后骨料针片状含量的有效改善大大提高了骨料的筛透率，使得骨料的超逊径含量也可以得到更好的控制。

③由于中、小石粒形得到了有效的控制，中、细碎设备可以比较灵活的开启，从而也有效地解决了在保证产品质量的前提条件下系统级配的调整问题。

5.5 工艺调整后存在的问题及分析

5.5.1 工艺调整后存在的问题

系统新增整形车间后，粗骨料的粒形得到了有效的改善，并且针对小石中径含量偏高的问题将主筛底层筛网由原来的8mm更换为6mm。工艺调整前后骨料中径筛余检测数据见表4。

表4 增设整形车间前后骨料中径筛余含量统计表

由表中数据可知，在系统增设整形车间及更换主筛底层筛网后，小石中径筛余含量趋于稳定，且合格率大幅度提高，中石及特大石中径筛余含量反而进一步降低。分析影响骨料中径筛余含量的原因如下：

①特大石中径筛余含量与新增整形车间无关，而是与料源直接有关。

②破碎机的不同破碎开口决定不同的破碎比，可能细碎车间破碎机的开口更容易破碎出10～20mm粒径的石块。

③当中小石全部进入超细碎车间整形时，检测到骨料中径筛余含量在整形前后的变化如表5所示。

表5 超细碎车间整形前后骨料中径筛余含量变化

由表中数据可知，立轴破碎机不仅对中小石有较好的整形效果，还具有一定的破碎效果。所以新增整形车间后骨料粒径更好，更容易被筛透，且中石中径筛余含量也将进一步降低。

5.5.2 针对中径筛余含量采取的整改措施

根据分析，制定了整改措施如下：

①更换预筛车间筛网。预筛车间分为上下两层振动筛。上层筛为2YKRH2060，原筛网设置为：上层筛网为150mm，下层筛网设置为87mm；下层筛为2YKR2060，原筛网设置为：上层筛网为42mm，中层筛网为22.5mm、13mm。为了有效地调整骨料的中径含量，将筛网调整如下：上层筛2YKRH2060，上层筛网为135mm （控制特大石超径），下层筛网设置为90mm；下层筛2YKR2060，上层筛网为65mm，50mm，下层筛网为40mm， 13mm。这样，50～90mm粒径的骨料进入中碎车间，40～65mm粒径的骨料进入细碎车间，因增大了进料粒径，在破碎比一定的情况下，经中细碎车间一进步破碎后的骨料粒径也将进一步增大，有可能提高中小石中径筛余含量。

②在更换预筛筛网后，找到最合适的中细碎破碎机排矿口径。试验数据见表6。

表6 中细碎车间不同排矿口运行时骨料中径筛余量 (%)

表中数据知中碎破碎机开口为52mm，细碎破碎机开口为20mm时，骨料中径筛余含量百分率最好。因此在新增整形车间后，通过更换筛网和调整中细碎车间破碎机的排矿口径，可以有效地改善骨料的中径筛余含量。

5.6 系统整改后的生产情况

系统整改后，骨料质量大幅度提高，均满足了相关的质量要求。统计2009年5月26日至6月25日系统生产数据见表7。

表7 2009年6月系统生产统计表

续表

注：细化指标是指的2009年5月23日业主针对粗骨料质量提出的更细化标准：针片状颗粒含量＜10% （保证率≥95%），小石逊径≤5% （保障率≥85%），小石、中石含泥量≤0.4% （保障率≥85%），大石、特大石≤0.3% （保障率≥85%）。

6 整改后存在的问题

由于系统新增设了两台立轴破碎机，其生产时导致弃料大幅度增加，进而增大了系统的运行成本。

7 结语

①本系统选用了合理的工艺流程设计与先进的破碎设备，骨料质量与生产能力满足合同要求且级配的灵活调整均验证了系统设计的正确性。但是对于高标准质量要求的系统，其工艺流程设计与破碎设备还应具体斟酌。

②由系统的针片状含量控制措施可知，人工粗骨料的针片状含量与料源特性及设备选型紧密相关。据经验，反击式破碎机生产的粗骨料粒形好，针片状含量低。可采用反击式破碎机作为中、细碎车间的整形设备进行研究，虽然岩石硬度大会增大设备的维修成本，但可能省掉整形工艺且骨料质量得到保证。

③由试验可知，在对硬岩进行破碎时，由于岩石的抗压强度大，破碎时极易产生针片状颗粒，且破碎设备的破碎整形效果表现为粗碎的针片状含量大于中碎，中碎的针片状含量大于细碎，说明破碎比越大，针片状含量越大。且同一破碎段的破碎效果表现为对同级骨料具有整形效果，破碎出的下级骨料针片状含量均显著增加。可供以后类似系统的工艺设计借鉴。

④工程利用料爆破施工时应选用合理的爆破参数以尽可能地减少对料源的损坏。