小浪底土石坝的砂石料加工系统

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1、引言

    2.2 反滤料级配要求
    合同文件中要求生产的2A、2B、2C三种反滤料由满足合适级配的砂和砾石组成，并提出了三条级配曲线，承包商为了能精确配取反滤料，也为了能同时利用本系统生产大坝基础所需的砼骨料的方便，根据级配曲线计算出各种骨料所占的理论重量百分数如表二示：

    由上表可看出，反滤料粒径都在80 mm以下，其中20~5 mm，5~1.2 mm用量较大。
    加工系统按上表粒径范围生产出不同粒径的成品砂石骨料，利用准确的称量系统，按表二的百分数调配后充分混和，以达到合同文件中对反滤料的级配要求。
    2.3 过渡料级配要求
    按照合同文件要求和工程师的批准，过渡料级配曲线见曲线一。

    可见过渡料最大粒径为250mm，粒径80 mm以上超过50%，5 mm以下只占10%左右，颗粒较粗，细料要求较少。
    3、工艺流程和系统布置分析
    该系统按生产的主要成品料的不同分成两大部分：过渡料生产部分和反滤料生产部分，根据料源的天然级配以及反滤料、过渡料的不同级配要求，系统的过渡料部分和反滤料部分生产流程设计各有特点。实际生产情况表明，系统最初的流程设计和布置是基本合理成功的，但也出现过一些问题，承包商根据实际生产的具体情况和需要作了一些改善，生产系统最终的流程和布置情况如下。
    3.1工艺流程

　　系统工艺流程如图一示。

    从图中可看出，该系统除了毛料预筛分时将500mm以上超径料弃掉外，加工工艺为全闭路流程，弃料少，毛料利用率高，减少了重复运输。
    根据反滤料和过渡料的不同级配要求和坝上需要量高峰期不重叠的特点，系统设计具有很强的调节能力。系统将80mm以下的料主要作为反滤料的原料，大于80mm的料主要作为过渡料原料，过渡料与反滤料两生产系统既相互独立，又能互相调剂。过渡料料堆和反滤料的毛料堆紧挨在一起，当反滤料原料不够时，过渡料可自动补充。在过渡料部分98年5月改造以前，还利用C28皮带机从反滤料系统将人工碎石输送给过渡料，用以增加过渡料碎石含量，改善过渡料级配，同时增加过渡料生产能力。这样设计能充分发挥两部分的生产潜力，平衡生产，节约生产资源。
    根据反滤料部分担负多种生产任务的特点，其筛分、破碎和制砂系统设计为两路并行，可提高系统的利用率，一路出故障，另一路可照样正常运行，减少停产对工程进度的影响。
    反滤料生产部分由于天然料级配与成品料级配很不平衡，系统设计了多达7台的中细碎破碎机（其中有两台用来制备粗砂），来调节系统平衡生产。
    由于天然料中粗砂含量少，细砂含量多，而成品料需要粗砂、小石量却较大，细砂需要量却不是很大，因而将砂子分粗、细砂两级制备，以方便重点人工制粗砂和遗弃多余的细砂。这些都同时增加了制砂系统的设计制备难度。系统最初设计用小石通过棒磨机制砂，随着需要量的加大增加了两台圆锥破碎机，同时发现小石不够，且圆锥破碎机采用小石破碎制砂效率不高，且易堵塞，因而改用中石利用棒磨机和圆锥破碎机同时制备。解决了小石不够的矛盾，但同时发现棒磨机利用中石制砂，出来的料中含有少量小石，而棒磨机后没有设计5mm孔径的筛网，使得粗砂中出现少量超径的小石，且含量不稳定，给反滤料的精确配制带来麻烦，对粗砂质量和工程进度有一定影响。
    3.2系统布置
    系统平面布置如图二示，按照从过渡料部分到反滤料部分，从筛分到破碎到制砂顺流程布置。进料口在料场一侧，成品料出料在上坝方向一侧，自卸车在出料仓下接料直接运送上坝，无需倒运。

    过渡料部分包括进料预筛分楼，筛分、粗碎楼，成品料堆及其卸料仓。反滤料部分包括毛料堆，筛分楼，中、细碎楼，制砂系统，成品骨料料堆，配料系统和卸料仓。
    系统布置相当紧凑，便于集中运行管理。整个系统的运行由3个中央控制室用计算机全自动控制，其中H1室控制过渡料生产，H2室控制反滤料生产，H3室控制反滤料的配置。这三部分的运行相互 独立，互不干扰， 根据需要可单独运行其中任一部分，这使系统生产具有较大的灵活性，同时也使系统能分部检修维 护，系统在一部分出现故障时别的部分可照样运行，不会使整个系统全部瘫痪，可减小部分故障对整个工程进度的影响。
    4、生产能力分析
    系统的生产能力直接影响工程进度，生产能力设计过小将使大坝填筑进度拖后，但设计过大会造成不必要的浪费。
    根据施工总进度计划，过渡料高峰填筑强度为19.8万m3/月，反滤料填筑高峰强度为7.1万m3/月（包括其它用料0.5万m3），考虑高峰系数，过渡料取1.05，反滤料取1.25，生产效率85％，按每月工作24天，每天工作20小时计算，过渡料设计生产能力1100t/h，反滤料设计生产能力750t/h，总设计生产能力为1600t/h（过渡料和反滤料的高峰期不重叠，二者间生产能力可相互调剂，故总生产能力小于二者之和）就可满足要求，并有所富余。
    然而，在实际运行中，一度出现了过渡料偏粗、分离严重的问题，为确保过渡料的质量，对系统进行了两次大的改造。第一次在1997年元月，主要解决过渡料偏粗的问题，起用反滤料向过渡料供应细碎料的C28皮带机，减小粗碎锷式破碎机的开口尺寸；第二次改造在1998年上半年，新增一台圆锥破碎机替代C28皮带机供应的细碎料，并使组成过渡料的各部分经由同一条皮带机输入成品料堆以减少分离。经过两次改造，较成功的解决了过渡料偏粗、分离的问题，但由于减小了对整体生产能力起控制作用的锷式破碎机的开口尺寸，停止了由反滤料生产部分向过渡料输料的C28皮带机的运行，使得该加工系统总生产能力和过渡料部分生产能力下降。实际运行中高峰期总的最高生产率只达到1335t/h，过渡料部分生产率最高只达到约900t/h，反滤料部分生产率最高达到732t/h 。可见改造后对过渡料生产率 影响较大，对反滤料生产率基本无影响。
    另外，从1998年下半年到1999年汛前，应承包商的要求和出于对黄河防汛形势的需要，大坝填筑需要加速施工，使得过渡料、反滤料填筑质量与进度的矛盾进一步加剧。小浪底工程是千年大计，质量第一，不能牺牲质量保进度。最后通过在别的料场钻爆开挖，利用已有的护坡料加工厂筛分过渡料；根据反滤料填筑高峰相对滞后的特点，通过开辟中间堆料场，提前反滤料的生产高峰期，堆存富余用于填筑高峰期，成功地在不影响填筑质量的同时满足了加速施工的要求。
    5、设备选型及其运行管理
    再好的设计最终要通过设备及其运行来实现成品料的生产，较好的选取设备和科学的管理运行才能保证产品的质量和工程进度。
    5.1 设备选型
    该加工系统除钢结构和非标准设备在国内采购外，全部设备都从国外（主要是意大利、法国）进口。根据流程设计要求，该加工系统很庞大，设备较多，计117台（套），主要设备如破碎机就有锷破机、不同型号的圆锥破碎机和旋回破碎机9台；不同型号的振动筛、静力筛、脱水筛达16台；皮带机37条，总长约1700m，有宽1200mm、1000mm、800mm、650mm四种类型。近五年的生产情况表明，系统设备运行稳定可靠，设备利用率达到85%左右，主要设备完好率100％。
    与国内同类型加工系统相比，该系统的洗砂脱水设备、计算机自动控制运行和反滤料计算机称量配料系统设备尤为先进。
    洗砂脱水设备改变了过去国内单一使用螺旋洗沙机洗砂脱水，采用了包括洗砂槽、静力筛、振动筛、旋流器和振动脱水筛在内的多种设备。洗砂脱水设备达到了很好的效果，砂子含泥量在2.5%左右，粗砂含水量7%，细砂含水量18%左右，经堆存排水后完全满足其作为反滤料和混凝土骨料的质量要求。
    计算机自动控制运行和反滤料计算机称量配料系统设备采用德国西门子自动控制系统，实现了所有设备运行的自动控制和反滤料的计算机称量配料，使系统的运行和反滤料配料快速准确，对保证工程进度和质量起了重要作用。
    5.2 运行管理
    该加工系统的管理由一名外籍主管负总责，下有4名机电和质量检测工程师，生产工人40人，维修工人30人。管理的主要内容有，根据大坝的填筑进度生产合格的过渡料反滤料，对系统进行维护保障其持久正常运行，根据生产经验提前申购零配件等等。
    系统每天生产20小时，设备维护3小时，维护时间不管有无问题都得保障。维护内容主要有，每天检查各水路、电路、油路、自动控制系统是否正常，检查破碎机开口尺寸是否合理，检查筛网有无损坏堵塞，对棒磨机钢棒进行补充调整，各磨损件的更换等等。
    设备维护是该系统管理的重要方面，对保障系统持久正常运行是必不可少的。有些维护措施很琐碎，但对产品质量和生产效率影响很大。比如，筛洗脱水砂子的静力筛、振动筛和脱水筛由于孔径小，容易堵塞，维护时就得用敲打冲洗筛网的办法来清除堵塞物，否则会引起筛分效率下降，筛分不完全，粗砂中含细砂，影响粗砂质量，进而影响反滤料的配料质量。
    各破碎机的开口尺寸每天进行检查，根据破碎机的破碎特性、原料性质和系统骨料平衡要求调整其到合理的开度，也对保证产品质量相当重要。图三为曾出现过的一次2B区反滤料的典型质量改进前后的级配曲线。2B区反滤料是由小石（5mm~20mm）、中石（20mm~40mm）、大石（40mm~80mm）三种骨料按一定比例调配而成，曲线一是调配后加工厂控制性试验结果，质量不合格，超出了包络线的下包线，原因是细料含量不够；曲线二是增加小石含量后的调配结果，曲线向上抬起，没有超出下包线，可却超出了上包线，原因是小石中10mm以下含量太少，真正缺少的是10mm以下的骨料，单纯增加小石（5mm~20mm）含量，其中10mm~20mm粒径的骨料同时也增加，致使曲线超出上包线。所以，靠单纯增加小石含量不能解决该料偏细的问题，要想办法增加小石内部10mm以下含量。最后，根据骨料性质，同时查破碎机的破碎特性曲线，通过多次实验，调节中细碎破碎机的开口到一合理尺寸，使其破碎出的10mm以下含量最大。然后利用破碎机调节开口后生产的小石，仍用曲线一时的三种骨料配比，配出了质量合格的2B区反滤料，见图三。

    6、结语
    砂石料加工系统生产用于土石坝填筑的反滤料和过渡料，它的生产直接影响土石坝的填筑质量和进度，其影响因素是复杂的，多方面的，需要在实际生产中不断深入研究，具体问题具体分析。就填筑质量和进度来讲，质量是第一位的，任何时候都不能单纯追求进度而忽视质量。土石坝的反滤料和过渡料的填筑质量应从其成品料加工系统生产就开始重视检测，并结合填筑现场最终反馈来的实际检测情况对加工系统进行合理调节，直至符合技术规范要求。小浪底大坝的填筑经过中外建设者五年的高强度施工，到目前蓄水运行结果表明施工质量良好，取得了质量和进度的双丰收，其砂石料加工系统功不可没。
    另外，砂石料加工系统的设计、安装、运行、管理是一个涉及到地质、水利水电、机电、自动控制和管理等多方面知识的应用性、经验性很强的复杂的工作，需要各专业人员的相互协作和努力工作，国外承包商吃苦耐劳的敬业精神和丰富的管理经验也非常值得学习。