概述

　　索風營水電站位于貴州省修文與黔西縣交界的烏江六廣河段，電站裝機容量 60MW，大壩的壩型為RCC重力壩，最大壩高115.8m.

　　本工程主體及臨建工程的混凝土總量約116萬m³，其中碾壓混凝土（RCC）為65.85萬m³， 常態(tài)混凝土50.15萬m³.混凝土的綜合配比為大石16.32%﹑中石29.19%﹑小石22.4%﹑砂32.08%.根據(jù)施工總進度安排，砂石系統(tǒng)建成后共需加工砂石成品料約254.1萬t，其中大石41.48萬t﹑中石74.18萬t﹑小石56.92萬t﹑砂81.52萬t.加工砂石骨料的料源，有26萬m³可利用工程開挖的渣料，尚有98萬m³需用石灰?guī)r進行人工機械破碎，石灰?guī)r取自距砂石系統(tǒng)附近的對穿巖料場。

　　據(jù)施工進度、混凝土澆筑強度曲線，本工程最大月混凝土澆筑強度為11.24萬m³，故索風營水電站人工砂石骨料系統(tǒng)的生產(chǎn)能力按11.24萬m³設計，能同時或獨立生產(chǎn)常態(tài)砂、碾壓砂及噴錨混凝土所需的各級配骨料，但考慮到各施工期對骨料的不同需求，設有6.4萬m³的成品儲存量來調(diào)節(jié)骨料的生產(chǎn)與耗用的平衡。系統(tǒng)采用先進的中央控制和電視監(jiān)控系統(tǒng)，主要加工設備采用了（法國產(chǎn)）國際最先進的石灰?guī)r破碎設備及國內(nèi)一流的篩分、脫水及分級設備，共安裝有設備69臺套，裝機容量2800kW該系統(tǒng)于2001年9月26日開工，2002年4月12日聯(lián)動試機投產(chǎn)成功，比合同工期提前了16d.

　　1、系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程及布置

　　1.1  系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程系統(tǒng)工藝流程見圖1，經(jīng)平衡計算各車間的處理量見表1.

　　表1  索風營水電站人工砂石骨料系統(tǒng)各車間的處理量

　　1.2  破碎工藝及設備選型破碎采用粗、中、細3段破碎，其中：粗碎采用開路；中、細碎采用與相應的篩分車間形成閉路循環(huán)生產(chǎn)工藝。

　�。�1）  粗碎車間：設計生產(chǎn)能力為850t/h.車間內(nèi)設置2臺Nordberg公司生產(chǎn)的NP1313反擊式破碎機，并列運行，處理最大進料粒徑為750mm，單機破碎能力可達470t/h.

　�。�2）中碎車間：主要處理預篩分后的粒徑大于80mm和部分40～80mm的石料，設計生產(chǎn)能力為700t/h.車間內(nèi)設置2臺Nordberg公司生產(chǎn)的NP1213反擊式破碎機，并列運行，其單機破碎能力可達350～400 t/h.

　　（3）細碎車間：主要處理篩分

　�。ǘ�）車間后的粒徑大于5mm和篩分（一）經(jīng)脫水后的2.5～5mm的石料，設計生產(chǎn)能力為500t/h，車間內(nèi)設置2臺Nordberg公司生產(chǎn)的VI400制砂機，并列運行，其單機破碎能力可達250～300t/h，產(chǎn)砂率為30～35%.由于該機的產(chǎn)砂率偏低，砂的細度模數(shù)偏大（M=3.3～3.8），為滿足設計對砂的細度模數(shù)（M=2.2～2.9）的要求，又增設了2臺PL-8500立式破碎機來處理VI400制砂機經(jīng)篩分處理后的回頭料，其單機破碎能力可達80～160t/h，產(chǎn)砂率為50%～65%.1.3  篩分工藝篩分車間主要起篩洗及分級作用，分預篩分、篩分（一）、篩分（二）等車間。

　　（1）預篩分車間：設計生產(chǎn)能力為850t/h，車間內(nèi)設2臺2YRK1845重型振動篩。振動篩采用雙層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔為75mm×75mm，下層篩網(wǎng)孔為37.5mm×37.5mm.對大于80mm的石料經(jīng)梭槽進入中碎NP1213破碎；40～80mm的石料由膠帶輸送機送入成品倉，小于40mm的全部石料進入圓筒洗石機（圓筒洗石機單機生產(chǎn)能力230t/h，2臺并列運行），洗去泥土及小于2mm的石粉后，由膠帶輸送機送入篩分（一）車間；小于2mm的石粉經(jīng)排水溝排入砂水回收系統(tǒng)，進行處理后再回收利用。

　　（2）篩分（一）車間：設計生產(chǎn)能力為560t/h，車間內(nèi)設1臺2YRK2460圓振篩。圓振篩采用雙層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔為37.5mm×37.5mm，下層篩網(wǎng)孔為19mm×19mm.其中20～40mm和20～5mm的石料分別經(jīng)膠帶輸送機送入成品倉；2.5～5mm的全部石料經(jīng)ZKR1230脫水篩處理后，由膠帶輸送機送入制砂轉(zhuǎn)料倉；小于2.5的粉砂流入1號回收池處理后再利用。

　�。�3）篩分（二）車間：設計生產(chǎn)能力為700t/h，車間內(nèi)設1臺3YRK2460圓振篩。圓振篩采用3層篩網(wǎng)，上層篩網(wǎng)孔為37.5mm×37.5mm，中層篩網(wǎng)孔為19mm×19mm，下層篩網(wǎng)孔為5mm×5mm.篩分（二）主要承擔中碎以后骨料的篩分。其中大于40mm的骨料返回預篩分車間；40～20mm及20～5mm的石料可經(jīng)膠帶輸送機送入篩分（一）或轉(zhuǎn)料倉；小于5mm的石料直接由膠帶機送入砂篩分車間。

　　（4）砂篩分車間：設計生產(chǎn)能力為500t/h，車間內(nèi)設4臺2YRK2460圓振篩（主要處理2臺VI400制砂機生產(chǎn)的砂料）和2臺YRK2056圓振篩（主要處理兩臺PL-8500生產(chǎn)的砂料）。PL-8500生產(chǎn)的砂料含粉率可達20%以上，從而改善了RCC用砂的石粉含量。

　　1.4 設備配置根據(jù)砂石料的特性和系統(tǒng)工藝流程計算后，系統(tǒng)主要設備的配置見表2.

　　1.5 系統(tǒng)布置索風營水電站砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)由儲料場、粗碎車間、中碎車間、細碎車間、篩分車間、半成品料倉、轉(zhuǎn)料倉、成品料倉及砂、水處理系統(tǒng)等組成。

　　粗碎車間設在左岸進場公路旁的山坡上，2臺破碎機對稱布置；半成品倉，上部設定點Y型架皮帶機堆料，堆料高度為27m，料倉長75m，寬65m，容量為3.5萬m³；成品倉由大石倉、中石倉、小石倉、2個砂倉組成，寬50m，長265m，總?cè)萘?.81萬m³.

　　生產(chǎn)中經(jīng)圓筒洗石機及脫水篩排放的小于2mm的砂、泥污水，經(jīng)四級砂、水回收處理系統(tǒng)后，粉砂經(jīng)2臺4PS砂泵回收至螺旋分級機脫水后直接摻入成品砂中，主要用于調(diào)整砂的細度模數(shù)；廢水經(jīng)三級處理后回收利用（設計回收60%，實際回收達90%）；污泥排放到污泥回收池，用挖掘機挖裝運至棄渣場。

　　2  系統(tǒng)設計的優(yōu)點與存在問題系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，首先配合索風營電站“建設綠色環(huán)保水電站，開發(fā)清潔能源”的目標，在污水排放及治理大氣污染上做了很多工作，在石粉回收及廢水處理的回收利用方面都取得了較為明顯效果。

　　表2  系統(tǒng)主要設備選型與配置

　　2003年7月至12月主體工程需用骨料7.7萬m³，為了滿足RCC對用砂的要求而進行了工藝改進和調(diào)整，解決了砂的細度模數(shù)及石粉含量問題。

　　2004年1月至4月主體工程需用骨料21.6萬m³，工藝改進主要解決了細度模數(shù)的穩(wěn)定性及提高石粉含量問題。

　　2.1  關于粗碎、中碎、預篩分設備選型及工藝改進

　�。�1）在粗碎、中碎設備的選型上，根據(jù)石灰?guī)r強度不高、易碎的特性，所選用的NP1313、NP1213反擊式破碎機具有破碎比大，產(chǎn)品粒形好，能耗低等特點。粗碎設計單機生產(chǎn)能力為470t/h，但在破碎機開口為18cm時的實際生產(chǎn)能力可達760t/h，達到了設計總產(chǎn)量的89%；中碎設計單機生產(chǎn)能力為350t/h，但在破碎機開口為6cm時的實際生產(chǎn)能力可達480t/h，達到了設計總生產(chǎn)能力的73%，說明本系統(tǒng)中粗碎、中碎在設備配置上富裕過大。因此，只要粗碎、中碎處理的設計生產(chǎn)能力不超過1500t/h，仍以采用2臺設備較為合理。

　�。�2）原設計中在棒條給料機下設有YKR1022圓振篩，將小20mm的骨料送入TX1530圓筒洗石機處理后再經(jīng)1號皮帶進入半成品料倉。但在毛料含泥量較高時，受圓筒洗石機處理能力的限制，使處理后的污水排放造成了污染，環(huán)保費用較高，故應該用皮帶機輸送出去作棄料處理，可大大降低下一工序的處理難度，這既能滿足環(huán)保要求，同時也可降低運行成本。

　�。�3）本系統(tǒng)的中碎設備配置雖有富裕，但經(jīng)預篩分進入的梭槽坡度（35o）偏小，影響堆料而造成中碎產(chǎn)量偏低，為此增設了附著式振搗器。對大于80mm骨料的梭槽坡度應改為380～420.

　　（4）預篩分中小于40 mm骨料直接進TX1836圓筒洗石機，沖洗后大于2mm的骨料進入篩（一）再次沖洗。雖然該設備洗石效果較好，但重點應解決好骨料的脫水問題，若配合FX型螺旋分級機使用，則效果會更佳。

　　2.2  關于制砂工藝及設備配套的探討目前，大多數(shù)投入運行的和正在建設中的水電站人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)的制砂工藝，均沿用20世紀60至70年代的棒磨機制砂工藝，僅在部分大型水電工程中采用國外先進的制砂設備。國外先進的制砂設備雖然生產(chǎn)強度高，但生產(chǎn)出來的砂的細度模數(shù)偏大（較粗），仍需采用棒磨機或其他辦法進行補充，且有生產(chǎn)成本增加、細砂流失量大、耗鋼量大及對環(huán)境污染嚴重等問題。

　　RCC對骨料要求較高的問題是砂的細度模數(shù)、石粉含量及相對穩(wěn)定的含水量，故人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)研究的重點是：一方面是如何使人工砂達到高含粉量（17%～22%）、穩(wěn)定的低含水率（6%以下）和波動小于0.2的細度模數(shù)（2.2～2.9）指標（高RCC壩中應用高石粉摻量，可降低水泥用量，從而降低水化熱，改善RCC的泛漿彈塑性和可碾壓性等綜合性能）；另一方面是如何最大限度地將生產(chǎn)中95%的石粉回收利用和70%的廢水回收再利用，以減少毛料的開采量，并使排放的廢水達到國家環(huán)保規(guī)定的一次性排放標準，節(jié)約工程成本。

　　根據(jù)高RCC壩對砂細度模數(shù)、含水率等指標的特殊要求，針對石灰?guī)r的特性，索風營人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)采用立軸式制砂機半干式制砂工藝，以消除粉塵對空氣的污染，提高制砂產(chǎn)量及粉砂、廢水的回收利用率；另外，要人為控制好砂的細度模數(shù)及顆粒級配，以改善碾壓混凝土的性能，加快施工進度，降低運行成本。但在系統(tǒng)布置和工藝流程上存在如下問題：

　　（1）若中碎、制砂相關聯(lián)的設備一旦發(fā)生故障檢修，成品料便不能生產(chǎn)，說明布置不夠合理。解決的方法應將中碎與制砂系統(tǒng)完全脫離開，并增大轉(zhuǎn)料倉容量（由650m3增大到3500m³），使2個系統(tǒng)能單獨運行，有6～8h的修理時間，高峰期便有提高產(chǎn)量的空間。

　�。�2）經(jīng)轉(zhuǎn)料倉進入制砂機的2條皮帶，可改為1條皮帶供給制砂機上部的受料倉后再分別以自落式供給制砂機。這既可減少皮帶機數(shù)量及運行成本，又可降低物料直接沖擊破碎腔上口，避免拋料頭分料不均勻而損壞拋料頭和襯板等問題。

　�。�3）VI400制砂機對含水率過于敏感，當含水率為5%～10%時（大于10%時可進行濕法生產(chǎn)），受線速度和含水率的限制，經(jīng)篩分后的回頭料中的2.5～5mm的骨料不容易再次破碎，并且容易造成堵塞拋料頭和破碎腔護板，使產(chǎn)砂率和石粉含量降低；當含水率小于2%時，揚塵污染嚴重。因此，進行半干法生產(chǎn)時，含水率應控制在2%～5%為宜。

　�。�4）原設計砂的篩分是使用2層不同孔徑的篩網(wǎng)來解決砂的細度模數(shù)問題，但實際操作中很難調(diào)整砂的細度模數(shù)，篩網(wǎng)更換的難度也較大，運行成本較高。試運行后改為單層篩網(wǎng)在同一層面分上下部設不同孔徑篩網(wǎng)調(diào)整，6座圓振篩分別使用2.5mm×10mm、3mm×10mm、4mm×10mm的篩網(wǎng)，用給料量的大小來調(diào)整細度模數(shù)，從而實現(xiàn)了細度模數(shù)的調(diào)整。

　�。�5）VI400制砂機生產(chǎn)砂的細度模數(shù)偏大（實測M=3.3～3.8），用篩網(wǎng)調(diào)節(jié)細度模數(shù)又造成產(chǎn)量下降（設計產(chǎn)量260t/h；當M=2.7～2.9時實測產(chǎn)量僅為110～160t/h），石粉含量也偏低（實測為11.5%～14.3%）。為了解決這一難題，利用泥沙在一定水壓力作用下自然沉淀分離的原理，設計了一套砂、水回收系統(tǒng)。其工序為：刮砂機將砂刮入集砂坑后用砂泵抽砂，被攪拌后的濁水經(jīng)回收槽流入下一級再回收；砂泵在一級沉淀池中回收0.63～2.5mm的粉砂，送入1號FC-15螺旋分級機，經(jīng)ZKR1445脫水后的篩脫水與干砂混合后進入成品砂倉，一級回收18 t/h，脫水后砂的含水率為4.5%～5.6%，半干式制砂篩分后砂的含水率為1%～2%，兩種混合后的含水率為2.5～3.5%，控制了砂含水率的波動＜0.5%.二級沉淀池主要回收經(jīng)1號螺旋分級機處理后所溢流出的小于0.63mm的粉砂；大于0.08mm的粉砂和石粉，再用2PS砂泵抽到濃縮箱，經(jīng)濃縮后進入2號螺旋分級機送至脫水篩；二級所回收的0.08～0.63mm的砂為5～7t/h，經(jīng)回收的砂在25號、26號皮帶上與篩分樓的砂混合后送入成品倉，經(jīng)檢測摻入回收砂混合后砂的細度模數(shù)降低了0.15，石粉含量提高了2%左右，實測為13.6%～17.1%.回收后摻入濃縮箱和2號螺旋分級機的溢流水流入3號水回收池，3號池將排除的泥進入干化池處理，而清水溢流入4號清水池回收利用。本系統(tǒng)的土建及設備的投資不大（總投資36萬元），但解決了人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)保難題，且經(jīng)濟效益明顯，其中節(jié)約用水費用（0.75元/m3）可達125萬元，粉砂0.08～2.5mm回收利用可節(jié)約費用（砂25元/t）180萬元左右。

　�。�6）按DL/T5112-2000《水工RCC施工規(guī)范》要求，人工砂的石粉（d≤0.16mm的顆粒）含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量應經(jīng)過試驗確定。索風營大壩原設計的人工砂石粉含量為10%～17%，經(jīng)專家組論證后對0.08mm以下的石粉含量作了調(diào)整，由于系統(tǒng)設備資源及工藝上已無潛力可挖，只有考慮增加設備投入，經(jīng)綜合比較后增加了2臺PL-8500立軸式破碎機，并要求生產(chǎn)廠商將線速度由60m/s提高到70m/s，以增大破碎比和獲取高石粉量。增加的制砂設備于2004年3月15日投入運行，在2004年4月20日檢測得M值為2.7，誤差為0.15；石粉含量為17%～21.8%、平均18.3%，于0.08 mm的石粉含量為11.6%～14.4%、平均12.8%.

　　3、結(jié)束語

　　索風營人工砂石生產(chǎn)系統(tǒng)，采用半干式制砂工藝，結(jié)合砂、水的充分回收利用，又對系統(tǒng)內(nèi)場地進行了綠化，皮帶及砂倉也增設了防雨、防塵棚，基本實現(xiàn)了工廠化管理；經(jīng)過這2年多運行和改進，現(xiàn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。因砂的細度模數(shù)穩(wěn)定、石粉含量提高，使得2004年3月以后大壩RCC配合比中降低了6%的粉煤灰摻量，經(jīng)濟效益較為明顯；并較好地解決了人工砂石生產(chǎn)的環(huán)保問題，大大降低了運行成本，為高碾壓混凝土壩人工砂石骨料生產(chǎn)探索了一條新的路徑，也為索風營水電站工程爭創(chuàng)魯班獎奠定了基礎。

　　作者簡介：王忠錄（1964-），男，貴州省貴陽市人，高級工程師，從事水利水電建設施工管理工作。（該文已發(fā)表于《貴州水力發(fā)電》2004年第3期）。