1. 1　砂石系統規劃

官地水電站主體工程為168 m 高的 RCC重力壩與跨度為31. 1 m 的大型地下廠房， 工程混凝土與噴混凝土總量約472 萬m 3，需成品砂石骨料約1100萬t， 其中粗骨料約770萬t，細骨料約330萬t，成品骨料的最大粒徑為80mm。工程設計了兩個砂石系統，即竹子壩人工砂石系統與打羅人工砂石系統。前期建設的打羅人工砂石系統主要承擔左右岸導流洞、右岸引水發電系統、消力池等部位混凝土砂石骨料的供應，共計約107萬m3混凝土及噴混凝土的骨料生產，共需生產成品粗、細骨料約250萬t；系統需滿足月高峰強度約5萬m3混凝土的粗、細骨料供應；該砂石加工系統成品料生產能力為350 t/h，其中人工砂生產能力為120 t/ h，毛料處理能力約420 t/h；料源主要為導流洞、地下廠房等地下洞室開挖的玄武巖洞渣。該系統由中國水電八局負責設計與施工，系統于2006年4月建成投產。

官地水電站主體工程設計結構圖

1. 2　料源特性

在可行性研究階段，曾研究過三個混凝土骨料方案：（1）全玄武巖骨料；（2）玄武巖粗骨料與灰巖細骨料相結合；（3）全灰巖骨料。但經深入勘察發現：在灰巖料場中存在占料場總厚度約10%的泥灰巖無用料夾層，并具有堿活性，且該夾層在大規模的開采時無法剔除， 故最終選擇全玄武巖料場方案。

打羅人工砂石系統主要運用工程洞挖渣料約220萬m3，考慮不良地質條件和開挖情 況，可用作混凝土骨料的洞渣約180 萬m 3，回采率按64%考慮，即實際可用玄武巖洞渣約115萬m3。前期臨建工程混凝土回采用渣約10萬m 3，剩余105萬m3洞渣可由本系統加工生產后用于主體工程。作為骨料料源的弱風化～微新石渣，巖性主要為角礫集塊熔巖、 長斑、杏仁狀玄武巖，巖石致密堅硬，強度大，最大干抗壓強度高達336MPa。最大濕抗壓強度為305MPa。

人工砂石系統工程中洞渣料源物理力學成果表

　　官地水電站玄武巖強度比其它水電工程同類巖石的強度高， 屬超堅硬巖類。因此，能否生產合格的人工骨料，尤其細骨料顯得非常重要。打羅人工砂石系統工藝設計中人工制砂工藝的設計是整個砂石系統設計的關鍵。結合前期工程施工建設的需求， 同時為提前研究高強度碾壓混凝土骨料的生產工藝，業主提前啟動了打羅砂石系統建設。

2　砂石加工系統設計及設備選型

2. 1　工藝設計

打羅砂石系統工藝布置見圖1。

　　打羅砂石系統工藝設計主要有以下特點：破碎工藝：采用粗碎、中碎、立軸破、棒磨機四段破碎設計工藝；經計算，大石、中石、米石、豆石、砂的加工處理量分別為42. 1 t/ h、 99. 5 t/ h、99. 5t/ h、11. 5 t/ h、167 t/ h。粗碎為開路設計，中碎與一篩形成閉路，細碎與二篩形成閉路，可循環生產、靈活調節各生產級配。在篩分工藝設計上， 采用第一篩分車間、 第二篩分車間、第三篩分車間的三級篩分布置， 使大石、中石、小石、豆石各骨料級配合理分配。打羅砂石系統由一破車間、半成品料倉、第一篩分車間、 中碎車間、 二篩調節料倉、第二篩分車間、細碎車間、制砂車間、第三篩分車間、成品料倉、成品供料系統、供排水系統、 供電系統及相應的輔助設施等組成。為了達到最大限度的減少石粉流失與水污染， 本工程除棒磨車間外，全部采用干式生產設計工藝。

2. 2　設備選型

系統主要設備參數見表2。

不同車間所使用的不同破碎機設備及參數

3         制砂工藝研究

　　根據玄武巖高強特性， 打羅砂石系統對制砂關鍵工藝進行了重點研究。

3. 1　制砂工藝

由于官地水電站工程玄武巖強度高（最高干抗壓強度達336 M Pa）、功指數高、磨蝕性較大（指數Ai = 0. 32），所以系統的成砂率、成品砂石粉含量等指標難以達到設計要求。為此，借鑒玄武巖制砂的大朝山、溪洛渡、金安橋水電站砂石系統建設經驗，在工藝流程計算中，立軸破按25%的成砂率進行計算（一般工程達30%以上），并制定了相應的篩分破碎流程、石粉回收裝置。主要篩分車間設計采用了干式生產，對篩分車間進行適當的封閉，并設除塵設施，第二篩分車間的進料膠帶機、出料膠帶機及篩分料倉設置防雨棚，既能保證生產的順利進行，又能保護好周圍環境。在骨料進倉前對骨料進行沖洗，沖洗水進行石粉回收和水的回收再利用。制砂設備主要采用棒磨機和立軸破碎機兩種聯合制砂工藝， 既有效降低了制砂成本， 又能保證制砂的細度模數滿足設計要求。

3. 2　成品砂石粉含量控制

對不同巖石制砂的試驗表明：采用濕法生產，通過篩分沖洗及螺旋分級機分級后的石粉含量在6%～10%之間。為保證成品砂石料的石粉含量，系統專門設計了石粉回收車間，粗骨料成品沖洗及棒磨機制砂車間螺旋分級機廢水中帶走的石粉通過泥漿凈化器 ZX2200脫水后，含水量為15%～17%，用膠帶機送往砂倉。

3. 3　成品砂細度模數控制

本系統設計要求成品砂的細度模數為2. 4 ～2. 9， 根據立軸式破碎機試驗破碎曲線（同類巖石），其產砂的細度模數約為 3. 0 左右，為此，打羅砂石系統采取如下工藝措施保證成品砂的細度模數：

（1） 用棒磨機生產細度模數偏小的砂進行調節整形。

（2） 通過調節篩分及脫水設備篩板， 控制通過物料的進料量、 粒度和用水量。

4成品砂生產性試驗

本次生產性試驗分為立軸破碎機試驗和棒磨機制砂試驗，其主要目的是：在各運行工況下，對各車間的處理能力及成品砂石料質量進行檢驗。試驗采用導流洞玄武巖洞挖料約3 000 m 3。為了保證料源的純度，試驗前3天，系統回采料均使用玄武巖。為了減少試驗誤差， 各車間、各工況平行試驗檢測3 次，在膠帶機上連續取樣，并檢查整個系統的聯動性能良好。試驗結果表明：（1）采用 B9100 立軸式沖擊破碎機制砂時，玄武巖成砂率為22. 2%，較美卓廠家提供的硬巖成砂率有較大幅度減少；（2）采用棒磨機制砂時， 成品砂細度模數在 2. 44 ～2. 95之間，以中細砂為主，產砂量在19～35 t/ h 之間。我們還進行了成品砂質量檢驗。試驗設備：一臺 M BZ2136 棒磨機；一臺 FG 2 1500 螺旋分級機； 一臺泥漿凈化器。棒磨機試驗參數：1號棒磨機進棒量 22 t（額定進棒量32 t），進料粒度 < 20 mm 。在 C4 膠帶機上取樣，連續取樣長度20 m，平行試驗三次，測試棒磨機出料量及產品砂細度模數、石粉含量。

5　系統的運行情況與運行可靠性要求

5. 1　系統投產后的運行情況

打羅砂石系統于2006 年4月投產。系統投產后，相繼取消了場內籌建期眾多項目用灰巖料破碎的小砂石加工系統。由于官地水電站工程籌建期的施工項目較多， 對砂石料的需求極不平衡，截至2007年4月份都是對砂的需求量大（主要是因為前期項目中的邊坡噴混凝土支護與漿砌石擋墻量大），其碎石的需求量較小，造成系統砂石生產不平衡，成品砂生產最大量占了系統生產的70%左右， 使制砂效率降低。系統設計正常工況下生產能力為 120 t/ h，兩班制生產，日生產能力 為1680 t/ d，每月按25 d 生產，則月生產強度應為42 000 t/ m on；而工地需砂量在50000 t/ m on左右。故導致2007 年的 4 ～6 月間，工地成品砂的供需矛盾十分突出。

5. 2　系統制砂增容改造

由于玄武巖強度高、磨蝕性大，對設備的損傷較嚴重（C100固定鄂板：更換1 次/ 9 萬 t；圓錐破襯套：更換1 次/ 11 萬 t料；立軸破拋料頭：更換1次/ 120 h；夾板：更換 1 次/ 92 h），且設計布置的粗、中、細碎都是單臺機，故系統的可靠性與效率降低。鑒于成品砂需求大，經反復研究后，2007年 6 月增加了一臺中碎HP500 與一臺細碎B9100，并投入運行， 使系統的運行保證率大大提高 制砂量滿足了工地要求。目前，砂石料的產量與質量穩定，滿足了官地工程建設要求。

5. 3　人工砂的試驗檢測結果

系統自2006 年4月～2007年4月，共隨機抽樣35組，抽查結果：細度模數最大值為 3. 24，最小值為2. 41，平均值為2. 88，細度模數略偏高；石粉含量最大值為16. 8%， 最小值為9. 1%，平均值為13. 6%。石粉含量正常。對系統進行增容改造后的產砂狀況進行了14 組抽樣檢查。抽查結果：細度模數最 大值為2. 95，最小值為2. 58，平均值為2. 82；石粉含量最大值16. 8%，最小值12. 1%，平均14. 3%。制砂總體質量比改造前有所改善， 但細度模數仍略偏高。

可以看出， 堅硬玄武巖制砂在系統設備改建后的質量更加穩定， 細度模數與石粉含量基本滿足常態混凝土對砂的質量要求。

打羅人工砂石系統的順利建成與投產，大大緩解了籌建期與前期施工項目中砂石料的供需矛盾，同時也為竹子壩人工砂石系統的（加工處理能力2200 t/ h）工藝流程布置、 設備選型、設備數量的配置、 制砂工藝設計等關鍵環節提供了設計依據與經驗。特別需要指出的是，通過打羅砂石系統試驗表明：B9100立軸破制砂機產砂率僅為22. 2%，這對于大壩砂石系統（竹子壩砂石系統）主要破碎設備選型及數量選擇提供了可靠的依據。同時，石粉含量中粒徑小于0. 08 mm的顆粒含量大于50%，可完全滿足碾壓混凝土的用砂要求。從而證明，采用沖擊制砂為主的制砂設備可以滿足今后官地大壩碾壓混凝土用砂的品質要求。打羅砂石系統在經過一年多時間的運行與完善后，達到了預期的設計生產能力，并且滿足了前期工程建設中成品砂石料需求比例不平衡的狀況，生產的砂石骨料完全可以滿足導流洞與引水發電系統工程的需要。