1. 1　砂石系統(tǒng)規(guī)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(wàn)m 3，需成品砂石骨料約1100萬(wàn)t， 其中粗骨料約770萬(wàn)t，細(xì)骨料約330萬(wàn)t，成品骨料的最大粒徑為80mm。工程設(shè)計(jì)了兩個(gè)砂石系統(tǒng)，即竹子壩人工砂石系統(tǒng)與打羅人工砂石系統(tǒng)。前期建設(shè)的打羅人工砂石系統(tǒng)主要承擔(dān)左右岸導(dǎo)流洞、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)、消力池等部位混凝土砂石骨料的供應(yīng)，共計(jì)約107萬(wàn)m3混凝土及噴混凝土的骨料生產(chǎn)，共需生產(chǎn)成品粗、細(xì)骨料約250萬(wàn)t；系統(tǒng)需滿足月高峰強(qiáng)度約5萬(wàn)m3混凝土的粗、細(xì)骨料供應(yīng)；該砂石加工系統(tǒng)成品料生產(chǎn)能力為350 t/h，其中人工砂生產(chǎn)能力為120 t/ h，毛料處理能力約420 t/h；料源主要為導(dǎo)流洞、地下廠房等地下洞室開(kāi)挖的玄武巖洞渣。該系統(tǒng)由中國(guó)水電八局負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)與施工，系統(tǒng)于2006年4月建成投產(chǎn)。

官地水電站主體工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

1. 2　料源特性

在可行性研究階段，曾研究過(guò)三個(gè)混凝土骨料方案：（1）全玄武巖骨料；（2）玄武巖粗骨料與灰?guī)r細(xì)骨料相結(jié)合；（3）全灰?guī)r骨料。但經(jīng)深入勘察發(fā)現(xiàn)：在灰?guī)r料場(chǎng)中存在占料場(chǎng)總厚度約10%的泥灰?guī)r無(wú)用料夾層，并具有堿活性，且該夾層在大規(guī)模的開(kāi)采時(shí)無(wú)法剔除， 故最終選擇全玄武巖料場(chǎng)方案。

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

人工砂石系統(tǒng)工程中洞渣料源物理力學(xué)成果表

　　官地水電站玄武巖強(qiáng)度比其它水電工程同類巖石的強(qiáng)度高， 屬超堅(jiān)硬巖類。因此，能否生產(chǎn)合格的人工骨料，尤其細(xì)骨料顯得非常重要。打羅人工砂石系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)中人工制砂工藝的設(shè)計(jì)是整個(gè)砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。結(jié)合前期工程施工建設(shè)的需求， 同時(shí)為提前研究高強(qiáng)度碾壓混凝土骨料的生產(chǎn)工藝，業(yè)主提前啟動(dòng)了打羅砂石系統(tǒng)建設(shè)。

2　砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備選型

2. 1　工藝設(shè)計(jì)

打羅砂石系統(tǒng)工藝布置見(jiàn)圖1。

　　打羅砂石系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)主要有以下特點(diǎn)：破碎工藝：采用粗碎、中碎、立軸破、棒磨機(jī)四段破碎設(shè)計(jì)工藝；經(jīng)計(jì)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(kāi)路設(shè)計(jì)，中碎與一篩形成閉路，細(xì)碎與二篩形成閉路，可循環(huán)生產(chǎn)、靈活調(diào)節(jié)各生產(chǎn)級(jí)配。在篩分工藝設(shè)計(jì)上， 采用第一篩分車間、 第二篩分車間、第三篩分車間的三級(jí)篩分布置， 使大石、中石、小石、豆石各骨料級(jí)配合理分配。打羅砂石系統(tǒng)由一破車間、半成品料倉(cāng)、第一篩分車間、 中碎車間、 二篩調(diào)節(jié)料倉(cāng)、第二篩分車間、細(xì)碎車間、制砂車間、第三篩分車間、成品料倉(cāng)、成品供料系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、 供電系統(tǒng)及相應(yīng)的輔助設(shè)施等組成。為了達(dá)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(chǎn)設(shè)計(jì)工藝。

2. 2　設(shè)備選型

系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

不同車間所使用的不同破碎機(jī)設(shè)備及參數(shù)

3         制砂工藝研究

　　根據(jù)玄武巖高強(qiáng)特性， 打羅砂石系統(tǒng)對(duì)制砂關(guān)鍵工藝進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

3. 1　制砂工藝

由于官地水電站工程玄武巖強(qiáng)度高（最高干抗壓強(qiáng)度達(dá)336 M Pa）、功指數(shù)高、磨蝕性較大（指數(shù)Ai = 0. 32），所以系統(tǒng)的成砂率、成品砂石粉含量等指標(biāo)難以達(dá)到設(shè)計(jì)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(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在工藝流程計(jì)算中，立軸破按25%的成砂率進(jìn)行計(jì)算（一般工程達(dá)30%以上），并制定了相應(yīng)的篩分破碎流程、石粉回收裝置。主要篩分車間設(shè)計(jì)采用了干式生產(chǎn)，對(duì)篩分車間進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆忾]，并設(shè)除塵設(shè)施，第二篩分車間的進(jìn)料膠帶機(jī)、出料膠帶機(jī)及篩分料倉(cāng)設(shè)置防雨棚，既能保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，又能保護(hù)好周圍環(huán)境。在骨料進(jìn)倉(cāng)前對(duì)骨料進(jìn)行沖洗，沖洗水進(jìn)行石粉回收和水的回收再利用。制砂設(shè)備主要采用棒磨機(jī)和立軸破碎機(jī)兩種聯(lián)合制砂工藝， 既有效降低了制砂成本， 又能保證制砂的細(xì)度模數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

3. 2　成品砂石粉含量控制

對(duì)不同巖石制砂的試驗(yàn)表明：采用濕法生產(chǎn)，通過(guò)篩分沖洗及螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí)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(tǒng)專門設(shè)計(jì)了石粉回收車間，粗骨料成品沖洗及棒磨機(jī)制砂車間螺旋分級(jí)機(jī)廢水中帶走的石粉通過(guò)泥漿凈化器 ZX2200脫水后，含水量為15%～17%，用膠帶機(jī)送往砂倉(cāng)。

3. 3　成品砂細(xì)度模數(shù)控制

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求成品砂的細(xì)度模數(shù)為2. 4 ～2. 9， 根據(jù)立軸式破碎機(jī)試驗(yàn)破碎曲線（同類巖石），其產(chǎn)砂的細(xì)度模數(shù)約為 3. 0 左右，為此，打羅砂石系統(tǒng)采取如下工藝措施保證成品砂的細(xì)度模數(shù)：

（1） 用棒磨機(jī)生產(chǎn)細(xì)度模數(shù)偏小的砂進(jìn)行調(diào)節(jié)整形。

（2） 通過(guò)調(diào)節(jié)篩分及脫水設(shè)備篩板， 控制通過(guò)物料的進(jìn)料量、 粒度和用水量。

4成品砂生產(chǎn)性試驗(yàn)

本次生產(chǎn)性試驗(yàn)分為立軸破碎機(jī)試驗(yàn)和棒磨機(jī)制砂試驗(yàn)，其主要目的是：在各運(yùn)行工況下，對(duì)各車間的處理能力及成品砂石料質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)采用導(dǎo)流洞玄武巖洞挖料約3 000 m 3。為了保證料源的純度，試驗(yàn)前3天，系統(tǒng)回采料均使用玄武巖。為了減少試驗(yàn)誤差， 各車間、各工況平行試驗(yàn)檢測(cè)3 次，在膠帶機(jī)上連續(xù)取樣，并檢查整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)性能良好。試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）采用 B9100 立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)制砂時(shí)，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(jī)制砂時(shí)， 成品砂細(xì)度模數(shù)在 2. 44 ～2. 95之間，以中細(xì)砂為主，產(chǎn)砂量在19～35 t/ h 之間。我們還進(jìn)行了成品砂質(zhì)量檢驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備：一臺(tái) M BZ2136 棒磨機(jī)；一臺(tái) FG 2 1500 螺旋分級(jí)機(jī)； 一臺(tái)泥漿凈化器。棒磨機(jī)試驗(yàn)參數(shù)：1號(hào)棒磨機(jī)進(jìn)棒量 22 t（額定進(jìn)棒量32 t），進(jìn)料粒度 < 20 mm 。在 C4 膠帶機(jī)上取樣，連續(xù)取樣長(zhǎng)度20 m，平行試驗(yàn)三次，測(cè)試棒磨機(jī)出料量及產(chǎn)品砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量。

5　系統(tǒng)的運(yùn)行情況與運(yùn)行可靠性要求

5. 1　系統(tǒng)投產(chǎn)后的運(yùn)行情況

打羅砂石系統(tǒng)于2006 年4月投產(chǎn)。系統(tǒng)投產(chǎn)后，相繼取消了場(chǎng)內(nèi)籌建期眾多項(xiàng)目用灰?guī)r料破碎的小砂石加工系統(tǒng)。由于官地水電站工程籌建期的施工項(xiàng)目較多， 對(duì)砂石料的需求極不平衡，截至2007年4月份都是對(duì)砂的需求量大（主要是因?yàn)榍捌陧?xiàng)目中的邊坡噴混凝土支護(hù)與漿砌石擋墻量大），其碎石的需求量較小，造成系統(tǒng)砂石生產(chǎn)不平衡，成品砂生產(chǎn)最大量占了系統(tǒng)生產(chǎn)的70%左右， 使制砂效率降低。系統(tǒng)設(shè)計(jì)正常工況下生產(chǎn)能力為 120 t/ h，兩班制生產(chǎn)，日生產(chǎn)能力 為1680 t/ d，每月按25 d 生產(chǎn)，則月生產(chǎn)強(qiáng)度應(yīng)為42 000 t/ m on；而工地需砂量在50000 t/ m on左右。故導(dǎo)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(tǒng)制砂增容改造

由于玄武巖強(qiáng)度高、磨蝕性大，對(duì)設(shè)備的損傷較嚴(yán)重（C100固定鄂板：更換1 次/ 9 萬(wàn) t；圓錐破襯套：更換1 次/ 11 萬(wàn) t料；立軸破拋料頭：更換1次/ 120 h；夾板：更換 1 次/ 92 h），且設(shè)計(jì)布置的粗、中、細(xì)碎都是單臺(tái)機(jī)，故系統(tǒng)的可靠性與效率降低。鑒于成品砂需求大，經(jīng)反復(fù)研究后，2007年 6 月增加了一臺(tái)中碎HP500 與一臺(tái)細(xì)碎B9100，并投入運(yùn)行， 使系統(tǒng)的運(yùn)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(chǎn)量與質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了官地工程建設(shè)要求。

5. 3　人工砂的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

系統(tǒng)自2006 年4月～2007年4月，共隨機(jī)抽樣35組，抽查結(jié)果：細(xì)度模數(shù)最大值為 3. 24，最小值為2. 41，平均值為2. 88，細(xì)度模數(shù)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行增容改造后的產(chǎn)砂狀況進(jìn)行了14 組抽樣檢查。抽查結(jié)果：細(xì)度模數(shù)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(zhì)量比改造前有所改善， 但細(xì)度模數(shù)仍略偏高。

可以看出， 堅(jiān)硬玄武巖制砂在系統(tǒng)設(shè)備改建后的質(zhì)量更加穩(wěn)定， 細(xì)度模數(shù)與石粉含量基本滿足常態(tài)混凝土對(duì)砂的質(zhì)量要求。

打羅人工砂石系統(tǒng)的順利建成與投產(chǎn)，大大緩解了籌建期與前期施工項(xiàng)目中砂石料的供需矛盾，同時(shí)也為竹子壩人工砂石系統(tǒng)的（加工處理能力2200 t/ h）工藝流程布置、 設(shè)備選型、設(shè)備數(shù)量的配置、 制砂工藝設(shè)計(jì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)與經(jīng)驗(yàn)。特別需要指出的是，通過(guò)打羅砂石系統(tǒng)試驗(yàn)表明：B9100立軸破制砂機(jī)產(chǎn)砂率僅為22. 2%，這對(duì)于大壩砂石系統(tǒng)（竹子壩砂石系統(tǒng)）主要破碎設(shè)備選型及數(shù)量選擇提供了可靠的依據(jù)。同時(shí)，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(shè)備可以滿足今后官地大壩碾壓混凝土用砂的品質(zhì)要求。打羅砂石系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的運(yùn)行與完善后，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，并且滿足了前期工程建設(shè)中成品砂石料需求比例不平衡的狀況，生產(chǎn)的砂石骨料完全可以滿足導(dǎo)流洞與引水發(fā)電系統(tǒng)工程的需要。