李世春，徐 黎

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

1 工程概述

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上重要的梯級電站。該電站利用雅礱江下游河段150km長大河彎的天然落差，通過長約16.67km的引水隧洞截彎取直，獲得水頭約310m，電站裝機容量8×600MW。工程樞紐所需混凝土總量約260萬m3，需要成品粗、細骨料約630萬t。混凝土骨料料源為二級電站東端引水洞室、地下廠房開挖料源中的可利用料，骨料原巖包括:T2y4條狀大理巖、T2y5大理巖、T2b白山組大理巖，其中引水隧洞開挖量最大，能否充分利用是保證混凝土骨料供應的關(guān)鍵。

2 料源特性及工藝試驗

錦屏二級水電站1#、3#引水隧洞及排水洞采用TBM掘進，由TBM旋轉(zhuǎn)刀頭切削巖體產(chǎn)生的開挖料多為薄片狀并伴有較大石粉(石屑)含量，加上在TBM掘進過程中需要不斷噴水除塵、降溫等原因，開挖料含水量較大，抗壓強度低、軟化系數(shù)大、錘擊易成粉為其顯著特點。

水工混凝土中砂石料占混凝土重量的80%左右，因而砂石加工系統(tǒng)被譽為大壩的“糧倉”。制砂工藝是砂石生產(chǎn)工藝的核心工藝，石粉是制砂過程中的伴生物，石粉控制是制砂工藝的重要部分，而石粉含量的多少與制砂料源的巖石特性有直接關(guān)系。加上TBM掘進法的開挖方式，控制石粉含量成為制砂系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。對TBM掘進法開挖的毛料進行了現(xiàn)場篩分試驗，其結(jié)果見表1。對TBM掘進法開挖的毛料做了生存性加工試驗，其結(jié)果見表2。

表1 TBM掘進法開挖毛料現(xiàn)場篩分成果表

通過對表1、表2數(shù)據(jù)進行分析可以看出，大理巖TBM掘進法開挖毛料用于加工時，其石粉含量高達35%以上，遠遠大于常態(tài)混凝土規(guī)范要求的石粉含量。

3 制砂工藝選擇

3.1 工藝選擇背景

錦屏二級水電站東端砂石加工系統(tǒng)不僅承擔錦屏二級水電站成品砂石骨料生產(chǎn)任務，還需要為二灘公司官地水電站提供50萬t優(yōu)質(zhì)石粉。針對大理巖TBM掘進料源特性，結(jié)合生產(chǎn)性試驗結(jié)果，選擇的制砂工藝中不僅需要解決大理巖制砂產(chǎn)生的高石粉含量問題，還需要解決石粉的回收再利用問題，即石粉回收、輸送、儲存、裝袋等工藝措施，確保石粉質(zhì)量和產(chǎn)量達到設計要求。

表2 TBM掘進法開挖毛料生產(chǎn)性加工成果表

傳統(tǒng)的石粉去除方案是用水噴淋沖洗去除法，即原狀砂經(jīng)水洗后采用螺旋洗砂機回收成品砂，而石粉則隨洗砂漿液進入廢水處理池進行后處理。試驗結(jié)果顯示成品砂的石粉含量仍在25%以上，且中間顆粒流失量較大。因廢水中含有大量石粉，且其中還含有部分粒徑大于0.16 mm的細石料，不但增加了廢水處理工作量，也無法解決石粉干化回收再利用的問題。

通過方案比較論證，借鑒其它行業(yè)粉料生產(chǎn)工藝，系統(tǒng)生產(chǎn)采用了立軸制砂+選粉機分級、回收的生產(chǎn)工藝，能夠較好地滿足系統(tǒng)需要。

3.2 大理巖立軸制砂工藝參數(shù)選擇

錦屏二級水電站砂石加工系統(tǒng)料源為大理巖，在生產(chǎn)過程中，由于大理巖的抗壓強度低、軟化系數(shù)大、錘擊易成粉等原因，其生產(chǎn)成品含粉率高達35%以上，且成品砂級配較差。通過立軸制砂機做生產(chǎn)性試驗，其級配、細度模數(shù)、石粉含量等數(shù)據(jù)(表3)有以下關(guān)系:

(1)相同線速度情況下，原狀砂獲得率隨進料粒徑增大而減少;線速度越大，原狀砂成砂率隨線速度增大而增大。

(2)原狀砂的石粉含量高 (遠超過規(guī)范標準);石粉含量隨線速度減小而減少，石粉含量與進料粒徑的關(guān)系不十分明顯。

(3)原狀砂中粒徑為0.315～2.5mm顆粒含量偏少，2.5mm以上顆粒含量偏大，砂的級配曲線不完全在中砂的級配曲線內(nèi)。原狀砂的細度模數(shù)隨線速度減小而增大。

表3 立軸制砂相關(guān)參數(shù)表

3.3 選粉機實施機理

選粉機是粉料分級設備，原主要用于水泥工業(yè)生產(chǎn)工藝，同時在化工、冶金等行業(yè)也有著廣泛的應用。在實際工況下，需分選的物料由選粉機上部加料口喂入，落到與轉(zhuǎn)子成一體的撒料盤上，在離心力的作用下沿徑向甩出而分散于選粉室內(nèi)。物料在選粉室內(nèi)與上旋的氣流相遇，物料中的細顆粒因質(zhì)量小而隨氣流上升，經(jīng)由隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分級圈分級，合格的細粉穿過分級圈柵條繼續(xù)上升進入旋風筒，經(jīng)旋風筒收集后落入集灰斗，經(jīng)細粉管排出;清除細粉后的空氣則從旋風筒中心經(jīng)風管返回風機形成氣流閉路循環(huán);粗顆粒因質(zhì)量較大在撒料盤和分級圈的作用下與細物料分離、下落，從粗粉管排出。產(chǎn)品的粗細可通過改變主軸的轉(zhuǎn)速及風機的風量調(diào)節(jié)。

在制砂工藝中采用選粉機，其主要功能是分離出多余的石粉和有用的顆粒并分別進行回收。其工作原理:將氣 、粉混合，形成氣固兩相流，旋轉(zhuǎn)的撒料盤和高速氣流使含粉氣流在旋轉(zhuǎn)時獲得離心力，不同粒徑顆粒獲得的離心力不同，從而實現(xiàn)粗細粉粒分離。同時，采用相應的方法對粗細粉粒分別進行回收。有用顆粒即為成品砂，無用細粉則為棄料。

選粉機的主要工作參數(shù)為:進料流量 、供風量 、撒料盤 (主軸 )轉(zhuǎn)速。

3.4 制砂工藝

錦屏二級水電站砂石加工系統(tǒng)毛料處理能力為800t/h，成品料生產(chǎn)能力為580t/h，其中人工砂生產(chǎn)能力為232t/h。東端砂石加工系統(tǒng)加工料源采用東端引水隧洞開挖料(其中:1#、3#隧洞為TBM掘進機開挖，2#、4#為鉆爆法開挖)，毛料最大粒徑d≤300mm。系統(tǒng)布置在錦屏二級水電站東端模薩溝棄渣場，系統(tǒng)半成品料場、成品料場、檢查篩分車間、2#風選車間及石粉裝袋廠等布置在高程1430m平臺，在1430m平臺南側(cè)的山坡上開挖形成1445、1440、1435m三個臺地，分別布置主篩分車間、預篩分中碎車間、1#風選車間、超細碎車間等車間，系統(tǒng)占地面積約3.5萬m2。

錦屏二級水電站砂石加工系統(tǒng)采用兩段破碎+選粉機去粉的制砂工藝，其工藝見圖1。

4 項目實施效果

圖1 制砂工藝流程圖

錦屏二級水電站砂石加工系統(tǒng)于2007年6月中旬開始建安，2007年11月底系統(tǒng)全線投產(chǎn)，經(jīng)過兩年多時間的運行結(jié)果顯示，系統(tǒng)設計可靠，能夠滿足施工需要。

4.1 立軸制砂

通過大理巖立軸生產(chǎn)性試驗和其它工程相關(guān)資料，結(jié)合本工程生產(chǎn)性試驗結(jié)果，本系統(tǒng)在設備定貨時PL9500立軸破碎機的線速度設定為62 m/s，其生產(chǎn)實測相關(guān)數(shù)據(jù)(未經(jīng)選粉機去粉的原狀砂)見表4。

表4 立軸制砂成果表

根據(jù)實測結(jié)果，在立軸線速度為62m/s的情況下，原狀砂的成砂率在60% ～65%之間，原狀砂的石粉含量在40%左右。

4.2 選粉機

錦屏二級水電站砂石系統(tǒng)采用的選粉機為XF3500型和XF3000型兩種，其單臺處理能力分別為80t/h和60t/h兩種。系統(tǒng)設置兩個風選車間，分別配置2臺XF3500和2臺XF3000，其中1號風選車間的進料來自反擊破破碎經(jīng)第一篩分車間的粒徑＜5mm原狀砂，2號風選車間的進料來自立軸破碎料經(jīng)第二篩分車間的粒徑5mm原狀砂，生產(chǎn)過程中的實測生產(chǎn)數(shù)據(jù)為(以2號風選車間的單臺實測數(shù)據(jù)為例)見表5。

以上數(shù)據(jù)顯示，在進料含水率為2%左右時，選粉機的成砂率在60% ～70%之間;由試驗可知，在保證供料穩(wěn)定和選粉機在同一技術(shù)參數(shù)的情況下，將成品砂中石粉含量控制在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)是有可能的。

表5 成品砂試驗成果表

為確保原狀砂中多余的石粉能夠得到有效剔除，當進料流量增大時，供風量和撒料盤轉(zhuǎn)速應相應增加;當進料流量減少時，若供風量和撒料盤轉(zhuǎn)速不變，則原狀砂中的石粉、甚至有用顆粒將被剔除的較多，以致出現(xiàn)成砂率降低 、細度模數(shù)增大的不利結(jié)果。

4.3 成品砂

在生產(chǎn)過程中對立軸+選粉機制砂后的成品進行隨機取樣檢測，其數(shù)據(jù)見表6。

表6 成品砂試驗成果表

從表6中可以看出，原狀砂含水量在2%以下時，成品砂的石粉含量可以控制在18±2%以內(nèi)，細度模數(shù)可以控制在2.8±0.2以內(nèi)，成品砂顆粒級配較好。

4.4 石 粉

通過對回收石粉進行檢測，在毛料含水量小于2%的情況下，石粉回收效果較好，回收石粉的粗粒徑含量(＞0.16mm)小于15%，含水量在1%左右，可滿足后續(xù)工程石粉需求。

4.5 實施效果評價

通過以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以得到以下結(jié)論:

(1)經(jīng)選粉機選粉后的成品砂中石粉含量隨選粉機主軸轉(zhuǎn)速和風機的風量變化而變化，說明通過調(diào)整選粉機的技術(shù)參數(shù)來控制成品砂中的石粉含量是可行的。

(2)從試驗可知，在保證供料穩(wěn)定和選粉機在同一技術(shù)參數(shù)的情況下，成品砂中石粉含量在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)是有可能的。

(3)原狀砂的來料流量 、石粉含量 、含水率等都是影響選粉機選粉能力和選粉效果的重要因素。進料含水率在2%時，選粉機能夠較好地發(fā)揮其效率。

(4)通過調(diào)整選粉機主軸轉(zhuǎn)速和風機風量，可以控制成品砂中石粉含量在18±2%范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

大理巖巖性是影響成品砂品質(zhì)的重要因素，加上錦屏二級水電站TBM掘進法的開挖工藝，致使用其作料源的成品砂石粉含量嚴重超標且難以采用傳統(tǒng)濕法方法剔除。通過全干法生產(chǎn)工藝在錦屏工程中的應用，說明人工砂中含有多余的石粉可以通過干法風選來剔除，特別是要求石粉回收再利用的一些工程，可以借鑒風選分級細骨料，而且剔除的效果較傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)要明顯優(yōu)越，它不但可以剔除成品砂中多余的石粉，而且可以較好地調(diào)整成品砂的級配分布。

［1］水工混凝土施工規(guī)范，DL/T5144－2001［S］.

［2］水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程，DL/T5151－2001［S］.