(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 研究背景

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是以單一發(fā)電為主的Ⅰ等大(1)型水庫(kù)電站，電站大壩礫石土心墻堆石壩壩高240m，工程所需填筑用堆石料、過(guò)渡料以及反濾料原料均由工程附屬的兩大石料場(chǎng)爆破開(kāi)采，工程施工過(guò)程中，過(guò)渡料供求兩端主要特點(diǎn)如下：

(1)供應(yīng)端：料源石料場(chǎng)巖質(zhì)為弱～微風(fēng)化的石英閃長(zhǎng)巖和花崗巖，巖質(zhì)致密堅(jiān)硬，飽和濕抗壓強(qiáng)度76.4MPa～131MPa，平均抗壓強(qiáng)度大于100MPa；

(2)需求端：長(zhǎng)河壩大壩主體為240m超高心墻堆石結(jié)構(gòu)，過(guò)渡料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高于同類大型工程，詳見(jiàn)表1。過(guò)渡料填筑強(qiáng)度高，高峰期月填筑強(qiáng)度達(dá)14萬(wàn)m3。

表1 長(zhǎng)河壩工程與糯扎渡、小浪底工程過(guò)渡料設(shè)計(jì)級(jí)配要求對(duì)比

工程招投標(biāo)階段，過(guò)渡料由料源石料場(chǎng)進(jìn)行高單耗爆破直采，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的高單耗爆破試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

(1)高單耗爆破造孔及裝藥工作強(qiáng)度高，在已確定工作面受限的條件下，爆破生產(chǎn)強(qiáng)度遠(yuǎn)低于高峰期填筑需求強(qiáng)度；

(2)爆破直采受料場(chǎng)巖石條件變化而波動(dòng)，質(zhì)量不穩(wěn)定；

(3)爆破過(guò)渡料在挖裝過(guò)程中分選難度大、分選作業(yè)效率低。

為確保過(guò)渡料供料質(zhì)量與供料強(qiáng)度，經(jīng)多方咨詢及研究討論，采用了機(jī)械破碎摻配的方法進(jìn)行過(guò)渡料的生產(chǎn)。

2 前期調(diào)研

2.1 可行性試驗(yàn)

為驗(yàn)證破碎生產(chǎn)過(guò)渡料的可行性，前期結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)砂石骨料系統(tǒng)現(xiàn)有美卓C125破碎設(shè)備(給料粒徑小于800mm、出料粒徑150mm～320mm)，利用本工程石料場(chǎng)爆破生產(chǎn)的堆石料進(jìn)行了破碎試驗(yàn)。試驗(yàn)前對(duì)粒徑小于150mm的渣料進(jìn)行了剔除，經(jīng)C125破碎設(shè)備破碎前后的石料粒級(jí)配狀況如表2和表3。

表2 破碎原料級(jí)配

表3 C125設(shè)備破碎后指標(biāo)

圖1 C125設(shè)備破碎前后顆粒級(jí)配曲線

現(xiàn)場(chǎng)取樣成果表明，一次破碎工藝產(chǎn)出過(guò)渡料細(xì)料含量低于設(shè)計(jì)包絡(luò)線范圍，其質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求。故考慮采用C125+HP400、C125+HP300兩種組合方式進(jìn)行過(guò)渡料二次破碎制備工藝試驗(yàn)。

兩組設(shè)備進(jìn)行過(guò)渡料破碎時(shí)，原料仍選用本工程石料場(chǎng)爆破生產(chǎn)的堆石料。破碎產(chǎn)出料級(jí)配值及破碎前后級(jí)配曲線對(duì)比如表4。

表4 二次破碎產(chǎn)出料級(jí)配檢測(cè)記錄

圖2 C125+HP400設(shè)備破碎前后顆粒級(jí)配曲線

圖3 C125+HP300設(shè)備破碎前后顆粒級(jí)配曲線

由上述圖表可以看出，采用C125+HP400破碎設(shè)備破碎過(guò)渡料時(shí)，顆粒級(jí)配曲線滿足設(shè)計(jì)要求。但HP400中碎設(shè)備產(chǎn)生細(xì)料較少，主要產(chǎn)生20mm～40mm的石料，破碎后顆粒級(jí)配曲線偏下包線，產(chǎn)品質(zhì)量不易得到保障。相比較，采用C125+HP300破碎設(shè)備破碎效果更為理想。

根據(jù)上述分析成果表明，以爆破堆石料為原料經(jīng)兩次破碎(顎式破碎設(shè)備+圓錐式破碎設(shè)備)方式生產(chǎn)的過(guò)渡料符合設(shè)計(jì)要求，方案可行。

2.2 工藝設(shè)備選擇

通過(guò)調(diào)研討論，針對(duì)工程現(xiàn)有施工規(guī)劃情況，分別對(duì)移動(dòng)式破碎站、固定破碎站兩種工藝設(shè)備調(diào)研比選。

表5 移動(dòng)式二次破碎制備設(shè)備主要指標(biāo)

表6 固定式二次破碎制備設(shè)備主要指標(biāo)

兩種設(shè)備生產(chǎn)工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

(1)移動(dòng)破碎工藝：一次性投入成本較高；無(wú)額外臨建工作量；無(wú)運(yùn)距擴(kuò)增現(xiàn)象；設(shè)備自身安置快捷，但由于需二次破碎作業(yè)，兩移動(dòng)破碎站間皮帶連接，影響其轉(zhuǎn)移安置快捷的優(yōu)勢(shì)；設(shè)備采購(gòu)周期約3個(gè)月。

(2)固定破碎工藝：一次性投入成本低；維修簡(jiǎn)便，運(yùn)行維護(hù)成本低；相比移動(dòng)破碎額外增加了一次骨料倒運(yùn)，并存在運(yùn)距增加，具體增運(yùn)距離與固定站選址有關(guān);產(chǎn)能較高；采購(gòu)及基礎(chǔ)建設(shè)周期約1個(gè)月。

綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性及工程施工強(qiáng)度需求，本工程確定選用固定破碎工藝。

2.3 產(chǎn)能分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)石料情況，通過(guò)廠家咨詢，喂料機(jī)ZSW1550過(guò)篩率約20%，顎式破碎機(jī)計(jì)算產(chǎn)能400t/h，反算粗碎產(chǎn)能為500t/h。根據(jù)系統(tǒng)工藝，粗碎產(chǎn)出料中60%～70%進(jìn)圓錐式破碎機(jī)進(jìn)行中碎，計(jì)算中碎最大強(qiáng)度350t/h，所配置圓錐式破碎機(jī)滿足該強(qiáng)度要求。故整套系統(tǒng)計(jì)算產(chǎn)能為500t/h。高峰期24h不間斷供料，考慮系統(tǒng)維修、維護(hù)和停電影響，每天實(shí)際運(yùn)行時(shí)間20h，有效利用系數(shù)保守取0.9，計(jì)算月生產(chǎn)能力為27萬(wàn)t。

本工程高峰期過(guò)渡料月填筑強(qiáng)度近14萬(wàn)m3，檢測(cè)干密度均值2.375t/m3，根據(jù)施工總體規(guī)劃，當(dāng)期20%～25%過(guò)渡料供給利用前期備料，故系統(tǒng)生產(chǎn)需求強(qiáng)度應(yīng)大于24.9萬(wàn)t/月，故設(shè)備選型可行。

3 工藝研究

3.1 工藝流程

在完成前期調(diào)研后，以“料源選料-粗碎-中碎-儲(chǔ)備”為主體思路，確定施工工藝流程如圖4。

圖4 硬巖條件下過(guò)渡料機(jī)械破碎制備施工工藝流程

3.2 控制要點(diǎn)

3.2.1 料源選擇

過(guò)渡料機(jī)械破碎加工原料為料場(chǎng)爆破料，也可根據(jù)工程周邊可利用條件選擇合適質(zhì)地和級(jí)配的隧洞路橋開(kāi)挖料、河灘料或山巖坡積體石料。料源的選定直接影響機(jī)加工產(chǎn)出料質(zhì)量，原料選擇應(yīng)避免采用軟弱、片狀、針狀顆粒，要求耐風(fēng)化且不易遇水溶解，石料的飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于45MPa。此外，細(xì)粒含量偏高或含泥量較高的原料不適用于機(jī)械破碎加工生產(chǎn)。

3.2.2 料源檢測(cè)

考慮到料源地質(zhì)情況變化及爆破差異性，每一場(chǎng)過(guò)渡料破碎原料爆破完成后需進(jìn)行料源檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目主要為級(jí)配檢測(cè)，單場(chǎng)料源的抽樣組數(shù)依照過(guò)渡料爆破設(shè)計(jì)要求或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理要求進(jìn)行。

通過(guò)多組試樣的級(jí)配試驗(yàn)檢測(cè)，核定該場(chǎng)次破碎原料的平均級(jí)配情況，對(duì)照成品過(guò)渡料顆粒級(jí)配設(shè)計(jì)要求及相關(guān)規(guī)定，初步計(jì)算出中碎比例。

3.2.3 選料運(yùn)輸

料場(chǎng)需要專門(mén)配置反鏟對(duì)原料進(jìn)行篩選，剔除超出粗碎設(shè)備進(jìn)料最大粒徑的塊石原料、細(xì)粒含量偏高或含泥量較高的原料。

運(yùn)輸車輛應(yīng)相對(duì)固定并編號(hào)，有用料和棄料分別裝運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)派專人指揮運(yùn)料車輛，原料運(yùn)輸時(shí)應(yīng)綜合考慮原料開(kāi)采強(qiáng)度及機(jī)加工生產(chǎn)強(qiáng)度，規(guī)劃原料直供系統(tǒng)生產(chǎn)或運(yùn)輸至系統(tǒng)原料備存場(chǎng)地備存。

3.2.4 顎式破碎機(jī)粗碎

系統(tǒng)加工原料由料源開(kāi)采篩選后直供，同時(shí)輔以加工系統(tǒng)備料區(qū)備料供給，以保證原料連續(xù)供應(yīng)。系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)原料運(yùn)輸至固定破碎系統(tǒng)受料斗卸料，經(jīng)適配的喂料機(jī)至粗碎設(shè)備進(jìn)行粗碎。卸料過(guò)程應(yīng)盡可能保持受料斗滿倉(cāng)運(yùn)行，可有效減少卸料對(duì)受料斗的沖擊，從而可達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。

粗碎設(shè)備應(yīng)依照廠家要求定期維護(hù)，操作人員需經(jīng)過(guò)廠家培訓(xùn)，考核合格后方能上崗。運(yùn)行過(guò)程中需設(shè)有人員盯守，對(duì)于設(shè)備異常狀況及時(shí)處理。粗碎設(shè)備應(yīng)設(shè)置配套的提拉裝置，以及時(shí)處理受料斗大塊石堵塞等問(wèn)題。

3.2.5 中間倉(cāng)分料

粗碎后的破碎料通過(guò)皮帶機(jī)經(jīng)Y型分料口輸送至不同的中間料倉(cāng)，中間料倉(cāng)下設(shè)振動(dòng)給料機(jī)，系統(tǒng)中控室通過(guò)控制不同中間料倉(cāng)出料口處振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)給料頻率，從而控制進(jìn)入中碎設(shè)備及成品料皮帶的比例。

分料比例直接決定中碎比例、粗碎中碎產(chǎn)出料摻配比例，在實(shí)施過(guò)程中，分料比例主要取決于該組骨料的料源級(jí)配、粗碎產(chǎn)出料級(jí)配、中碎產(chǎn)出料級(jí)配三組數(shù)據(jù)，正常運(yùn)行期間，檢測(cè)試驗(yàn)按照2組/d的頻次進(jìn)行，在發(fā)生料源變化時(shí)該實(shí)驗(yàn)頻次適當(dāng)增加。結(jié)合本工程實(shí)際情況，爆破堆石作為原料，其中碎比例控制范圍為60%±4%，隧洞開(kāi)挖料及坡積體石料作為原料，其中碎比例控制范圍為48%±8%。

3.2.6 圓錐式破碎機(jī)中碎

中碎設(shè)備應(yīng)依照廠家要求定期維護(hù)，操作人員需經(jīng)過(guò)廠家培訓(xùn)，考核合格后方能上崗。運(yùn)行過(guò)程中需設(shè)有人員盯守，對(duì)于設(shè)備異常狀況應(yīng)及時(shí)采取合適的處理措施。

圓錐式破碎機(jī)對(duì)分料后輸送至中碎系統(tǒng)的粗碎料進(jìn)行中碎，通過(guò)中碎調(diào)節(jié)整體級(jí)配中的偏細(xì)料部分各區(qū)間的骨料含量。

3.2.7 成品料摻配輸出

在成品料輸送皮帶上，粗碎和中碎產(chǎn)出料分層均勻鋪筑，為提高過(guò)渡料機(jī)械破碎生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)出料一次檢測(cè)合格率，同時(shí)盡量減少?gòu)U料和降低成本，應(yīng)實(shí)時(shí)根據(jù)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)成果對(duì)摻配比例進(jìn)行調(diào)整，精確控制粗碎、中碎產(chǎn)出料摻混比例。

摻配料輸出至成品料堆時(shí)，在拋擲過(guò)程中自然混合，形成滿足級(jí)配要求的成品料，后通過(guò)反鏟裝車運(yùn)至備存場(chǎng)地或直接上壩，裝車過(guò)程亦是對(duì)成品過(guò)渡料進(jìn)行了二次摻配，有效保證了產(chǎn)出料質(zhì)量。

4 應(yīng)用成效

(1)通過(guò)長(zhǎng)河壩工程實(shí)際應(yīng)用情況，結(jié)合工程前期對(duì)高單耗爆破直采生產(chǎn)、半成品骨料摻配生產(chǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)各工藝的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性詳見(jiàn)表7。

表7 各類過(guò)渡料制備工藝對(duì)比

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽檢，該工藝產(chǎn)出料質(zhì)量較高單耗爆破生產(chǎn)料更加穩(wěn)定，制備強(qiáng)度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行系統(tǒng)選型，相比于高單耗爆破生產(chǎn)，能夠滿足更高強(qiáng)度的供料需求。在經(jīng)濟(jì)投入方面，根據(jù)系統(tǒng)投產(chǎn)后工程過(guò)渡料需求情況，核算單價(jià)較高單耗爆破生產(chǎn)節(jié)省46.5%，節(jié)支效益顯著。此外，機(jī)械破碎加工工藝能夠充分利用隧洞開(kāi)挖料及坡積體石料，變廢為寶，極大地減少工程爆破炸藥使用量，降低安全隱患，提升環(huán)保質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

依托長(zhǎng)河壩水電站研究形成的“顎破粗碎確定粒徑范圍+圓錐破中碎調(diào)整骨料級(jí)配”的過(guò)渡料機(jī)械破碎制備工藝已成功應(yīng)用兩年時(shí)間，累計(jì)完成過(guò)渡料生產(chǎn)超150萬(wàn)m3，產(chǎn)出過(guò)渡料質(zhì)量穩(wěn)定，施工成本節(jié)約狀況明顯，有效確保了大壩壩體過(guò)渡料填筑工期要求，得到業(yè)主監(jiān)理的一致好評(píng)，為以后水電工程中類似條件下過(guò)渡料制備生產(chǎn)提供參考。