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m 3，需成品砂石骨料約1100萬t， 其中粗骨料約770萬t，細(xì)骨料約330萬t，成品骨料的最大粒徑為80mm。工程設(shè)計了兩個砂石系統(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)，共計約107萬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t；系統(tǒng)需滿足月高峰強度約5萬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挖的玄武巖洞渣。該系統(tǒng)由中國水電八局負(fù)責(zé)設(shè)計與施工，系統(tǒng)于2006年4月建成投產(chǎn)。

官地水電站主體工程設(shè)計結(jié)構(gòu)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?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料場中存在占料場總厚度約10%的泥灰?guī)r無用料夾層，并具有堿活性，且該夾層在大規(guī)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(tǒng)主要運用工程洞挖渣料約220萬m3，考慮不良地質(zhì)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(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(dá)336MPa。最大濕抗壓強度為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(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)計中人工制砂工藝的設(shè)計是整個砂石系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。結(jié)合前期工程施工建設(shè)的需求， 同時為提前研究高強度碾壓混凝土骨料的生產(chǎn)工藝，業(yè)主提前啟動了打羅砂石系統(tǒng)建設(shè)。

2　砂石加工系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備選型

2. 1　工藝設(shè)計

打羅砂石系統(tǒng)工藝布置見圖1。

　　打羅砂石系統(tǒng)工藝設(shè)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(shè)計工藝；經(jīng)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(shè)計，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)級配。在篩分工藝設(shè)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(tǒng)由一破車間、半成品料倉、第一篩分車間、 中碎車間、 二篩調(diào)節(jié)料倉、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、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)計工藝。

2. 2　設(shè)備選型

系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表2。

不同車間所使用的不同破碎機設(shè)備及參數(shù)

3         制砂工藝研究

　　根據(jù)玄武巖高強特性， 打羅砂石系統(tǒng)對制砂關(guān)鍵工藝進(jìn)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(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，在工藝流程計算中，立軸破按25%的成砂率進(jìn)行計算（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)計采用了干式生產(chǎn)，對篩分車間進(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、出料膠帶機及篩分料倉設(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)倉前對骨料進(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)備主要采用棒磨機和立軸破碎機兩種聯(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(chǎn)，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(tǒng)專門設(shè)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(xì)度模數(shù)控制

本系統(tǒng)設(shè)計要求成品砂的細(xì)度模數(shù)為2. 4 ～2. 9， 根據(jù)立軸式破碎機試驗破碎曲線（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） 通過調(diào)節(jié)篩分及脫水設(shè)備篩板， 控制通過物料的進(jìn)料量、 粒度和用水量。

4成品砂生產(chǎn)性試驗

本次生產(chǎn)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(zhì)量進(jìn)行檢驗。試驗采用導(dǎo)流洞玄武巖洞挖料約3 000 m 3。為了保證料源的純度，試驗前3天，系統(tǒng)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(xù)取樣，并檢查整個系統(tǒng)的聯(lián)動性能良好。試驗結(jié)果表明：（1）采用 B9100 立軸式?jīng)_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(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。試驗設(shè)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(shù)：1號棒磨機進(jìn)棒量 22 t（額定進(jìn)棒量32 t），進(jìn)料粒度 < 20 mm 。在 C4 膠帶機上取樣，連續(xù)取樣長度20 m，平行試驗三次，測試棒磨機出料量及產(chǎn)品砂細(xì)度模數(shù)、石粉含量。

5　系統(tǒng)的運行情況與運行可靠性要求

5. 1　系統(tǒng)投產(chǎn)后的運行情況

打羅砂石系統(tǒng)于2006 年4月投產(chǎn)。系統(tǒng)投產(chǎn)后，相繼取消了場內(nèi)籌建期眾多項目用灰?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(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

由于玄武巖強度高、磨蝕性大，對設(shè)備的損傷較嚴(yán)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(shè)計布置的粗、中、細(xì)碎都是單臺機，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 月增加了一臺中碎HP500 與一臺細(xì)碎B9100，并投入運行， 使系統(tǒng)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(chǎn)量與質(zhì)量穩(wěn)定，滿足了官地工程建設(shè)要求。

5. 3　人工砂的試驗檢測結(jié)果

系統(tǒng)自2006 年4月～2007年4月，共隨機抽樣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目中砂石料的供需矛盾，同時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)計等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供了設(shè)計依據(jù)與經(jīng)驗。特別需要指出的是，通過打羅砂石系統(tǒng)試驗表明：B9100立軸破制砂機產(chǎn)砂率僅為22. 2%，這對于大壩砂石系統(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，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)過一年多時間的運行與完善后，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計生產(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。