金沙水电站正长岩骨料破碎特性分析

韩 朝 强， 雷 涛， 江 坤 友

(中国水利水电第七工程局有限公司五分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

人工砂石加工系统的工艺设计主要取决于料源情况及成品需求级配，需满足产量、质量要求。笔者依托四川攀枝花金沙水电站砂石加工系统的设计、运行管理情况，对正长岩作为骨料破碎料源进行了分析研究，以了解正长岩的特点，为类似工程的设计或生产运行提供借鉴。

金沙水电站砂石加工系统位于金沙江干流中游末端的攀枝花河段上，上距观音岩水电站坝址约29 km，下距攀枝花中心城区(攀枝花水文站)11 km。金沙水电站装机容量为560 MW。砂石加工系统位于左岸坝址上游新庄电厂施工区附近，距坝址约0.5 km。

该砂石系统的生产能力按满足混凝土浇筑高峰强度7万m3/月设计，生产四级配混凝土骨料，设计小时处理能力为650 t/h，成品骨料生产能力为520 t/h，其中粗骨料生产能力为353 t/h，成品砂生产能力为167 t/h。混凝土骨料采用大坝开挖有用料加工。

金沙水电站砂石加工系统采用的加工毛料为导流明渠及厂坝爆破开挖料，岩性为正长岩。料源选用位于系统上游2.5 km的钢厂沟有用料堆场。

2 料源情况

弱微风化岩石饱和单轴抗压强度达82～234 MPa，平均强度为150.85 MPa，软化系数为0.78～0.95，天然块体密度为2.66～2.76 g/cm3，符合混凝土人工骨料的质量要求。

3 骨料破碎效果

笔者利用金沙水电站砂石系统现有的破碎设备进行了对比试验，金沙水电站的粗碎设备为美卓C125，中碎设备为山特维克S4800和S3800，细碎设备为山特维克H4800，制砂设备为山特维克RP109和美卓B9100，细砂回收设备采用VDS-512-5L的石粉回收设备。

通过调整各破碎机破碎开口，收集了不同给料量下破碎机的破碎特性、进出料情况及产品产量、质量特性，对比了设备在中硬岩的标准曲线，以了解岩石的破碎特性。

(1)骨料通过粗碎C125颚破后的破碎效果。

C125颚式破碎机设备排料口尺寸为100～250 mm，设备处理能力为290～720 t/h；系统设计处理能力为410 t/h，设计排料口尺寸为150 mm。对料源回采料分排料口尺寸150 mm、120 mm进行了破碎试验，C125产品检测成果见表1。

粗碎车间设备排料口尺寸为150 mm时破碎后的特大石、大石产量高，粒形基本稳定，处理量为435 t/h，满足设计生产要求410 t/h，实际破碎曲线略好于厂家试验曲线。粒度特性曲线见图1、2。

图1 颚破机排料口尺寸为150 mm左右时的破碎曲线图

图2 颚破机排料口尺寸为120 mm左右时的破碎曲线图

(2)骨料通过S4800、S3800圆锥破碎机后的破碎效果。

中碎配置1台S3800EC和1台S4800EC设备。S3800EC设备排料口范围为22～54 mm，设备处理能力为115～345 t/h，S4800EC设备排料口范围为29～54 mm，设备处理能力为235～525 t/h，主要承担的是破碎第一筛分车间粒径大于80 mm的石料；对S4800圆锥破碎机进行的破碎试验为：将破碎机排料口尺寸调整为60 mm、45 mm时，分别对大石、特大石、超径石混合料进行破碎试验，进料最大粒径为250 mm；并对破碎机在排料口尺寸为55 mm时破碎特大石进行了试验，分别对破碎的进料粒径比例、短时生产率、颗粒级配、产品针片状含量指标进行了测定。S4800产品检测成果见表2。

表1 颚式破碎机C125产品检测成果表

表2 圆锥破碎机S4800产品检测成果表

① 最大进料粒径为250 mm时，产品的大石针片状符合规范要求；当破碎比约为5时，其产品的针片状指标约为11%；设备排料口粒径为60 mm时，特大石产量占23.3%；排料口粒径为55 mm时，特大石产量占13.56%。特大石在粗碎后已经出料，为减少骨料循环，可将设备排料口尺寸控制在45 mm，这样实施基本上不考虑生产特大石。中碎车间的设计处理能力为455 t/h，设备负荷为80%，要求达到的处理能力为570 t/h，S4800排料口尺寸为45 mm时的处理能力为368.4 t/h，S3800排料口尺寸为55 mm时的处理能力为241.8 t/h，满足设计要求。

② 粒度特性曲线见图3、4。

图3 S4800圆锥破排料口尺寸为60 mm时的破碎曲线图

图4 S4800圆锥破排料口尺寸为45 mm时的破碎曲线图

(3)骨料经过细碎H4800、HP300圆锥破碎机后的破碎效果。

细碎车间采用1台山特维克单缸液压圆锥破H4800和1台美卓HP300粗腔形圆锥破碎机，主要承担的是第一筛分车间出来的、粒径大于40 mm的大石料，出料产品粒型较好，该车间为闭路生产，对中石起到了整形作用。

对HP300和H4800圆锥破碎机进行的破碎试验为：将破碎机排料口尺寸调整为29 mm、23 mm两种，分别对大石料进行破碎试验，进料最大粒径为80 mm。试验分别对破碎的进料粒径比例、短时生产率、颗粒级配、产品针片状含量指标进行测定，检测结果见表3。

表3 圆锥破碎机H4800、HP300产品检测成果表

① 最大进料尺寸为80 mm、破碎比约为5时，产品中的石针片状符合规范要求，其产品的针片状指标约为10.2%；设备排料口尺寸为29 mm时，大石产量占总量的10.3%～16.3%；排料口尺寸为23 mm时，大石产量 占 总 量 的2.3%～3.6%，大石在中碎后已经出料。为减少骨料循环，可将设备排料口尺寸控制为23 mm，基本上不生产大石。细碎车间的设计处理能力为302 t/h，设备负荷为80%，要求达到的处理能力为377 t/h，H4800排料口尺寸为23 mm时的处理能力为171.5 t/h，HP300排料口尺寸为23 mm时的处理能力为190.3 t/h，满足设计要求。

② 粒度特性曲线见图5、6。

(4)骨料经过超细碎制砂车间RP109、B9100后的破碎效果。

超细碎车间的处理能力为615.6 t/h，配置1台RP109、1台 B9100和1台PL9500(备用)立轴冲击式破碎机，单台处理能力为300～350 t/h，主要承担第二筛分车间分级的中小石混合料的破碎制砂任务，出料产品粒型较好。该车间为闭路生产，对小石起到了整形作用。检测结果见表4。

①本次试验通过对B9100及RP109进、出料进行检测得知：B9100制砂机的转子速度为65 m/s，处理量为462.8 t/h，成砂率为28%，细度模数为3.04，石粉含量为13.8%；RP109的转子速度为55 m/s，处理量为327～362.9 t/h，成砂率为39.34%，成品砂的细度模数为2.66，石粉含量为18.2%，RP109制砂机的处理量小于B9100，但成品砂的产量、质量优于B9100。制砂车间的砂子经水洗后细度模数为3.12，石粉含量为3.97%，需要回掺石粉10%左右。

图5 H4800圆锥破排料口尺寸为22 mm左右时的破碎曲线图

图6 HP300圆锥破开口尺寸为23 mm左右时的破碎曲线图

表4 立轴冲击式破碎机RP109、B9100产品检测成果表

② 粒度特性曲线见图7、8。

图8 不同部位水洗砂级配曲线图

(5)骨料成品砂的质量研究。

成品砂主要在第二筛分车间产出，第二筛分车间为湿法生产，第二筛分车间混合中细碎破碎后粒径<40 mm的骨料和制砂车间粒径<40 mm的破碎料；各设一组筛子对骨料进行筛分分级，设置尺寸为3 mm的筛网，剔除部分粒径为2.5～5 mm的粗砂，水洗后大部分细颗粒流失，砂子的石粉含量由最初的15%～18%降为6%～8%，可以回掺部分石粉，不同工况下的砂子级配见表5。

表5 不同工况下砂子的级配表

(6)废水生产浓度分析。

对二次筛分车间的尾水进行了取样试验，确定生产环节的中细碎车间骨料冲洗后尾水的固形物含量为6.6%，制砂车间骨料冲洗后尾水中的固形物含量为10.05%，生产废水经冲洗后混合废水的固形物含量为9.78%，细砂回收车间处理的固形物为4.22%，进入废水处理系统的固形物含量为5.56%。

(7)石粉回收车间回收细粉的分析。

石粉回收车间配置了1台VDS-512-5L克莱博斯细砂回收设备，设备配置5组旋流器，可处理的水量为550 m3/h，可回收粒径>0.05 mm以上的固体物质85%以上。为保证渣浆泵的安全运行，杜绝粒径>3 mm的颗粒物进入浆液池，所处理的固体物质量为50 t/h。将二次筛分尾水引流至石粉回收浆液池，通过渣浆泵将高浓度的浆液抽至旋流器，旋流器将石粉与水分离，通过脱水筛后经B40胶带机进入B41胶带机，与二次筛分车间的粗砂均匀混合，形成成品砂。通过分别开启不同组数的旋流器控制石粉的回收量，调整碾压砂及常态砂石粉含量。

进入石粉回收池的浆液浓度为9.78%(即97 800 mg/L)，开启5台旋流器可处理550 m3/h的废水，所处理的固体量为31.2 t/h，该部分石粉若全部掺入砂子，成品砂的石粉含量可达19.1%；为保证废水处理的第一道工序效果，5台旋流器需全部开启，将砂子的石粉含量控制在15%以下，需要弃除部分石粉。

4 运行工况下破碎效果的分析

(1)粗碎C125设备排料口e=150 mm时，设备出料的最大粒径为260 mm，依据成品料的最大粒径和中碎设备的处理能力，在不生产特大石成品料的情况下可适当调小排料口尺寸至135 mm，可减少出料中粒径>150 mm的骨料。

(2)中碎设备S4800和S3800排料口e= 42～45 mm，进料粒径为80～250 mm的骨料，此时破碎比为5，使其出料的95%保证在粒径80 mm以下。

(3)细碎设备为HP300多缸圆锥破碎和单缸的H4800，进料尺寸为40～80 mm的骨料，设备排料口尺寸控制在23～25mm左右，此时破碎比为3.5，使其出料粒径保证在40 mm以下。

(4)筛分工艺：中细碎后成品料可出中石和部分小石，部分小石需制砂机整形。制砂机的破碎料到第二筛分车间进行筛分有利于小石的出料；采用水洗工艺后，制砂机的成品砂细料流失较多，应尽最大可能掺入石粉回收车间的石粉，使成品砂的石粉含量维持在16%～18%的上线范围，减少石粉的弃除。

(5)制砂工艺：不使用棒磨机生产，利用立轴冲击式制砂机生产，筛分环节篦除部分粒径为2.5～5 mm的粗砂颗粒以调节砂子的细度模数；以1台RP109制砂机和1台B9100制砂机为主进行生产，产量和质量满足规范要求。

6 结 语

由破碎试验得知：正长岩的平均强度为140 MPa，略高于普通花岗岩，破碎曲线与花岗岩接近，处理能力基本接近花岗岩及厂家标准破碎量的中值。因进料的级配问题，破碎效果略有差异。与厂家的硬岩破碎曲线相对比，岩石破碎效果及制砂率表现为粗碎及中碎环节略好，细碎及制砂环节略低。