摘要：簡述了索風營水電站人工砂石骨料系統的設計規模、工藝流程、布置和設備配置；根據高RCC壩對砂細度模數、石粉含量、含水率等指標的特殊要求，針對石灰巖的特性，采用立軸式制砂機‘以破代磨’半干式制砂工藝，結合粉砂、水回收利用與環保工程配套，消除粉塵大氣污染，人為控制細度模數、石粉含量，分析半干法生產RCC人工砂的控制方法；探索了灰巖生產RCC人工砂的優化工藝。

關鍵詞：水利工程施工 RCC人工砂 工藝優化 砂 水回收 環境保護 索風營水電站

索風營水電站位于貴州省修文與黔西縣交界的烏江六廣河段，電站裝機容量 60MW，大壩的壩型為RCC重力壩，最大壩高 115.8m。

本工程主體及臨建工程的混凝土總量約 116萬m3，其中碾壓混凝土(RCC)為65.85萬m3， 常態混凝土50.15萬m3。混凝土的綜合配比為大石16.32%﹑中石29.19%﹑小石22.4%﹑砂32.08%。根據施工總進度安排，砂石系統建成后共需加工砂石成品料約254.1萬t，其中大石41.48萬t﹑中石74.18萬t﹑小石56.92萬t﹑砂81.52萬t。加工砂石骨料的料源，有26萬m3可利用工程開挖的渣料，尚有98萬m3需用石灰巖進行人工機械破碎，石灰巖取自距砂石系統附近的對穿巖料場。

據施工進度、混凝土澆筑強度曲線，本工程最大月混凝土澆筑強度為11.24萬m3，故索風營水電站人工砂石骨料系統的生產能力按11.24萬m3設計，能同時或獨立生產常態砂、碾壓砂及噴錨混凝土所需的各級配骨料，但考慮到各施工期對骨料的不同需求，設有6.4萬m3的成品儲存量來調節骨料的生產與耗用的平衡。系統采用先進的中央控制和電視監控系統，主要加工設備采用了(法國產)國際最先進的石灰巖破碎設備及國內一流的篩分、脫水及分級設備，共安裝有設備69臺套，裝機容量2800kW該系統于2001年9月26日開工，2002年4月12日聯動試機投產成功，比合同工期提前了16d。

系統工藝流程見圖1，經平衡計算各車間的處理量見表1。

表1 索風營水電站人工砂石骨料系統各車間的處理量

項目或車間

骨料直徑/mm

合計

＞80

80～40

40～20

20～5

2.5～5

＜5

骨料配比/%

—

16.32

29.19

22.40

32.09

100

成品料/t

—

123

220

170

242

755

粗碎車間處理量/t

267

257.4

168.5

125.5

13.3

18.3

850

中碎車間處理量/t

—

94

138

186

46

91

555

篩分(一)車間處理量/t

—

94

307

312

59

108

880

細碎車間處理量/t

—

—

—

233

56

201

490

篩分(二)車間處理量/t

—

—

—

545

142

283

970

破碎采用粗、中、細3段破碎，其中：粗碎采用開路；中、細碎采用與相應的篩分車間形成閉路循環生產工藝。

(1) 粗碎車間：設計生產能力為850t/h。車間內設置2臺Nordberg公司生產的NP1313反擊式破碎機，

作者簡介：王忠錄(1964-)，男，貴州省貴陽市人，高級工程師，從事水利水電建設施工管理工作。（該文已發表于《貴州水力發電》2004年第3期）。

并列運行，處理最大進料粒徑為750mm，單機破碎能力可達470t/h。

(2)中碎車間：主要處理預篩分后的粒徑大于80mm和部分40～80mm的石料，設計生產能力為700 t/h。車間內設置2臺Nordberg公司生產的NP1213反擊式破碎機，并列運行，其單機破碎能力可達350～400 t/h。

圖1 索風營水電站人工砂石骨料系統工藝流程

篩分車間主要起篩洗及分級作用，分預篩分、篩分(一)、篩分(二)等車間。

(1) 預篩分車間：設計生產能力為850t/h，車間內設2臺2YRK1845重型振動篩。振動篩采用雙層篩網，上層篩網孔為75mm×75mm，下層篩網孔為37.5mm×37.5mm。對大于80mm的石料經梭槽進入中碎NP1213破碎；40～80mm的石料由膠帶輸送機送入成品倉，小于40mm的全部石料進入圓筒洗石機(圓筒洗石機單機生產能力230t/h，2臺并列運行)，洗去泥土及小于2mm的石粉后，由膠帶輸送機送入篩分(一)車間；小于2mm的石粉經排水溝排入砂水回收系統，進行處理后再回收利用。

(2) 篩分(一)車間：設計生產能力為560t/h，車間內設1臺2YRK2460圓振篩。圓振篩采用雙層篩網，上層篩網孔為37.5mm×37.5mm，下層篩網孔為19mm×19mm。其中20～40mm和20～5mm的石料分別經膠帶輸送機送入成品倉；2.5～5mm的全部石料經ZKR1230脫水篩處理后，由膠帶輸送機送入制砂轉料倉；小于2.5的粉砂流入1號回收池處理后再利用。

(3) 篩分(二)車間：設計生產能力為700t/h，車間內設1臺3YRK2460圓振篩。圓振篩采用3層篩網，上層篩網孔為37.5mm×37.5mm，中層篩網孔為19mm×19mm，下層篩網孔為5mm×5mm。篩分(二)主要承擔中碎以后骨料的篩分。其中大于40mm的骨料返回預篩分車間；40～20mm及20～5mm的石料可經膠帶輸送機送入篩分(一)或轉料倉；小于5mm的石料直接由膠帶機送入砂篩分車間。

(4) 砂篩分車間：設計生產能力為500t/h，車間內設4臺2YRK2460圓振篩(主要處理2臺VI400制砂機生產的砂料)和2臺YRK2056圓振篩(主要處理兩臺PL-8500生產的砂料)。PL-8500生產的砂料含粉率可達20%以上，從而改善了RCC用砂的石粉含量。

根據砂石料的特性和系統工藝流程計算后，系統主要設備的配置見表2。

索風營水電站砂石骨料生產系統由儲料場、粗碎車間、中碎車間、細碎車間、篩分車間、半成品料倉、轉料倉、成品料倉及砂、水處理系統等組成。

粗碎車間設在左岸進場公路旁的山坡上，2臺破碎機對稱布置；半成品倉，上部設定點Y型架皮帶機堆料，堆料高度為27m，料倉長75m，寬65m，容量為3.5萬m3；成品倉由大石倉、中石倉、小石倉、2個砂倉組成，寬50m，長265m，總容量6.81萬m3。

生產中經圓筒洗石機及脫水篩排放的小于2mm的砂、泥污水，經四級砂、水回收處理系統后，粉砂經2臺4PS砂泵回收至螺旋分級機脫水后直接摻入成品砂中，主要用于調整砂的細度模數；廢水經三級處理后回收利用(設計回收60%，實際回收達90%)；污泥排放到污泥回收池，用挖掘機挖裝運至棄渣場。

系統建成投產后，首先配合索風營電站“建設綠色環保水電站，開發清潔能源”的目標，在污水排放及治理大氣污染上做了很多工作，在石粉回收及廢水處理的回收利用方面都取得了較為明顯效果。

表2 系統主要設備選型與配置

設備名稱

規格型號

銘牌產量/(t·h-1)

設計產量/(t·h-1)

數量/臺

進料粒徑/mm

功率/kW

反擊式破碎機

NP1313

470

850

2

＜750

200

給料篩

B13-56-2V

500

850

2

0～750

11

槽式給料機

900×2100

70～270

180

6

0～300

7.5

電子吸鐵器

PCDC-10

—

—

1

—

2.2

圓振篩

2YKR1845

500

850

2

＜300

30

圓筒洗石機

TX1836

230

330

2

＜40

75

反擊式破碎機

NP1213

400

700

2

80～300

200

脫水篩

ZKR1230

70

50

＜2.5

4*2

圓振篩

3YRK2460

280～880

700

1

0～80

45

立式破碎機

VI400

300

500

2

2.5～60

400

圓振篩

2YRK2460

280～500

130

4

2～40

37

立式破碎機

PL-8500

90～160

100

2

2.5～40

200

圓振篩

YRK2052

150～350

130

2

0～40

18

刮泥機

SFJ-16/2

80

60

2

0～2.5

11

砂泵

4PS

250

250

2

0～2.5

45

螺旋分級機

FG-15

100

75

2

0～2.5

15

脫水篩

ZKR1445

150

100

0～2.5

7.5*2

電磁振動給料機

ZG8

—

—

20

0～80

2

自動識別電子皮帶稱

—

1000

850

1

0～80

2

2003年7月至12月主體工程需用骨料7.7萬m3，為了滿足RCC對用砂的要求而進行了工藝改進和調整，解決了砂的細度模數及石粉含量問題。

2004年1月至4月主體工程需用骨料21.6萬m3，工藝改進主要解決了細度模數的穩定性及提高石粉含量問題。

(1) 在粗碎、中碎設備的選型上，根據石灰巖強度不高、易碎的特性，所選用的NP1313、NP1213反擊式破碎機具有破碎比大，產品粒形好，能耗低等特點。粗碎設計單機生產能力為470t/h，但在破碎機開口為18cm時的實際生產能力可達760t/h，達到了設計總產量的89%；中碎設計單機生產能力為350t/h，但在破碎機開口為6cm時的實際生產能力可達480t/h，達到了設計總生產能力的73%，說明本系統中粗碎、中碎在設備配置上富裕過大。因此，只要粗碎、中碎處理的設計生產能力不超過1500t/h，仍以采用2臺設備較為合理。

(2) 原設計中在棒條給料機下設有YKR1022圓振篩，將小20mm的骨料送入TX1530圓筒洗石機處理后再經1號皮帶進入半成品料倉。但在毛料含泥量較高時，受圓筒洗石機處理能力的限制，使處理后的污水排放造成了污染，環保費用較高，故應該用皮帶機輸送出去作棄料處理，可大大降低下一工序的處理難度，這既能滿足環保要求，同時也可降低運行成本。

(3) 本系統的中碎設備配置雖有富裕，但經預篩分進入的梭槽坡度(35o)偏小，影響堆料而造成中碎產量偏低，為此增設了附著式振搗器。對大于80mm骨料的梭槽坡度應改為38o～42o。

(4) 預篩分中小于40 mm骨料直接進TX1836圓筒洗石機，沖洗后大于2mm的骨料進入篩(一)再次沖洗。雖然該設備洗石效果較好，但重點應解決好骨料的脫水問題，若配合FX型螺旋分級機使用，則效果會更佳。

目前，大多數投入運行的和正在建設中的水電站人工砂石生產系統的制砂工藝，均沿用20世紀60至70年代的棒磨機制砂工藝，僅在部分大型水電工程中采用國外先進的制砂設備。國外先進的制砂設備雖然生產強度高，但生產出來的砂的細度模數偏大(較粗)，仍需采用棒磨機或其他辦法進行補充，且有生產成本增加、細砂流失量大、耗鋼量大及對環境污染嚴重等問題。

RCC對骨料要求較高的問題是砂的細度模數、石粉含量及相對穩定的含水量，故人工砂石生產系統研究的重點是：一方面是如何使人工砂達到高含粉量(17%～22%)、穩定的低含水率(6%以下)和波動小于0.2的細度模數(2.2～2.9)指標(高RCC壩中應用高石粉摻量，可降低水泥用量，從而降低水化熱，改善RCC的泛漿彈塑性和可碾壓性等綜合性能)；另一方面是如何最大限度地將生產中95%的石粉回收利用和70%的廢水回收再利用，以減少毛料的開采量，并使排放的廢水達到國家環保規定的一次性排放標準，節約工程成本。

根據高RCC壩對砂細度模數、含水率等指標的特殊要求，針對石灰巖的特性，索風營人工砂石生產系統采用立軸式制砂機半干式制砂工藝，以消除粉塵對空氣的污染，提高制砂產量及粉砂、廢水的回收利用率；另外，要人為控制好砂的細度模數及顆粒級配，以改善碾壓混凝土的性能，加快施工進度，降低運行成本。但在系統布置和工藝流程上存在如下問題：

(1) 若中碎、制砂相關聯的設備一旦發生故障檢修，成品料便不能生產，說明布置不夠合理。解決的方法應將中碎與制砂系統完全脫離開，并增大轉料倉容量(由650m3增大到3500m3)，使2個系統能單獨運行，有6～8h的修理時間，高峰期便有提高產量的空間。

(2) 經轉料倉進入制砂機的2條皮帶，可改為1條皮帶供給制砂機上部的受料倉后再分別以自落式供給制砂機。這既可減少皮帶機數量及運行成本，又可降低物料直接沖擊破碎腔上口，避免拋料頭分料不均勻而損壞拋料頭和襯板等問題。

(3) VI400制砂機對含水率過于敏感，當含水率為5%～10%時(大于10%時可進行濕法生產)，受線速度和含水率的限制，經篩分后的回頭料中的2.5～5mm的骨料不容易再次破碎，并且容易造成堵塞拋料頭和破碎腔護板，使產砂率和石粉含量降低；當含水率小于2%時，揚塵污染嚴重。因此，進行半干法生產時，含水率應控制在2%～5%為宜。

(4) 原設計砂的篩分是使用2層不同孔徑的篩網來解決砂的細度模數問題，但實際操作中很難調整砂的細度模數，篩網更換的難度也較大，運行成本較高。試運行后改為單層篩網在同一層面分上下部設不同孔徑篩網調整，6座圓振篩分別使用2.5mm×10mm、3mm×10mm、4mm×10mm的篩網，用給料量的大小來調整細度模數，從而實現了細度模數的調整。

(5) VI400制砂機生產砂的細度模數偏大(實測M=3.3～3.8)，用篩網調節細度模數又造成產量下降(設計產量260t/h；當M=2.7～2.9時實測產量僅為110～160t/h)，石粉含量也偏低(實測為11.5%～14.3%)。為了解決這一難題，利用泥沙在一定水壓力作用下自然沉淀分離的原理，設計了一套砂、水回收系統。其工序為：刮砂機將砂刮入集砂坑后用砂泵抽砂，被攪拌后的濁水經回收槽流入下一級再回收；砂泵在一級沉淀池中回收0.63～2.5mm的粉砂，送入1號FC-15螺旋分級機，經ZKR1445脫水后的篩脫水與干砂混合后進入成品砂倉，一級回收18 t/h，脫水后砂的含水率為4.5%～5.6%，半干式制砂篩分后砂的含水率為1%～2%，兩種混合后的含水率為2.5～3.5%，控制了砂含水率的波動＜0.5%。二級沉淀池主要回收經1號螺旋分級機處理后所溢流出的小于0.63mm的粉砂；大于0.08mm的粉砂和石粉，再用2PS砂泵抽到濃縮箱，經濃縮后進入2號螺旋分級機送至脫水篩；二級所回收的0.08～0.63mm的砂為5～7t/h，經回收的砂在25號、26號皮帶上與篩分樓的砂混合后送入成品倉，經檢測摻入回收砂混合后砂的細度模數降低了0.15，石粉含量提高了2%左右，實測為13.6%～17.1%。回收后摻入濃縮箱和2號螺旋分級機的溢流水流入3號水回收池，3號池將排除的泥進入干化池處理，而清水溢流入4號清水池回收利用。本系統的土建及設備的投資不大(總投資36萬元)，但解決了人工砂石生產系統的環保難題，且經濟效益明顯，其中節約用水費用(0.75元/m3)可達125萬元，粉砂0.08～2.5mm回收利用可節約費用(砂25元/t)180萬元左右。

(6) 按DL/T5112-2000《水工RCC施工規范》要求，人工砂的石粉(d≤0.16mm的顆粒)含量宜控制在10%～22%，最佳石粉含量應經過試驗確定。索風營大壩原設計的人工砂石粉含量為10%～17%，經專家組論證后對0.08mm以下的石粉含量作了調整，由于系統設備資源及工藝上已無潛力可挖，只有考慮增加設備投入，經綜合比較后增加了2臺PL-8500立軸式破碎機，并要求生產廠商將線速度由60m/s提高到70m/s，以增大破碎比和獲取高石粉量。增加的制砂設備于2004年3月15日投入運行，在2004年4月20日檢測得M值為2.7，誤差為0.15；石粉含量為17%～21.8%、平均18.3%，于0.08 mm的石粉含量為11.6%～14.4%、平均12.8%。

索風營人工砂石生產系統，采用半干式制砂工藝，結合砂、水的充分回收利用，又對系統內場地進行了綠化，皮帶及砂倉也增設了防雨、防塵棚，基本實現了工廠化管理；經過這2年多運行和改進，現系統運行穩定、可靠。因砂的細度模數穩定、石粉含量提高，使得2004年3月以后大壩RCC配合比中降低了6%的粉煤灰摻量，經濟效益較為明顯；并較好地解決了人工砂石生產的環保問題，大大降低了運行成本，為高碾壓混凝土壩人工砂石骨料生產探索了一條新的路徑，也為索風營水電站工程爭創魯班獎奠定了基礎。

儀器編號 線膨脹系數（10-6/℃）復相關系數 標準差 時效類型

NX15.972 0.996 2.071 微膨脹

NX2 8.617 0.985 2.419 微膨脹

NX3 6.271 0.990 2.065 微膨脹

ND1 3.515 0.976 3.301 先膨脹后微收縮

N1 5.104 0.699 6.862 微膨脹

N2 2.315 0.900 3.501 先膨脹后微收縮

N3 6.085 0.784 3.221 微膨脹

N4 7.794 0.982 2.056 微膨脹

（1）大壩布置了比較完整的安全監測系統，并隨著壩體混凝土的澆筑施工進度，高程1022.0m以下的壩體內部監測儀器已按設計要求全部安裝埋設完畢，監測儀器安裝埋設質量及觀測質量良好，觀測值符合碾壓混凝土壩的一般規律；

（2）施工期溫度監測成果及時為壩體混凝土的澆筑碾壓計劃提供依據，指導了施工，達到了監測設計目的。

Abstract: According to the material characteristic of the RCC arch dam and combining the project concrete conditions ofthe Yujianhe reservoir， this text introduces the RCC arch dam monitor establishment situation of instrument and equipment， and the arrangement analysis of observation information in initial stage. Its achievement can be for other similar project reference.

Keyword: RCC arch dam; monitor design; arrangement analysis of observation information in initial stage.