1、概述
    向家壩水電站是金沙江梯級(jí)開發(fā)的最后一級(jí)電站。左岸為四川省宜賓縣，右岸為云南省水富縣，壩址左岸下距四川省宜賓縣的安邊鎮(zhèn)4km，四川省宜賓市33km，右岸下距云南省的水富縣城1. 5km，交通十分方便。電站設(shè)計(jì)正常蓄水位380. OOm，最大壩高162m，總裝機(jī)容量6000MW。
    主體工程混凝土施工期為2007年7月～2014年3月，其總工期約6年9個(gè)月。其中2010年1月～2012年3月為混凝土高峰澆筑期，共澆筑混凝土770. 03萬(wàn)m3，占主體工程混凝土澆筑總量約63%，平均澆筑強(qiáng)度為28. 52萬(wàn)Ⅲ3/月；2010年7月～2011年6月為混凝土高峰澆筑年，共澆筑混凝土408. 09萬(wàn)m3，占主體工程混凝土澆筑總量約33%，平均澆筑強(qiáng)度為34. 01萬(wàn)m3／月，計(jì)入月不均衡系數(shù)1.2后，混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度為40. 81萬(wàn)m3／月。
    太平料場(chǎng)及馬延坡砂石加工系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱砂石系統(tǒng)）主要擔(dān)負(fù)主體工程約1220萬(wàn)m3混凝土所需骨料的供應(yīng)任務(wù)，共需生產(chǎn)混凝土骨料2684萬(wàn)t，其中粗骨料1825萬(wàn)t、細(xì)骨料859萬(wàn)t。
    砂石系統(tǒng)由太平料場(chǎng)開采區(qū)、大灣口半成品加工區(qū)、馬延坡成品加工區(qū)以及兩者之間長(zhǎng)31. lkm長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸線四部分組成。太平料場(chǎng)位于庫(kù)區(qū)右岸綏江縣新灘溪溝內(nèi)大灣口附近，距壩址公路里程約59km，直線距離約30km;大灣口半成品加工區(qū)位于太平料場(chǎng)附近的大灣口緩坡山地上，布置高程1050. 00～1169.00m:馬延坡成品加工區(qū)位于右壩頭附近的馬延坡沖溝左側(cè)緩坡山地上，布置高程475. 00～600. 00m。主體工程施工期間，砂石系統(tǒng)采用太平料場(chǎng)開采的石料生產(chǎn)混凝土骨料，分別供應(yīng)右岸高程380. 00ln、300. 00m和310.00m三個(gè)混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)。
2、工藝設(shè)計(jì)條件
    a)混凝土澆筑高峰時(shí)段生產(chǎn)級(jí)配
    砂石生產(chǎn)高峰期以常態(tài)混凝土四、三、二級(jí)配作為設(shè)計(jì)級(jí)配（其中：四級(jí)配混凝土占43%，三級(jí)配混凝土占26%，二級(jí)配混凝土占31%）。其綜合計(jì)算級(jí)配：特大石：大石：中石：小石=13.8：24.2．：31.O：31.0(%)，砂率取32%。
  b)原巖特性
  原巖巖性為二迭系灰?guī)r，其面干飽和濕抗壓強(qiáng)度平均值95, 60MPa(其分布范圍：63～149MPa)，軟化系數(shù)0. 6～0. 79，屬中等可碎性巖石。
  c)粒度特性
  采用其它類似工程巖石的破碎試驗(yàn)資料和生產(chǎn)廠家提供的資料。
3、工藝設(shè)計(jì)方案一
3.1生產(chǎn)規(guī)模
    根據(jù)招標(biāo)設(shè)計(jì)階段施工總進(jìn)度安排，主體工程混凝土高峰澆筑強(qiáng)度為40. 81萬(wàn)m3／月。按每日兩班制生產(chǎn)，砂石系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模：處理能力3200t/h，生產(chǎn)能力2600t/h。
3.2工藝流程及設(shè)備選型
    按以生產(chǎn)四、二級(jí)配混凝土骨料為主，同時(shí)也能生產(chǎn)三級(jí)配骨料進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)。工藝流程按粗碎、中碎開路，細(xì)碎與篩分構(gòu)成閉路生產(chǎn)粗骨料，細(xì)碎、超細(xì)碎（立軸沖擊式破碎機(jī)）與篩分構(gòu)成閉路生產(chǎn)人工砂，輔以棒磨機(jī)制砂，雙線生產(chǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于灰?guī)r的局部含泥量可能較多，設(shè)置第二篩分洗石工序?qū)�含泥量較多的半成品料（≤40mm）進(jìn)行清洗。
    由于砂石系統(tǒng)運(yùn)行期較長(zhǎng)，砂石料生產(chǎn)總量相對(duì)較高，為提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，加工所需關(guān)鍵設(shè)備——破碎機(jī)、洗石機(jī)和石粉回收裝置采用國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，其它設(shè)備采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。
    工藝流程及主要設(shè)備選型詳見“太平料場(chǎng)及馬延坡砂石加工系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖（方案一）”。
3.3工藝布置
    太平料場(chǎng)開采的毛料經(jīng)自卸汽車運(yùn)至大灣口半成品加工區(qū)，加工后的半成品料(≤150mm)經(jīng)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)輸送線運(yùn)至馬延坡成品加工區(qū)的半成品堆場(chǎng)，生產(chǎn)的成品砂石料經(jīng)成品堆場(chǎng)底部的帶式輸送機(jī)運(yùn)至右岸各混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，車間順山坡地形自上而下呈階梯型布置。
    a)大灣口半成品加工區(qū)
    1)粗碎車間：配置42-65型旋回破碎機(jī)3臺(tái)。小于900mm的毛料從太平料場(chǎng)經(jīng)自卸汽車運(yùn)至受料倉(cāng)進(jìn)行破碎，平均運(yùn)距約2. 5km，破碎后的石料由膠帶機(jī)運(yùn)往1號(hào)半成品堆場(chǎng)堆存。
    2)第一篩分、中碎車間：配置YAH2460型圓振動(dòng)篩和S4800EC型圓錐破碎機(jī)各2臺(tái)。篩上≥150mm的碎石進(jìn)入破碎機(jī)進(jìn)行破碎，篩下≤150mm的碎石和破碎后的石料經(jīng)帶式輸送機(jī)送至2號(hào)半成品堆場(chǎng)。
    3)2號(hào)半成品堆場(chǎng)：總?cè)莘e37.5萬(wàn)m3，活容積滿足高峰期約5d的砂石需用量。
    b)馬延坡成品加工區(qū)
    1)3號(hào)半成品堆場(chǎng)：為提高混凝土骨料供應(yīng)的可靠性，設(shè)置1個(gè)總?cè)莘e50萬(wàn)m3的半成品堆場(chǎng)，活容積滿足高峰期約lOd的砂石料需用量。
    2)第二篩分、洗石車間：配置2DYS3373型圓振動(dòng)篩和3200×7455型圓筒洗石機(jī)各3臺(tái)。篩洗后的部分80～150 mm骨料經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品堆場(chǎng)，7另一部分80～150 mm骨料運(yùn)往細(xì)碎車間；根據(jù)石料的含泥量，篩分后≤40mm的骨料可進(jìn)入（或不進(jìn)入）圓筒洗石機(jī)沖洗，洗石后（或未經(jīng)沖洗）與40～80mm骨料混合，經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)往第三篩分車間。
    3)第三篩分車間：配置2USK2460型圓振動(dòng)篩12組（共24臺(tái)），配套選用FC-12型螺旋分級(jí)機(jī)12臺(tái)。≤80mm的骨料被送入第三篩分車間分級(jí)篩分，篩分后的部分40～80mm、20～40mm、5～20mm骨料及≤5mm成品砂經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品堆場(chǎng)。級(jí)配平衡后，多余部分的骨料被分別運(yùn)往細(xì)碎車間、超細(xì)碎車間和棒磨機(jī)制砂車間。
    4)細(xì)碎車間（破碎制砂）：配置S500D型反擊式破碎機(jī)4臺(tái)。來(lái)自第二篩分、洗石車間的80～150mm骨料和第三篩分車間的20～80mm骨料分別被送入細(xì)碎車間進(jìn)行破碎，破碎后的骨料返回第三篩分車間，形成閉路循環(huán)。
    5)超細(xì)碎車間（破碎制砂）：配置RP109型立軸沖擊式破碎機(jī)6臺(tái)。來(lái)自第三、第四篩分車間的5～40mm骨料經(jīng)帶式輸送機(jī)送入超細(xì)碎車間，破碎后的骨料被運(yùn)往第四篩分車間。
    6)第四篩分車間：配置3USK2460型圓振動(dòng)篩8臺(tái)，配套選用FC-12型螺旋分級(jí)機(jī)8臺(tái)。≤40mm骨料被送入第四篩分車間進(jìn)行篩分分級(jí)，≥5mm骨料返回超細(xì)碎車間，形成閉路循環(huán)；≤5mm的成品砂運(yùn)往成品堆場(chǎng)；級(jí)配平衡后，部分3～5mm骨料送入棒磨機(jī)制砂車間。
    7)棒磨機(jī)制砂車間：配置MBS-22136型棒磨機(jī)7臺(tái)（備用l臺(tái)），F(xiàn)C-15型螺旋分級(jí)機(jī)7臺(tái)（備用1臺(tái)）。由第三、第四篩分車間運(yùn)來(lái)的3～20mm骨料被送入棒磨機(jī)制砂，成品砂經(jīng)螺旋分級(jí)機(jī)脫水，與第三、第四篩分車間生產(chǎn)的成品砂摻混后，由帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品堆場(chǎng)堆存。
8)石粉回收車間：配置2SG48-120W-4A型石粉脫水回收裝置5套，150ZG51111型渣漿泵5臺(tái)。第三和第四篩分、棒磨機(jī)車間產(chǎn)生的廢水（含石粉）由排水溝渠匯集至回收池，經(jīng)渣漿泵送入該裝置處理，回收的石粉與成品砂摻混后由帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品堆場(chǎng)堆存。
    9)成品料堆場(chǎng)：總?cè)莘e為45萬(wàn)m3，其中成品砂20萬(wàn)Ⅲ3，成品碎石25萬(wàn)m3，成品砂活容積可滿足高峰期約14d的細(xì)骨料需用量，成品碎石活容積可滿足高峰期約8d的粗骨料需用量。
    10)供水及廢水處理：總需水量6000m3／h，由壩區(qū)右岸供水系統(tǒng)供水；廢水設(shè)計(jì)處理能力5400 m3/h，生產(chǎn)的廢水由排水溝渠匯集至廢水集水池，通過6臺(tái)渣漿泵輸送至尾渣庫(kù)，自然沉淀后的清水經(jīng)水泵送回高程572. OOm水池。
4、工藝設(shè)計(jì)方案二
    根據(jù)近幾年水電工程砂石系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)踐情況，結(jié)合向家壩水電站人工砂石系統(tǒng)的具體工況，確定對(duì)砂石系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的以下3個(gè)環(huán)節(jié)開展進(jìn)一步研究。
    工藝流程及主要設(shè)備選型詳見“太平料場(chǎng)及馬延坡砂石加工系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖（方案二）”。
4.1  粗碎車間和第一篩分、中碎車間
    粗碎車間：配置JM1513型顎式破碎機(jī)4臺(tái)。小于1000mm的毛料從太平料場(chǎng)經(jīng)自卸汽車運(yùn)至粗碎車間受料倉(cāng)，料倉(cāng)底部配置HGF1852 2G型初級(jí)振動(dòng)給料機(jī)4臺(tái)。由該給料機(jī)給入破碎機(jī)破碎，破碎后的半成品料經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)至1號(hào)半成品堆場(chǎng)堆存。
    第一篩分、中碎車間：配置2YAH2460型圓振動(dòng)篩和S6800EC型旋回式圓錐破碎機(jī)各2臺(tái)。篩上≥150mm的碎石進(jìn)入圓錐破碎機(jī)進(jìn)行破碎，篩下≤150mm的碎石和破碎后的石料被送至2號(hào)半成品堆場(chǎng)。
4.2第二篩分、洗石車間
    配置2DYS3373型圓振動(dòng)篩3臺(tái)和KPI6048-23T型螺旋洗石機(jī)4臺(tái)。篩洗后的部分80～150 mm骨料經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品堆場(chǎng)，另一部分80～150 mm骨料運(yùn)往細(xì)碎車間；根據(jù)石料的含泥量，篩分后≤40mm的骨料可進(jìn)入（或不進(jìn)入）螺旋洗石機(jī)清洗，清洗后（或未經(jīng)清洗）與40～80mm骨料混合，經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)往第三篩分車間。
4.3第四篩分車間和石粉回收車間
    第四篩分車間：采用封閉式全干式篩分法進(jìn)行生產(chǎn)。配置USK2460型單層圓振動(dòng)篩和C56-144D-3DD8(或2618VM)雙層高頻振動(dòng)篩各6臺(tái)，無(wú)需配置螺旋分級(jí)機(jī)脫水。來(lái)自超細(xì)碎車間的≤40mm骨料被送入第四篩分車間，篩分分級(jí)后，5～40mm骨料返回超細(xì)碎車間調(diào)節(jié)料堆，形成閉路循環(huán)；≤5mm的成品砂被運(yùn)往成品堆場(chǎng)；級(jí)配平衡后，部分3～5mm骨料被送入棒磨機(jī)制砂車間。由于系統(tǒng)總需水量由6000m3／h減至4800m3/h，所以石粉回收車間配置2SG48-120W-4A型石粉脫水回收裝置3套，150ZG51Ⅲ型渣漿泵3臺(tái)。
    采取分散設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)方式進(jìn)行除塵，共設(shè)置4套通風(fēng)除塵系統(tǒng)，分別對(duì)第四篩分車間（含調(diào)節(jié)料倉(cāng)）、2號(hào)細(xì)碎車間和超細(xì)碎車間進(jìn)行除塵，采用布袋式除塵器作為除塵設(shè)備。
5、工藝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
5.1粗碎、中碎工藝比較
    將粗碎和中碎作為一個(gè)整體進(jìn)行比較，兩種工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性的具體比較見表l。
    通過上述分析比較可知，兩種方案均能滿足主體工程混凝土對(duì)砂石料生產(chǎn)的要求，并對(duì)灰?guī)r具有較好的適應(yīng)性。
    就技術(shù)性能而言，顎式破碎機(jī)與旋回式破碎機(jī)相比，具有破碎產(chǎn)品粒徑相對(duì)較大、粒形相對(duì)較差、需配置給料機(jī)的不足之處；但是，顎式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、重量較輕、運(yùn)動(dòng)部件較少、無(wú)需復(fù)雜的液壓潤(rùn)滑裝置等優(yōu)點(diǎn)，并且可通過后續(xù)破碎作業(yè)改善顎式破碎機(jī)破碎產(chǎn)品的粒形，使成品砂石料的針片狀顆粒含量控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。
    就經(jīng)濟(jì)性而言，“方案二”與“方案一”相比，節(jié)省粗、中碎設(shè)備費(fèi)用約200萬(wàn)元，節(jié)省粗、中碎工序砂石生產(chǎn)綜合費(fèi)用約310萬(wàn)元（差值約0.7%）。
5.2洗石工藝比較
    太平料場(chǎng)地表基巖裸露，巖石完整性較好，風(fēng)化較淺，夾層所占比例不足1%，巖溶不發(fā)育。據(jù)此，初步判斷其含泥量不高，可選圓筒洗石機(jī)或螺旋洗石機(jī)為洗石設(shè)備，具體比較見表2。
    通過上述的分析比較可知，兩種方案均能滿足向家壩水電站主體工程混凝土對(duì)成品砂石料含泥量的要求，并對(duì)太平料場(chǎng)灰?guī)r巖石（硬度適中、磨蝕性極�。┚哂休^好的適應(yīng)性。
    就技術(shù)性能而言，“方案二”比“方案一”具有螺旋洗石機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、重量較輕、運(yùn)動(dòng)部件少、洗泥能力較強(qiáng)、單機(jī)的可靠性較高、動(dòng)能消耗較低等優(yōu)點(diǎn)；單條螺旋洗石機(jī)生產(chǎn)線的洗石環(huán)節(jié)和設(shè)備數(shù)量較少、布置相對(duì)簡(jiǎn)單；由于螺旋洗石機(jī)相對(duì)較輕，因而其運(yùn)輸?shù)碾y度、設(shè)備安裝和運(yùn)行維護(hù)的難度相對(duì)較小。
    螺旋洗石機(jī)的缺點(diǎn)主要是其允許的進(jìn)料粒度較小，僅為65mm，處理能力沒有圓筒洗石機(jī)大，所以將第二篩分車間下層篩網(wǎng)孔徑定為40mm，控制進(jìn)入螺旋洗石機(jī)的石料粒度不超過40mm，同時(shí)也起到了降低洗石機(jī)生產(chǎn)負(fù)荷的作用。
    就經(jīng)濟(jì)性而言，“方案二”與“方案一”相比，節(jié)省洗石設(shè)備費(fèi)用約1626萬(wàn)元，節(jié)省砂石生產(chǎn)綜合費(fèi)用約3730萬(wàn)元。
5.3破碎制砂工藝比較
    破碎制砂分兩種，一種是干式破碎制砂（立軸沖擊破制砂與干式篩分相結(jié)合），另一種是濕式破碎制砂（立軸沖擊破制砂與加水濕式篩分相結(jié)合）。目前，水電行業(yè)人工砂石料生產(chǎn)廣泛采用濕式制砂工藝，但是，干式破碎制砂的優(yōu)越性已日益明顯，已在數(shù)個(gè)工程實(shí)踐中取得一定驗(yàn)證。
5.3.1濕法普通篩分與干法高頻篩分的技術(shù)比較
5.3.2石粉回收、廢水處理工藝技術(shù)比較
5.3.3綜合比較
    兩種制砂工藝均能滿足主體工程混凝土對(duì)成品砂的質(zhì)量要求，對(duì)灰?guī)r巖性具有較好的適應(yīng)性。
    “方案一”（濕式破碎制砂）：生產(chǎn)過程無(wú)粉塵產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境和運(yùn)行人員的健康影響較��；但生產(chǎn)用水量較大，石粉流失量較大，人工砂石粉含量偏小，細(xì)度模數(shù)偏高，需采用棒磨機(jī)制砂調(diào)整細(xì)度模數(shù)和石粉含量，成品砂的質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)范要求；成品砂含水率偏高，對(duì)混凝土溫控帶來(lái)一定難度。
    “方案二”（干式破碎制砂）：生產(chǎn)過程用水量和廢水排放量均較�。蝗斯ど笆�粉含量相對(duì)較大，細(xì)度模數(shù)相對(duì)較低，需采用棒磨機(jī)制砂調(diào)整其細(xì)度模數(shù)和石粉含量，成品砂的質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)范要求；生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，需配置通風(fēng)除塵裝置；成品砂含水率較低，可以縮短其脫水時(shí)間。
    干式破碎制砂的關(guān)鍵是如何提高干式篩分的篩分效率和降低粉塵污染。為提高篩分效率，設(shè)計(jì)采用進(jìn)口干式高頻振動(dòng)篩并控制進(jìn)篩石料的含水率在3～5%以內(nèi)，增加超細(xì)碎車間調(diào)節(jié)料倉(cāng)的容積（具有8h的調(diào)節(jié)量）；為降低粉塵污染，對(duì)第四篩分車間和超細(xì)碎車間實(shí)行局部封閉并配置相應(yīng)的除塵設(shè)備。
    就經(jīng)濟(jì)性而言，通過分析計(jì)算，“方案二”與“方案一”相比，節(jié)省篩分、洗砂和石粉回收設(shè)
備費(fèi)用約41萬(wàn)元，節(jié)省砂石生產(chǎn)綜合費(fèi)用約620萬(wàn)元。
6、結(jié)論
    經(jīng)綜合比較，“方案一”和“方案二”都采用了較為先進(jìn)的工藝流程，關(guān)鍵設(shè)備均選用進(jìn)口大型設(shè)備，都能生產(chǎn)出符合質(zhì)量和數(shù)量要求的成品砂石料。
    粗碎工藝采用顎式破碎機(jī)或旋回破碎機(jī)都是可行的，旋回破碎機(jī)方案技術(shù)性能略優(yōu)（破碎產(chǎn)品粒形較好，粒度較細(xì)），顎式破碎機(jī)方案經(jīng)濟(jì)性略好（粗、中碎工序總費(fèi)用節(jié)省約310萬(wàn)元）；
“方案二”的洗石工藝和破碎制砂工藝的總費(fèi)用明顯低于“方案一”，并且“方案二”的洗石工藝和破碎制砂工藝在保證成品砂的質(zhì)量、運(yùn)行維護(hù)管理等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，推薦采用“方案二”（或“方案一”）的粗、中碎工藝及“方案二”的洗石工藝、破碎制砂工藝作為太平料場(chǎng)及馬延坡砂石加工系統(tǒng)的招標(biāo)設(shè)計(jì)方案。