浅谈天然料砂石加工系统工艺设计的几个问题郑崇飞(中国水利水电第七工程局有限公司五分局四川彭山620860 ) 摘要：本文基于大渡河安谷水电站的天然料砂石加工系统工程，对天然料砂石加工系统工程的工艺设计要点进行初步分析，重点阐述了天然料加工系统在需要增加破碎工艺平衡骨料级配时的几个问题，并提出处理的方案，以供参考。
关键词：天然砂石料工艺设计问题1、概述水利水电工程项目附属工程天然砂石料加工系统一般在河流的中下游才具备使用条件，其工艺设计与目前大量使用的人工砂石加工系统有其独有的特点：1、毛料各级配的比例与混凝土各级需要量的总比例一般差别较大，大量的水电工程为取得较好的经济效益需要破碎骨料以调节级配，这就使其砂石加工系统不为纯粹的简单筛分系统，实质是天然砂石骨料加工系统和人工骨料加工系统的结合，工艺设计相对复杂。
2、天然砂料直接冲洗筛分后其质量或数量一般难于满足工程项目的要求，这就导致需要制备人工砂掺入天然砂使用，补充其使用数量的同时调节其细度模数或石粉含量等指标，如大渡河下游天然砂为特细砂，就需要调节细度模数及控制石粉含量，工艺设计时必须充分考虑相应的工艺设计方案。
3、破碎天然卵石骨料和破碎开采块石毛料有其独有的特点，如破碎机加工的效率，破碎段的选择等。
总之，合理设计天然砂石加工系统，通过破碎平衡级配，在满足工程各级骨料的需求比例和总量的同时，控制好砂石骨料的质量，这与直接采用人工骨料加工系统比较将大量节约项目投资，可取得较好的经济和社会效益。
以下结合大渡河安谷水电站天然砂石加工系统，对使用天然料的加工系统工艺设计中常见的也容易出现的问题进行分析，并提供解决或改进的方案，为以后类似工程工艺设计提供参考。
2、安谷水电站天然料砂石系统工艺介绍安谷水电站砂石加工系统工程主要承担电站厂坝枢纽土建及金属结构安装工程混凝土所需的骨料供应任务。
系统设计满足混凝土浇筑高峰期月平均强度约14万m3/月混凝土浇筑所需的粗、细骨料供应任务，设计加工系统毛料处理能力约1200 t/h，成品料生产能力约880t/h，其中砂生产能力约286t/h。
（1）系统设计工艺流程图见下图：图1：安谷水电站天然料砂石加工系统工艺流程图（2）系统主要设备配置表：表1：安谷水电站天然砂石加工系统主要设备配置表（3）系统特点：系统处理特大石及超径石的破碎加工采用三段破碎工艺；破碎料加工过程可单独运行：即中碎加工粗碎破碎后的骨料，细碎加工中碎破碎后的骨料，不与天然料混合加工（除多余的大石在细碎段进入细碎车间混合加工为特例）；补充人工砂采用干法生产工艺。
系统经过高峰期的运行生产检验，设计生产能力等指标达到设计要求，满足安谷水电站主体工程建设混凝土浇筑所需砂石骨料的强度要求。
3、系统工艺设计的几个问题系统应适应料源级配比例变化1、天然料级配组成变化影响河道中开采天然砂石料的级配组成是变化的，不同料场的级配组成不同，相同料场的级配也不同。
同一料场在上游一般骨料偏粗，砂料细度模数略偏大，下游骨料偏细，砂料细度模数偏细。
在加工过程中是一个随时波动的过程，不可能做到进料的比例相同或相近，往往偏差较大，这就需要加工系统调节级配比例的破碎系统工艺设计有较大的适应性。
在超径石级配（＞150mm）变化时影响粗碎、中碎和细碎的破碎处理能力，在大石和特大石级配变化时直接影响细碎的破碎处理能力，如系统无法调节处理，将导致系统生产能力降效，无法满足生产能力要求，严重时将导致系统无法运行生产。
天然料加工系统受毛料级配比例变化影响，各处理车间实际处理能力不是一个严格过程，在计算系统处理能力时，除按平均值计算系统的处理能力还应该以毛料在极端值复核计算系统的处理能力（备注：极端值建议采用超径最多的三组平均值和含砂量最大的三组平均值）。
以安谷水电站砂石加工系统的处理能力为例，如开采某部位料场超径石含量比平均值增加10%，以1200t/h处理能力计算，则按同样的进料处理能力，系统需要增加处理约1200t/hX10%=120t/h的超径石，这将极大增加粗碎处理能力，如粗碎车间处理能力不够，只有减小进料总量平衡粗碎车间的处理能力，这将导致系统整体生产能力不够，影响生产；另如开采某部位料场砂料含量增加10%，这将导致天然料的筛分车间、洗砂车间增加处理1200t/hX10%=120t/h的砂料，如洗砂车间处理不够，将导致与超径石增加类似的结果，严重影响生产。
安谷水电站砂石系统按毛料平均级配组成比例计算，粗碎车间破碎处理能力约为265t/h，成品砂处理能力约为286t/h，在保持进料生产能力基本不变的情况下某时段检测粗碎车间和成品天然砂车间处理能力见下表：表2：粗碎车间处理能力表3：成品砂生产能力从上表看，如按平均毛料级配组成的比例配置设备，系统生产能力将无法满足生产要求，系统粗碎车间实际配备2台C110颚式破碎机，洗砂车间实际配备4台F15洗砂机，保证足够的生产能力富余是合理的。
2、设置料场调节破碎车间处理能力由于毛料的级配组成比例变化，实际破碎的骨料处理能力是一个随机变化的过程，如采用三段破碎工艺调节生产骨料，宜在中碎前设置调节料场，如采用两段破碎调节生产骨料，宜在细碎前设置调节料场。
以安谷水电站砂石加工系统为例，如超径石级配组成的比例增加10%，则每小时需增加处理约1200t/hX10%=120t/h的骨料，按每天生产14h计算，则每天增加处理的骨料约为1200t，折合为1200t/m3=750 m3，这就需要设置足够大的调节料场，将多余的骨料暂时缓冲存储在料场，在超径石含量百分率比平均值少的时候加工处理，这样可以平衡中碎、细碎的处理能力，保障生产的正常运行。
总之，工艺设计时需要仔细考虑毛料的比例变化，可通过调整设备进料处理能力或增加调节料场的方法予以解决。
合理选择破碎段天然料加工系统如采用破碎加工的砂石骨料来平衡成品骨料的级配，一般需要补充的是中石（20mm~40mm）和小石（5mm~20mm），大石（40mm~80mm）、特大石（80mm~150mm）常有富余，这就需要大石、特大石和超径石（＞150mm）破碎成中石和小石。
系统工艺可采用三段破碎，也可以采用两段破碎。
采用三段破碎其实用范围较广，基本不受毛料最大粒径限制，采用二段破碎有其适应性的限制。
1、破碎机的适应性为生产中石和小石，一般中等以上可碎岩石采用细碎型圆锥破碎机。
砂石加工系统常用的各类破碎机排料口开度和出料最大粒径有其规律。
破碎机的排料开度与最大粒径之间的关系：e=d/Ze---------为破碎机的排料口开度，mm；d---------产品的最大粒径，mm；Z---------产品最大粒径与排料口开度的比值，参见表4：表4：破碎产品中大于排列口的粒径含量β和Z值的关系引自《水利水电工程施工组织设计手册》第4卷辅助企业第89-90页。
由上表可见，采用标准圆锥破碎机加工难碎岩石其最大粒径与排料开度的比值时，超排料口含量的比例为53%，加工中等破碎岩石其最大粒径与排料开度的比值为时，超排料口含量的比例为35%，易碎岩石其最大粒径与排料开度的比值为，超排料口的含量的比例为22%。
为生产中石（20mm~40mm）和小石（5mm~20mm）及以下粒径骨料，其排料口开度按控制最大粒径40mm估算，当为中等可碎岩石约为40/=21mm，当为难碎岩石约为40/=17mm。
实际水电工程细碎圆锥破碎机其常用的排料开度为17mm~25mm，并采用闭路循环破碎。
满足该排料开度尺寸范围内正常运行的圆锥破碎机比较合适做为细碎段破碎设备。
以水电工程砂石加工系统常用的美卓公司和山特维克公司细碎系列设备为例，其设备参数见表5：表5：细碎设备参数统计表以上设备排料口开度适合作为细碎设备，从表中可见其进料尺寸大致范围为≤150mm，基本限制加工为特大石及以下的粒径物料。
可见如需加工中石和小石，设备排料开度要在合适的尺寸下运行，确定了设备的排料尺寸由设备参数性质，基本就确定了加工料源的最大尺寸。
选择破碎机排料开度靠中间值的运行工况良好，调节生产时效果好，如在上限或下限长期运行，设备的维护工作量将增加，设备使用的经济性将降低，一般不选靠近破碎设备排料开度上限或下限尺寸工况下运行。
2、破碎比规律根据长期统计各类破碎设备的破碎比规律：i=D/dD------------进料中的最大粒径，mm；d-------------产品中的最大粒径，mm。
最大粒径除特殊注明者外，一般按过筛量为95%的筛孔尺寸计算。
常用破碎机的破碎比范围见下表：表6：常用破碎机的破碎比范围引自《水利水电工程施工组织设计手册》第4卷辅助企业第89-90页。
由以上常见破碎机的破碎比范围表，标准圆锥破碎机开路生产情况下其破碎比平均值为4，生产中石（20mm~40mm）和小石（5mm~20mm）及以下骨料，进料尺寸最大约为40mmX4=160mm，这与细碎型破碎机的进料最大开度尺寸基本一致。
破碎生产某种尺寸的成品骨料，生产料源即要满足合理的破碎比（根据岩石可碎性选择），也要满足设备的最大进料尺寸才能做到运行生产正常，否破碎机则将无法运行或运行效率低。
从上也可见为生产中石（20mm~40mm）及以下粒径骨料，其进料的料源最大粒径范围约为≤150mm，其实质为特大（80mm~150mm）和大石（40mm~80mm）作为料源。
3、破碎段选择（1）二段破碎根据以上破碎设备适应性和破碎比规律，破碎系统如采用二段破碎工艺，粗碎后的成品宜≤150mm才能在二段破碎工艺条件下生产中石和小石，即生产为特大或大石作为破碎生产中石和小石的源料。
如粗碎采用颚破开路生产的情况下，为保证出产品粒径尺寸基本小于150mm，假设为难碎岩石其排料口开度宜小于150mm/=86mm，假设为中等可碎岩石其排料口开度宜小于150mm/=100m，其进料的最大粒径假设按破碎比小值计算宜小于150mmx3=450mm；如采用圆锥破碎机生产，假设为难碎岩石其排料口开度宜小于150mm/=62.5m，假设为中等可碎岩石其排料口开度宜小于150mm/=78mm，其进料的最大粒径假设按破碎比小值宜小于150mmx3=450mm。
为保证进入二段细碎车间没有超径，往往需要一段粗碎车间采用闭路循环破碎或进一步减小排料口开度。
如不采用闭路生产而采用开路生产工艺，采用颚破需要减小排料口开度至60~85mm，采用圆锥破碎机要减小排料口开度至35mm~55mm才能基本保证产品中没有超径。
天然料卵石其强度一般较大，较大比例为难碎岩石。
粗碎如采用颚破，其进料范围较大，在采用蓖条筛分弃超径石的情况下进料尺寸能满足设备要求，同时需要排料口开度满足以上分析的排料开度尺寸大小，以美卓公司和山特维克公司的颚破系列产品为例，比较合适的为C80（排料口开度范围40mm~175mm）、JW806HD（排料口开度范围50mm~150mm）、JW906HD（排料口开度范围50mm~150mm），并宜采用闭路生产严格控制成品粒径。