水电站人工砂石料系统优化设计

摘要：水电站人工砂石系统的优化一直是一项重大课题，研究继而得出可行性优化方案，无疑是有着重大的意义。小湾水利枢纽工程最大坝高292m，总库容149亿m³，电站总装机容量4200MW。小湾水电站孔雀沟石料场及左岸砂石料加工系统工程主要由孔雀沟石料场、砂石料加工系统。以其为例，文章总结了水电站人工砂石料系统优化的办法及效果，是有着深远影响与可借鉴意义的。

关键词：小湾水电站；人工砂石系统；砂石料场优化设计

中图分类号：TV423　文献标识码：A　文章编号：1009－2374(2011)25－0029－02

小湾水电站工程位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江河段中游，是澜沧江中下游河流规划八个梯级水电站中第二级，也是以发电为主，兼有灌溉、防洪、航运及拦砂等综合效益的特大型水利工程枢纽。它由混凝土双曲拱坝、坝后水垫塘和二道坝、左岸泄洪洞与右岸地下引水发电系统组成，最大坝高为292m，总库容量为149亿m³，其电站总装机容量可达4200MW。

一、人工砂石加工系统概况

小湾水电站孔雀沟石料场以及左岸的砂石料加工系统主要由孔雀沟石料场、砂石料加工系统。工程在选用砂石料场的时候，一般是要先考虑天然的骨料，再考虑其他比如人工的骨料，同时，还要考虑毛料采运困难程度如何、砂石混凝土系统的布置等因素进行综合地选择。小湾水电站工程坝址区可供选择的天然砂砾料场为孔雀沟石料场。孔雀沟石料场位于坝址左岸下游1.4km至1.8km之处，分布高程在1200m至1700m，料场面积约为O.45km²，其区内出露地层主要为时代不明变质岩系(M)及第四系(Q)。时代不明变质岩系的岩性主要为角闪斜长片麻岩、黑云花岗片麻岩、二云斜长片麻岩夹透镜状以及薄层状片岩。第四系地层按成因划分，主要有崩积层与坡积层两种，成分主要是块石、碎石、砂质粉土与粘土。料场内岩体风化以表层的均匀风化为主，风化的程度主要受到构造、地形、岩性及卸荷因素所控制。按风化程度分为全风化、强风化、弱风化、微风化和新鲜岩石五级，其中，全、强风化岩石的物理力学指标较差，不能用于砂石料生产，需要先行剥离，弃碴地点为孔雀沟弃碴场。

左岸砂石料加工系统和混凝土拌和系统布置于坝轴线下游左岸，瓦斜路沟上游侧，位于1245～1380m高程之问。砂石料加工系统毛料绝大部分采用孔雀沟石料场开采料，少部分利用工程进行有用渣料开挖。左岸砂石料加工系统承担全部双曲拱坝混凝土与部分水垫塘、坝肩处理混凝土所需砂石料的生产任务，混凝土总量855.53×10⁴m³，其中，大坝混凝土838.2×10⁴m³、水垫塘混凝土4.2×10⁴m³、坝肩处理混凝土13.13×10⁴m³。

二、人工砂石料生产优化设计

(一)人工砂石料场选择

砂石料场的规划与选择是以混凝土坝为主体工程水电工程施工组织设计中一项重要环节，而料场的选择是要受到多样条件所制约的。如果想要确定一个较好的料场开采方案，常常需要进行大量规划与设计。由于条件复杂，并且工作量繁重，一般很难在短时间内取得理想的结果，因此，规划设计工作必须有一个科学并且快速的选择料场的规划设计方法。

一般水电站工程所在地的附近多有天然砂石料场可供使用，按产地位置的高低，大体可分为河滩料场、陆上料场以及河心水下料场三类，而多数又为河滩及水下料场。陆上料场一般覆盖层相对较厚，杂质含量高，开采不会受到河水的影响，而河滩料场要占到天然砂石料场的大多数，地处河流上游河滩料场，因河道坡陡流急，含砂量较低，粒径较粗，料场贮量少且分散；中下游地区河滩料场的粒径相对要小，常常能够发现大片、集中的料场，河滩料场的上部在枯水期露出，而在洪水期被淹没，部分砂石料经常位于河水位之下，表面的覆盖层相对较薄；而水下料场常年处于河水面以下砂砾料场，时常会与河滩料场连成一片。优选天然砂砾石料场的主要目的就是为选定开采料场，继而确定开采量。因此，在料场优选系统中，要包括可供工程考虑用来采用的主要料场。

(二)人工砂石加工厂优化布置

根据小湾水电站坝址地形以及地质条件，结合选定的左岸石料场及混凝土浇筑、混凝土生产系统布置具体要求，合理布置砂石加工厂，还要考虑到交通便利以及砂石加工厂毛料处理能力、成品生产能力、人工砂石生产能力等。砂石加工厂是由粗碎车间、预筛车间、半成品料堆、筛分车间、中细碎车间、制砂车间、成品暂存料堆、成品料堆等所组成的。人工砂石料生产采用筛分车间与中细碎车间局部闭路流程。由于小湾人工砂石系统制砂车间含巴马科制砂车间(主要生产粗砂，生产料须经筛分，超径部分回送制砂车问)与棒磨机制砂车间(生产全部为细沙)，因此为闭路流程；其余车间都采用开路流程，制砂车间生产人工砂，各车间及各料仓之间都采用皮带输送机连接。而小湾工程人工砂石原料抗压强度较高，根据毛料的岩性和处理能力，要注意合理配置粗碎设备、中碎设备以及细碎设备。

(三)生产工艺优化

根据混凝土浇注高峰期砂石用料量要求，所配备砂石料开采加工系统机械设备要包括砂石料开采机械设备与砂石料加工系统机械设备等。为加大生产能力，要选用大功率的颚式破碎机，由铲车或者自卸车给料及送料，进入振动给料机后由其均匀，再给颚式破碎机(一道破碎)送料。为了改善中石的品质，在经过规定型号颚式破碎机破碎之后，要由皮带输送机送入圆锥式破碎机再进行第二道的破碎，由皮带机送入特定圆振动带筛选，由筛网网孔控制所选用的石料。小于5mm的石料要通过皮带机尽数送入洗选机，洗选出0～5mm砂料，而大于20mm的石料要经皮带机送到另外一部圆振动筛以筛成2层。80mm及以上的石料要经皮带机送至二道破碎机腔之内进行破碎。圆振动筛上要安装上喷淋水管，对砂石进行定期清洗。增设由沉淀池、调节水池、泥浆罐、渣浆泵、回水泵、压滤装置等组成的废水处理厂，布置于筛分楼的对面台阶之上。沉淀池采用辐流式，含沙量偏高的浑浊废水在经过沉淀之后，出水浊度会低于100度，从而达到砂石加工生产的用水标准之后，再流入调节水池，由回收泵站抽到生产调节水池进行回收利用。此外为减少前料分离，大中石料堆要设置缓降器，为降低噪音对周围环境的污染，要注意对于破碎车间与筛分楼的围护工作。

就现在来看，改进优化工作还存在不少问题需要注意。在人工生产砂石骨料时，需要特别注意选择适合的物料特性的生产工艺，在本质上改善产品质量与生产级配存在的比例问题。此外，由于石灰岩地区夹层黏性较大，存在不少从料场带来的大于30mm泥团，其中有很多小于30mm碎石。因此，所有小于30mm粒径的石料都弃掉显得不够合理。料场在设计准备阶段要详细进行勘察岩性、储量、风化层、夹层、覆盖层与断层，做好详尽的开采准备的工作。

三、结语

小湾水电站的砂石加工系统优化只是初步显现效果，取得了很好的成效，在经过工艺改造和试运行之后，加工系统运行可靠安全，砂石生产能力得到明显的提高。但是，要使人工轧制生产的骨料级配与品质都得到较大程度提高，改进当下单纯地依靠棒磨机制砂的工艺现状，并且降低水电的能耗与资源的消耗，改进工作还需要进一步的继续优化。

责任编辑：周加转