1、概述
    向家壩水電站是金沙江梯級開發(fā)的最后一級電站。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m3／月。
    太平料場及馬延坡砂石加工系統(tǒng)（以下簡稱砂石系統(tǒng)）主要擔(dān)負(fù)主體工程約1220萬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t，其中粗骨料1825萬t、細(xì)骨料859萬t。
    砂石系統(tǒng)由太平料場開采區(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31. lkm長距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸線四部分組成。太平料場位于庫區(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)級配
    砂石生產(chǎn)高峰期以常態(tài)混凝土四、三、二級配作為設(shè)計(jì)級配（其中：四級配混凝土占43%，三級配混凝土占26%，二級配混凝土占31%）。其綜合計(jì)算級配：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、二級配混凝土骨料為主，同時(shí)也能生產(chǎn)三級配骨料進(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，砂石料生產(chǎn)總量相對較高，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外先進(jìn)設(shè)備，其它設(shè)備采用國產(chǎn)設(shè)備。
    工藝流程及主要設(shè)備選型詳見“太平料場及馬延坡砂石加工系統(tǒng)工藝流程簡圖（方案一）”。
3.3工藝布置
    太平料場開采的毛料經(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，生產(chǎn)的成品砂石料經(jīng)成品堆場底部的帶式輸送機(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。小于900mm的毛料從太平料場經(jīng)自卸汽車運(yùn)至受料倉進(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號半成品堆場堆存。
    2)第一篩分、中碎車間：配置YAH2460型圓振動篩和S4800EC型圓錐破碎機(jī)各2臺。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號半成品堆場。
    3)2號半成品堆場：總?cè)莘e37.5萬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號半成品堆場：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m3的半成品堆場，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型圓振動篩和3200×7455型圓筒洗石機(jī)各3臺。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，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型圓振動篩12組（共24臺），配套選用FC-12型螺旋分級機(jī)12臺。≤80mm的骨料被送入第三篩分車間分級篩分，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。級配平衡后，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。來自第二篩分、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。來自第三、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型圓振動篩8臺，配套選用FC-12型螺旋分級機(jī)8臺。≤40mm骨料被送入第四篩分車間進(jìn)行篩分分級，≥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；級配平衡后，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（備用l臺），F(xiàn)C-15型螺旋分級機(jī)7臺（備用1臺）。由第三、第四篩分車間運(yùn)來的3～20mm骨料被送入棒磨機(jī)制砂，成品砂經(jīng)螺旋分級機(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。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)往成品堆場堆存。
    9)成品料堆場：總?cè)莘e為45萬m3，其中成品砂20萬Ⅲ3，成品碎石25萬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臺渣漿泵輸送至尾渣庫，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“太平料場及馬延坡砂石加工系統(tǒng)工藝流程簡圖（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。小于1000mm的毛料從太平料場經(jīng)自卸汽車運(yùn)至粗碎車間受料倉，料倉底部配置HGF1852 2G型初級振動給料機(jī)4臺。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號半成品堆場堆存。
    第一篩分、中碎車間：配置2YAH2460型圓振動篩和S6800EC型旋回式圓錐破碎機(jī)各2臺。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號半成品堆場。
4.2第二篩分、洗石車間
    配置2DYS3373型圓振動篩3臺和KPI6048-23T型螺旋洗石機(jī)4臺。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，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型單層圓振動篩和C56-144D-3DD8(或2618VM)雙層高頻振動篩各6臺，無需配置螺旋分級機(jī)脫水。來自超細(xì)碎車間的≤40mm骨料被送入第四篩分車間，篩分分級后，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；級配平衡后，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。
    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)，分別對第四篩分車間（含調(diào)節(jié)料倉）、2號細(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砂石料生產(chǎn)的要求，并對灰?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)品粒徑相對較大、粒形相對較差、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)相對簡單、重量較輕、運(yùn)動部件較少、無需復(fù)雜的液壓潤滑裝置等優(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200萬元，節(jié)省粗、中碎工序砂石生產(chǎn)綜合費(fèi)用約310萬元（差值約0.7%）。
5.2洗石工藝比較
    太平料場地表基巖裸露，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成品砂石料含泥量的要求，并對太平料場灰?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)相對簡單、重量較輕、運(yùn)動部件少、洗泥能力較強(qiáng)、單機(jī)的可靠性較高、動能消耗較低等優(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、布置相對簡單；由于螺旋洗石機(jī)相對較輕，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1626萬元，節(jié)省砂石生產(chǎn)綜合費(fèi)用約3730萬元。
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成品砂的質(zhì)量要求，對灰?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)過程無粉塵產(chǎn)生，對環(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，對混凝土溫控帶來一定難度。
    “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小；人工砂石粉含量相對較大，細(xì)度模數(shù)相對較低，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)料倉的容積（具有8h的調(diào)節(jié)量）；為降低粉塵污染，對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41萬元，節(jié)省砂石生產(chǎn)綜合費(fèi)用約620萬元。
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。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及馬延坡砂石加工系統(tǒng)的招標(biāo)設(shè)計(jì)方案。