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1、工程概況
    向家壩水電站是金沙江梯級開發的最后一級電站。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。工程開發任務以發電為主，同時改善航運條件，兼顧防洪、灌溉，并具有攔沙和對溪洛渡水電站進行反調節等綜合作用。工程樞紐建筑物主要由混凝土重力擋水壩、左岸壩后廠房、右岸地下引水發電系統及左岸河中垂直升船機等組成。電站設計正常蓄水位380. OOm，最大壩高162m，總裝機容量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，平均澆筑強度為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，平均澆筑強度為34. 01萬m3/月，計入月不均衡系數1.2后，混凝土高峰月澆筑強度為40. 81萬m3／月。
    混凝土骨料料源為太平灰巖料場，原巖巖性為二迭系灰巖，其面干飽和濕抗壓強度平均值95. 60MPa(其分布范圍63—149MPa)，軟化系數0.6～0. 79。巖石各項技術指標均符合有關規范要求，料場儲量豐富（勘察有效儲量4050萬m3），滿足工程需求。
    太平料場和馬延坡砂石加工系統（以下簡稱砂石系統）主要擔負主體工程約1220萬m3混凝土所需骨料的供應任務，共需生產混凝土骨料2684萬t，其中粗骨料1825萬t、細骨料859萬t。
    按混凝土高峰月澆筑強度40. 81萬m3／月計算，砂石系統設計處理能力3200t/h，設計生產能力2600t/h。根據主體工程混凝土使用級配要求，砂石生產高峰期以常態混凝土四、三、二級配作為設計級配(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%)。
    砂石系統由太平料場開采區、大灣口半成品加工區、馬延坡成品加工區以及兩者之間長31. lkm長距離帶式輸送機運輸線四部分組成。太平料場位于庫區右岸綏江縣新灘溪溝內大灣口附近，距壩址公路里程約59km，直線距離約30km;大灣口半成品加工區位于太平料場附近的大灣口緩坡山地上，布置高程1050. 00～1169. OOm;馬延坡成品加工區位于右壩頭附近的馬延坡沖溝左側緩坡山地上，布置高程475, 00～600, OOm。主體工程施工期間，砂石系統采用太平料場開采的石料生產混凝土骨料，分別供應右岸高程380. 00m、300.00m和310.00m三個混凝土生產系統。
2、招標設計方案
    太平料場開采的毛料經自卸汽車運至大灣口半成品加工區，加工后的半成品料(≤150mm)經長距離帶式輸送機輸送線運至馬延坡成品加工區的半成品堆場，生產的成品砂石料徑成品堆場底部的帶式輸送機運至右岸各混凝土生產系統。
    大灣口半成品加工區由粗碎車間、1號半成品堆場、第一篩分中碎車間、2號半成品堆場、帶式輸送機以及水電供應設施等組成；馬延坡成品加工區由3號半成品堆場、第二篩分洗石車間、第三篩分車間、細碎（制砂）車間、超細碎（制砂）車間、第四篩分車間、棒磨機制砂車間、石粉回收車間、成品堆場、水電供應、廢水處理以及臨時設施等組成，車間順山坡地形自上而下呈階梯型布置。
    砂石系統采用粗碎、中碎開路，細碎（反擊式破碎機）與篩分構成閉路生產粗骨料和部分人工砂，超細碎（立軸沖擊式破碎機）與篩分構成閉路生產人工砂，輔以棒磨機制砂（調整砂的細度模數）進行設計，系統按雙線生產進行布置。由于灰巖的局部含泥量可能較多，設置第二篩分洗石工序對含泥量較多的半成品料（≤40mm）進行清洗。
    由于砂石系統運行期較長，砂石料生產總量相對較高，為提高系統運行的可靠性，加工所需關鍵設備—破碎機、洗石機和石粉回收裝置采用國外先進設備，其它設備采用國產設備。
招標設計方案具有以下技術特點：
2.1連續運輸砂石料
    由于本工程砂石料運輸強度高，太平料場距壩址公路運距遠（里程約59km，其中有15km為地方簡易公路，另有44km四級公路），直線距離相對較近(約30km)，并且地勢上存在約460m的天然落差可供利用，當時有三種運輸方式供選擇，它們分別是：長距離帶式輸送機運輸半成品料至壩區馬延坡（方式一），汽車運輸半成品料至壩區馬延坡（方式二），汽車運輸半成品料至新灘鎮后再轉水路運輸至壩區馬延坡（方式三）。經綜合比較，方式二存在公路運距遠、前期對當地社會運輸干擾大且運輸保證性偏差、運輸成本高、一次性投資大（需投資新修至少59km高線二級公路）、施工工期較長等缺點，方式三存在轉運環節多（需新建2個轉運碼頭）、水路運輸保證性差、雖然公路及航道改建投資較小但其運輸成奉較高、施工工期較長等缺點，因此，為提高供料的保證性和降低運輸費用，采用了長距離帶式輸送機連續高效運輸砂石料。
    輸送線為單線布置，設計輸送能力3000t/h，由5條帶寬為1200mm的長距離帶式輸送機組成，輸送線總長約31. lkm，其主要部件按國際先進水平配置，采用CST+電動機的驅動裝置組合方案。
    為提高供料的保證性，在輸送線的頭部和尾部各設置了一座較大容量的料堆，位于馬延坡的3號半成品堆場容積約50萬m3（其中活容積約30萬m3），活容積可滿足混凝土澆筑高峰期約10d的砂石料需用量，位于大灣口的2號半成品堆場總容積約8萬m3（其中活容積約3萬m3），活容積可滿足混凝土澆筑高峰期約1d的砂石需用量。
2.2粗、中碎
    為使長距離帶式輸送機能夠安全、持續地將半成品料從大灣口運至馬延坡，有必要控制半成品料的最大粒徑不超過200mm，因此，將粗碎和中碎設備布置在大灣口，能夠有效控制其最大石料粒徑，減小石料運輸過程中對膠帶帶面的沖擊和磨損。
    粗碎車間配置42-65型旋回破碎機3臺，該機型為先進的進口大型旋回式破碎機，具有處理能力大、耐磨損、破碎產品粒型好、粒度較小等特點。
    第一篩分、中碎車間配置YAH2460型圓振動篩和H6800EC型圓錐破碎機各2臺，篩上≥150mm的碎石進入破碎機進行破碎，篩下≤150mm的碎石和破碎后的石料經帶式輸送機送至2號半成品堆場。中碎機為先進的進口大型圓錐破碎機，該破碎機具有處理能力大、進料粒度大、耐磨損、破碎產品粒型好、粒度適中等特點，選擇該機型可減少半成品料中的針片狀顆粒含量，減少前方因洗石造成的細砂流失。
2.3篩分、洗石
    由于太平料場石料巖性為灰巖，局部巖層含泥量可能較高，為保證成品砂石料的質量，在馬延坡成品加工區設置了專門的篩分、洗石車間，配置2DYS3073型圓振動篩4臺和KPI6048-23T型螺旋洗石機4臺，該洗石機為進口螺旋洗石機，具有處理能力較大、進料粒度適中(約65mm)、洗石能力較強、生產環節少（無需螺旋洗砂機脫水）、用水量較小、設備較輕、功耗較低、安裝維修方便等優點。
2.4細碎
    由于灰巖的磨蝕性較小，為改善成品碎石的粒形、提高破碎機的生產效率、減小生產過程中的循環負荷量，細碎車間采用先進的進口大型反擊式破碎機，該破碎機除可調整粗骨料的生產級配外，還兼有一定的制砂功能。
2.5制砂與成品砂石粉控制
    采用反擊式破碎機制砂、立軸沖擊式破碎機制砂為主，棒磨機制砂為輔的綜合制砂工藝，同時采用石粉及細砂回收裝置回收流失的細顆粒物料，由于制砂手段多樣化，從而提高了制砂效率和成品砂的質量，減少了加工損耗。
    超細碎車間采用進口大型立軸沖擊式石打石破碎機，該機在許多方面進行了改進，提高了整機性能，制砂單位成本相對較低。
    為解決破碎制砂帶來的粗砂含量較高、細度模數偏粗的問題，在第四篩分車間振動篩底層設3mm篩網，將篩余的3～5mm粗砂運至棒磨機車間以調整成品砂的細度模數，同時可減少破碎制砂的循環負荷量。
    為解決破碎制砂（立軸沖擊式破碎機）、濕式篩分（加水沖洗）帶來的成品砂粗顆粒含量偏高、細度模數偏粗、石粉流失較大、成品砂的含水率較高等問題，同時進一步降低制砂用水量和制砂成本，在第四篩分車間采用封閉式全干法篩分制砂工藝，配置USK2460型單層圓振動篩和C56-144D-3DD雙層高頻振動篩各8臺，無需配置螺旋分級機脫水。
    干式破碎制砂的關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，設計采用進口干式高頻振動篩并控制進篩石料的含水率在3—5%以內，增加超細碎車間調節料倉的容積（具有8h的調節量）；為降低粉塵污染，對第四篩分車間和超細碎車間實行局部封閉并配置相應的除塵設備。
為減少成品砂生產過程中的損耗，設置專門的石粉及細砂回收車間（配置2SG48-120W-4A型石粉脫水回收裝置3套），將生產過程中隨水流失的石粉回收回來，并摻入到成品砂中。
2.6干式制砂粉塵控制
    為了控制干式破碎制砂（含干式篩分）生產過程中產生的大量粉塵，并使進入第四篩分車間砂石料的含水率在3～5%以內，對超細碎、第四篩分等粉塵較大的車間以及有關帶式輸送機，采取局部封閉措施，對粗碎、第一篩分中碎、細碎等粉塵較大的車間，采取噴水霧降塵措施，盡量減少粉塵對生產環境的污染：
    采取分散布置的方式進行通風除塵，共設置4套通風除塵系統，分別對第四篩分車間（含調節料倉）、超細碎車間以及有關帶式輸送機進行封閉除塵，采用布袋式除塵器作為主要除塵設備。
2.7廢水處理及回收
    馬延坡成品加工區與金沙江常水位高差達205～302m，水的提升費用很高，為了保護環境，減少水資源消耗及供水費用，須對廢水進行回收利用。
    根據馬延坡成品加工區現場地形條件，砂石加工廢水處理采用尾渣水力輸送與尾渣庫自然沉淀的處理方案。廢水設計處理能力5400 m3/h，生產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（庫容約200萬m3），廢水在尾渣庫內自然沉淀，廢渣永久存積于庫內，庫內清水經回水泵站提升至砂石系統高程572.00m調節水池循環利用。
3、項目實施方案
    該砂石系統由中南勘測設計研究院和中國水利水電第八工程局聯合進行實施階段設計，其實施方案對招標階段設計方案進行了局部優化。
    工藝流程及主要設備見圖1，平面布置見圖2。
3.1篩分、洗石
    通過對粗、中碎環節破碎石料的級配分析，考慮到石料經長距離膠帶機轉運和馬延坡3號半成品堆場堆存后級配會進一步改變，經第二篩分車間篩分后，小于40mm的碎石量較大(可能高達1000t/h)，因此，需配置充足的洗石設備。經過對國產洗石設備和進口洗石設備的性價比比較后認為，盡管進口螺旋洗石機處理能力較大，洗石能力較強，但是其價格較國產洗石機更為昂貴。經綜合比較，實施階段設計選用了6臺螺旋直徑為1118mm的國產雙螺旋洗石機，總額定洗石能力可達1400t/h以上。
3.2分級篩分
    招標設計方案將第二篩分、洗石車間和第三篩分車間做為成品骨料分級篩分車間，經細碎車間破碎后的砂石料中仍存在少部分40～80mm的碎石，該部分料仍需返回第三篩分車間進行分級篩分，形成閉路循環，因此，需在第三篩分車間設置上下兩組篩共計四層篩網(分別為40mm、20mm、5mm和3mm)。
    實施方案將第二篩分（洗石）車間、第四篩分車間做為成品骨料分級篩分車間，在招標設計方案的基礎上，增設了一個檢查篩分車間（即第三篩分車間），配置了40mm單層篩2臺，并將招標方案中第三篩分車間的40mm篩網取消。經細碎車間破碎后的小于80mm的砂石料直接進入該檢查車間進行篩分，大于40mm的碎石返回細碎車間進一步破碎，而小于40mm的碎石則直接進入第四篩分車間進行成品骨料分級篩分。
    實施方案與招標設計方案相比具有以下優點：①由于減少了一層40mm篩網，從而降低了原第三篩分車間的高度；②減少了該處篩分車間篩分機的數量，篩分設備總數由原來24臺減為14臺；③由于細碎車間配置了獨立的檢查篩分車間，從而減少了分級篩分車間的總循環負荷量。
3.3干式立軸破制砂
    為使干式立軸破制砂的工藝布置更加緊湊，減小施工占地和粉塵污染，實施方案中將超細碎（制砂）車間與第五篩分車間結合布置，并取消了一個調節料倉，設備配置了3YKR1867型三層圓振動篩12臺，無需配置螺旋分級機脫水。
    為更好地控制干式破碎制砂原料（5～40mm碎石）中的含水率，在進入超細碎調節料倉前，增設了一個篩分脫水車間，配置2臺脫水篩進行預脫水。
    為更好地控制成品砂中的石粉含量，除設置石粉回收車間外，還設置了一個去除多余石粉的洗石粉車間，配置洗砂機和脫水篩各2臺。
3.4干式制砂粉塵控制
    采取集中布置的方式進行通風除塵，除塵車間與第五篩分車間并行布置，共設置6套通風除塵裝置，分別對圓振動篩的進（卸）料口和篩體、立軸破的卸料口以及有關帶式輸送機的轉料環節進行封閉除塵，采用兩級除塵工藝，主要配置旋風除塵器、脈沖袋式除塵器和風機各6臺。
4、砂石系統運行
    砂石系統于2006年3月開工建設，到2007年6月建成投產，從系統投入運行至2008年7月共生產成品砂石料約400萬t，其中高峰月的生產量達到約45萬t。系統運行至今，料場開采運輸、砂石加工及長距離帶式輸送機運輸線三部分運行正常，滿足了工程混凝土澆筑對砂石骨料的需要。
5、結語
    向家壩水電站太平料場和馬延坡砂石加工系統是國內水電行業迄今為止最大的一座人工砂石加工系統。其生產規模巨大(處理能力高達3200t/h)、運行時間長（6年9個月），運輸距離遠（通過約31.1km長距離帶式輸送機運輸半成品料），系統工藝流程先進、靈活，設備配置合理，布置流暢緊湊，采用了多項較先進技術，取得一定經驗，小結如下。
    (1)對于大型人工砂石加工系統，砂石料運輸方式和運輸線路的選擇是設計的關鍵。
    由于本工程砂石料運輸強度高，太平料場距壩址公路運距遠（里程約59km，其中有15km為地方簡易公路，另有44km四級公路），直線距離相對較近(約30km)，并且地勢上存在約460m的天然落差可供利用，為提高供料的保證性和降低運輸費用，采用了長距離帶式輸送機運輸線連續高效運輸砂石料。
    (2)對于大型人工砂石加工系統．由于成品砂的需求量巨大，且質量要求高，應選擇合理同時又靈活多樣的制砂工藝措施。
    本工程采用反擊式破碎機制砂、立軸沖擊式破碎機制砂和棒磨機制砂等綜合制砂工藝，同時采用了多種石粉及細砂回收措施，回收流失的細顆粒物料，由于制砂手段多樣化，從而提高了制砂效率和成品砂的質量，減少了加工損耗。
    (3)對于大型人工砂石加工系統，干式制砂是一種經濟、高效，同時又有利于保證成品砂質量和保護環境的制砂工藝措施。
    濕式破碎制砂（加水沖洗）的生產過程粉塵較少，對施工環境和運行人員的身體健康影響較小，但生產用水量較大，石粉流失量較大，生產的人工砂石粉含量偏低，細度模數偏高，含水率較高，并且需要對廢水進行處理，因此其生產運行費用較高；干式破碎制砂的生產過程用水量和廢水排放量很小，成品砂石粉含量較高，細度模數適中，雖然生產時會產生較多粉塵，但通過配置合適的除塵裝置可以有效降低或防止粉塵危害，因此其生產運行費用較低。另外，干式破碎制砂無需對砂進行脫水處理，可減少成品砂倉的容積，節約投資。
    (4)大型人工砂石加工系統的生產過程會產生大量廢水，若直接排放將會嚴重污染周邊環境和河水水質，采用經濟合理的廢水處理和循環利用措施既經濟又保護環境。
    由于本工程馬延坡成品加工區附近具備良好成庫的地形地質條件，因此，砂石加工廢水處理采用尾渣水力輸送與尾渣庫自然沉淀的處理方式非常成功。
    (5)長距離帶式輸送機適合于運輸粒徑小于200mm的半成品料，并且，在砂石加工設備選型時，應充分考慮半成品料在轉運、堆存過程中因其跌落和堆存造成的砂石級配波動的影響。