CN104475215A - 一种堆石坝高标准过渡料的一体化生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种堆石坝高标准过渡料的一体化生产工艺，选用经济性单耗进行爆破开采石料，再对爆破后的石料进行粗碎和中碎加工，中碎比例占粗碎量的40～60%，且通过输送皮带将10～40%的粗碎石料和40～60%的中碎石料混合输送，最后由自卸汽车运至堆石坝施工现场。本发明解决了现有爆破直采法以及掺配砂、石骨料法的不足，在保证过渡料质量前提下，能大幅降低料场爆破成本，提高爆破料利用率，提高施工效益，经济效益极其显著等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利水电工程施工工艺，具体是一种堆石坝高标准过渡料一体化生产工艺。
背景技术
过渡料是水利水电工程堆石坝中填筑于垫层料(反滤料)与主堆石区之间，主要起对坝体协调变形的过渡及渗流控制(如：排水及对垫层料的反滤保护)作用。因此，过渡料的设计级配要求连续、指标较为严格。
根据国内外资料，目前堆石坝过渡料的生产工艺主要有2种：
1.爆破直采法；在石料场通过试验确定合理的爆破参数，料场直接爆破生产过渡料。该方法对石料场的地形地质条件要求较高，若石料场岩性可爆性差，过渡料则需要采用高精度及高单耗的炸药消耗爆破，施工成本高，爆破生产强度低，爆破直采受料场岩石条件变化而波动，质量不稳定，且爆破过渡料往往需要挖装过程中进行分选，剔除超过设计标准的粒径的超径石块及其他级配不满足过渡料标准要求的石料，爆破直采过渡料利用率低；
2.掺配砂石骨料法；该方法则充分考虑石料场的爆破过渡料可爆条件，根据料场爆破实际生产的过渡料级配检测情况，以填筑过渡料设计指标为目标值，对应掺配所需级配的砂石骨料。该方法掺配一般采用平铺立采的工艺进行掺配，以保证拌合效果级配连续，且此方法过渡料生产需要占用一定面积的掺配场地，同时掺配的砂石骨料价格昂贵，工艺成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种堆石坝高标准过渡料的一体化生产工艺，以采用经济爆破单耗、结合粗碎、中碎加工，并在输送皮带完成粗、中碎石料的混合，在确保过渡料生产质量条件下，大幅降低施工成本。
本发明的目的是这样实现的：一种堆石坝高标准过渡料的一体化生产工艺，按以下步骤进行：
1)、选用经济性单耗进行爆破开采石料作业
首先进行石料场的造孔及爆破作业，爆破选用经济性单耗进行爆破，爆破参数如下：
台阶高度15m，超钻深度2m，钻孔直径120mm，钻孔角度90°，布孔方式为矩形，堵塞长度3m，间排距5×4m(即排距5m，行距4m)，单耗0.5kg/m3，起爆方式为V型，装药结构为连续不耦合，炸药类型为2#岩石乳化炸药；
2)、破碎工序
对石料场爆破后的石料采用粗碎加中碎后掺拌形成成品料的工艺进行：
粗碎设备采用颚式破碎机，其进料粒径小于80cm，出料粒径小于30cm，中碎设备采用圆锥破碎机，其进料粒径小于30cm，中碎比例为粗碎量的40％～60％；
上述破碎设备按以下方式安装：
颚式破碎机的进料口与棒条给料机的出料口衔接，第一输送皮带位于颚式破碎机的出料口正下方，分料装置进料口设置在第一输送皮带出料口下方，经颚式破碎机破碎后的石料的40％～60％由中间喂料机的一个出料口下落至第二输送皮带上，圆锥破碎机进料口设置在第二输送皮带出料口正下方，经颚式破碎机破碎后的其余石料经中间喂料机的另一个出料口下落至第三输送皮带上，第四输送皮带设置在第三输送皮带出料口以及圆锥破碎机出料口下方；
上述破碎设备采用移动式破碎设备，则将该破碎设备安装在料场开挖掌子面，以便由液压反铲将爆破后的石料直接抓入棒条给料机的受料斗；或者，上述破碎设备采用固定式破碎设备，料场选定合适的破碎生产工序区域，棒条给料机的受料斗设置在破碎工序区域平台下方，以便由自卸汽车将爆破后的石料自动卸入该受料斗；
3)、装车运至堆石坝施工现场
将破碎工序破碎后的石料采用液压反铲装入自卸汽车，由自卸汽车运至堆石坝施工现场供施工用。
本发明的关键点在于：
1.在爆破单耗约0.5kg/m3的情况下，利用大孔径、宽孔距微差挤压的爆破方法爆破出料场爆破原料，作为进行下道破碎工序的料源。
2.根据料场爆破原料及过渡料设计要求的颗粒级配指标，选配可移动式破碎设备或固定式破碎设备，同时结合一定场次的试验论证，确定固定式或者可移动式破碎设备的相关参数(进料口尺寸、最大进料粒度、出料粒度等)。
3.选配的合适型号及相关参数调整后的移动破碎设备(含粗碎及中碎设备)开至料场开挖掌子面，采用液压反铲将爆破原料甩装至料场移动式破碎设备受料斗，通过移动破碎设备自带的振动给料机(即棒条给料机)将原料送入其破碎系统进行过渡料的破碎生产。
在采用固定破碎设备条件下，通过液压反铲将爆破石料装入自卸汽车再由自卸汽车将爆破石料运至破碎现场，并将其卸入破碎设备的受料斗，进行粗碎和中碎加工。
4.在移动式或固定式或在破碎现场安装固定式破碎设备(成品料)出料口处设置有输送皮带，粗碎石料及40～60％的中碎石料在输送皮带上混合并输送，直接卸料至停留在出料口下方的自卸汽车，实现自动装车。
通过上述步骤，可生产出满足设计要求的过渡料。
需要说明的是：本方法采用的移动破碎设备适应于料场爆破石料的粗碎，为移动式颚式破碎设备。由于料场地形地质条件影响造成的爆破原料的波动时，可根据料源检测情况进行移动破碎设备的参数调整，也可再辅助增加一台移动破碎设备(移动式圆锥破碎机)进行石料的中碎，确保破碎的过渡料质量满足设计要求。
本发明的有益效果是：本发明采用移动或固定破碎设备进行高标准过渡料的生产。结合经济性的单耗爆破出的破碎料源料，经过粗碎、中碎和掺混等加工得到满足设计要求的过渡料，解决了过渡料直采难的问题。
本发明避免常规爆破方法及掺配砂石骨料法，难以直接获取过渡料，爆破单耗高，施工成本高，石料利用率低以及需要占用掺配场地，施工强度低等问题。在确保过渡料生产质量及生产强度的前提下，减少了施工成本，同时达到了破碎生产高标准过渡料的目的。
采用本发明的堆石坝高标准的过渡料一体化生产工艺，原料破碎后移动式的破碎设备破碎，破碎后直接采用皮带运输装车，工艺能够适应料场开采过程中的场地变换移动需要，形成了爆破→破碎→皮带装车的一体化过渡料连续生产模式，无需占用场地，制备生产的过渡料级配连续，质量稳定可靠，能够大幅度降低料场爆破施工成本，提高施工效率，提高爆破料利用率，经济效益极其显著，具有极高的推广和应用价值。
本发明的优点将结合具体实施方式加以具体阐述。
附图说明
图1是本发明采用移动式破碎设备(安装在料场开挖掌子面)的工艺设备布置图。
图1中：高风压钻机1(造孔、爆破)，液压反铲2，给料机3，移动破碎设备4(含颚式破碎机和圆锥破碎机)，输送皮带5，自卸汽车6。
图2是本发明采用固定式破碎设备的工艺设备布置图(主要示出粗碎和中碎设备以及输送皮带的安装位置)。
图3是过渡料破碎前后平均颗粒级配曲线图。
具体实施方式
为更好的说明本方法的创造性，下面结合工程应用实例对本发明具体实施方式进行进一步的说明。
大渡河长河坝水电站砾石土心墙坝工程坝顶高程1697m，最大坝高240m，大坝填筑量约3300万立方米，其中大坝过渡料填筑量246万m3。
过渡料最大粒径不大于400mm，小于0.075mm的颗粒含量不大于3％，小于5mm的颗粒含量不大于17％，不小于4％，D15≤20mm。
由于料场岩石可爆性较差，加之高标准的设计要求。长河坝工程前期过渡料生产均采用掺配砂石骨料或高单耗进行爆破获取，具体施工情况如下：
2012年7月25日-2014年6月，在长河坝水电站响水沟石料场及江咀石料场进行了20余次过渡料爆破试验。试验期间进行了大量爆破参数的选择：爆破单耗由0.75kg/m3调整至2.5kg/m3，孔网面积由11.7m2调整为1.3m2，钻孔直径由120mm调整至90mm，台阶高度由15m调整至10m，炸药类型采用2#岩石乳化及铵油炸药对比等。现场爆破试验完成后，选取代表性的爆破料进行了试验检测，其取样结果表明：爆破料细颗粒偏少，粗料较多，各项指标及颗粒级配曲线均不满足过渡料设计要求。
为满足坝体填筑实现工程度汛目标，工程前期过渡料先后采取的以下生产方式：
(1)掺配砂石骨料
大坝心墙过渡料采用掺配获得，过渡料掺配料料源由响水沟(单耗1.8kg/m3)爆破生产，爆破参数见表1。
表1 过渡料掺配料原料爆破参数表
过渡料与骨料掺配比及各种掺配料对应的密度见表2。
表2 过渡料与骨料掺配比及各种掺配料对应的密度
大坝填筑过程中试验检测人员对碾压完成后的过渡料进行了取样检测，其检测结果表明，过渡料各项指标均满足大坝填筑技术要求。
(2)强爆破生产
2014年6月，工程设计单位又对过渡料级配进行了调整，并在在岩石可爆性较好的江咀石料场进行了单耗为2.0kg/m3、2.2kg/m3及2.5kg/m3三场过渡料爆破试验。试验过程中对爆破料利用率及爆破成果进行了分析。
爆破试验结果表面，各场次过渡料均满足设计要求，综合考虑爆破料利用率及经济分析后决定后续过渡料采用爆破单耗2.2kg/m3进行生产。爆破参数见表3。
表3 过渡料爆破参数表
工程前期通过高单耗爆破直采及掺配骨料法进行过渡料生产方式，存在以下不足：
高单耗精细爆破直采法：火工材料单耗高，造孔量大，爆破生产强度难以满足填筑强度需求，施工成本高；爆破直采受料场岩石条件变化而波动，质量不稳定；爆破过渡料在挖装过程中需分选不合格(超径及级配不连续料)石料利用率低。
掺配砂石骨料法：骨料价格昂贵，工艺成本高；掺配需要占用一定掺配场地，掺配生产效率低；爆破过渡料在挖装及掺配过程中需分选不合格(超径石)石料，利用率低。
通过研究，本工程提出石料场先采用经济性单耗进行爆破，爆破原料再经移动破碎设备破碎的过渡料的生产工艺，工艺具体实施步骤如下：
1.首先进行石料场的造孔及爆破作业，爆破选用经济性单耗进行爆破，爆破参数见下表4，通过爆破生产破碎的过渡料原料。
表4 过渡料破碎原料爆破参数表
2.根据料场爆破原料及过渡料设计要求的颗粒级配指标，选配可移动式破碎设备，同时结合一定场次的试验论证，确定可移动式破碎设备的相关参数(采用C125颚式破碎机，进料粒径小于1250*950mm，出料粒度小于350mm等)。
3.长河坝工程选配的LT125型移动颚式破碎机，设备开至料场开挖掌子面，采用液压反铲将爆破原料甩装至料场移动式破碎设备受料斗，通过移动破碎设备自带的振动给料机将原料送入其破碎系统进行过渡料的破碎生产。最后，将破碎工序破碎后的石料采用液压反铲装入自卸汽车，由自卸汽车运至堆石坝施工现场供施工用。
长河坝水电站工程过渡料生产选取的移动破碎设备具体参数见下表：
表5 长河坝过渡料移动破碎设备主要参数
参见图2(图2中，爆破开采工序8，破碎工序9包括粗碎、中碎及掺拌加工)粗碎设备采用颚式破碎机，其进料粒径小于80cm，出料粒径小于30cm，中碎设备采用圆锥破碎机，其进料粒径小于30cm，中碎比例为粗碎量的40％～60％；破碎设备按以下方式安装：
颚式破碎机903的进料口与棒条给料机902的出料口衔接，第一输送皮带904位于颚式破碎机903的出料口正下方，中间喂料机(即分料装置)905进料口设置在第一输送皮带904出料口下方，经颚式破碎机破碎后的石料的40％～60％由中间喂料机905的一个出料口下落至第二输送皮带906上，圆锥破碎机908进料口设置在第二输送皮带906出料口正下方，经颚式破碎机破碎后的其余石料经中间喂料机905的另一个出料口下落至第三输送皮带907上，第四输送皮带909设置在第三输送皮带907出料口以及圆锥破碎机908出料口下方；
上述破碎设备采用移动式破碎设备，则将该破碎设备安装在料场开挖掌子面，以便由液压反铲将爆破后的石料直接抓入棒条给料机902的受料斗901；或者，上述破碎设备采用固定式破碎设备，则棒条给料机902的受料斗901设置在路面下方，以便由自卸汽车910将爆破后的石料自动卸入该受料斗901；
两级破碎设备及多条输送皮带的安装，利用石料的自重从高向低进行加工处理，能够节约能耗，同时，在保证过渡料质量的前提下，利用输送皮带完成粗、中石料的混合和输送，在工程施工方面具有节省加工成本的作用。
4.在移动破碎设备(成品料)出料口处设置有输送皮带，成品料通过皮带直接卸料至停留在出料口下方的自卸汽车，实现自动装车。
通过上述步骤实现了高标准过渡料的生产。采用本发明进行过渡料的生产确保了过渡料的质量，即能克服爆破直采的不足，又能获取经济效益。
结合现场生产进行了大量试验数据统计，其过渡料破碎前后平均颗粒级配曲线见图3。
过渡料破碎前后平均指标统计见下表。
表6 过渡料平均颗粒级配表
由此可见，采用经济性单耗爆破生产过渡料破碎原理，原料再经移动破碎设备进行破碎的过渡料生产工艺，可直接获取满足高标准要求的合格过渡料。
通过对工程原高单耗强爆破生产过渡料及经济单耗辅助移动破碎生产的过渡料的工艺，完成工程剩余160万m3过渡料进行经济效益分析，见下表。
由上表可以看出，机破碎方案与强爆破方案相比可节约费用约1761.6万元。
采用本发明的堆石坝高标准的过渡料一体化生产工艺，原料破碎后移动式的破碎设备破碎，破碎后直接采用皮带运输装车，工艺能够适应料场开采过程中的场地变换移动需要，形成了爆破→破碎→皮带装车的一体化过渡料一体化生产模式，无需占用场地，制备生产的过渡料级配连续，质量稳定可靠，能够大幅度降低料场爆破施工成本，提高施工效率，提高爆破料利用率，具有极高的推广和应用价值。
破碎生产过渡料方案说明
一、基本情况
1、心墙过渡料指标
大坝心墙过渡料主要设计技术要求如下：
(1)过渡料最大粒径不大于400mm；
(2)小于0.075mm的颗粒含量不大于3％；
(3)小于5mm的颗粒含量不大于17％，不小于4％，D15≤20mm。过渡料级配宜连续良好。
2、心墙填筑情况
大坝心墙过渡料总填筑量约246万m3，目前已填筑约75万m3，填筑高程EL1547m,剩余填筑量约171万m3。
3、目前明确的爆破参数
大坝度汛填筑期间过渡料采取高单耗爆破半成品再平铺立采掺配骨料工艺生产。2014年6月设计调整了级配指标，通过试验确定了爆破参数，见下表：
过渡料爆破参数选定表
二、爆破直采的不足
通过近段时间爆破直采，存在以下不足：
(1)江咀石料场作业面积不足3万m3，同时生产堆石料及过渡料，场面协调较为困难；
(2)爆破直采受料场岩石条件变化而波动，质量不稳定；
(3)爆破过渡料在挖装过程中需分选，受挖掘机斗容及操作工水平所限，分选效果不佳，增加了上坝后的处理量与返工量；
(4)由于单耗高，造孔量大，爆破生产强度难以满足填筑强度需求。
三、破碎方案
1、概述
破碎生产系统产能约为600t/h，采用粗碎加中碎后掺拌形成成品料的工艺进行。粗碎设备进料粒径小于80cm，出料粒径小于30cm，中碎设备进料粒径小于30cm，中碎比例为40％～60％。中碎料与粗碎料经皮带输送机掺混后输送至成品料堆。
四、单价分析
根据现有的三个方案分别进行费用分析，分析内容如下：
方案一：料源采用强爆破生产过渡料，炸药单耗为2.2kg/m3，钻孔费用参考温州锐锋合同进行编制，爆破及装运单价参考远程公司合同单价进行编制。
方案二：采用强爆破生产，料源采用爆破的堆石料运输至江咀进行破碎，破碎后的合格料装运上坝。钻孔费用参考温州锐锋合同进行编制，爆破及装运单价参考远程公司合同单价进行编制。
方案一：强爆破生产方案单价
| 序 | 项目名称 | 单位 | 单价 | 综合系数 | 综合单价 | 备注 |
| 1 | 钻孔 | 堆方 | 21.45 | 1.36 | 29.17 | |
| 2 | 爆破 | 堆方 | 30.56 | 1.36 | 41.56 | |
| 3 | 选料 | 堆方 | 1.35 | 1 | 1.35 | |
| 4 | 超径石作为堆石料 | 堆方 | -19.42 | 0.27 | -5.24 | |
| 5 | 运输 | 堆方 | 19.12 | 1 | 19.12 | |
| 6 | 上坝料综合单价 | 堆方 | 85.96 |
方案二：江咀建站生产方案单价
Claims (2)
1.一种堆石坝高标准过渡料的一体化生产工艺，其特征是，按以下步骤进行：
1）、选用经济性单耗进行爆破开采石料作业
首先进行石料场的造孔及爆破作业，爆破选用经济性单耗进行爆破，爆破参数如下：
台阶高度15m，超钻深度2m，钻孔直径120mm，钻孔角度90°，布孔方式为矩形，堵塞长度3m，间排距5×4m，单耗0.5kg/m3，起爆方式为V型，装药结构为连续不耦合，炸药类型为2#岩石乳化炸药；
2）、破碎工序
对石料场爆破后的石料采用粗碎加中碎后掺拌形成成品料的工艺进行：
粗碎设备采用颚式破碎机，其进料粒径小于80cm，出料粒径小于30cm，中碎设备采用圆锥破碎机，其进料粒径小于30cm，中碎比例为粗碎量的40%～60%；上述破碎设备按以下方式安装：
颚式破碎机（903）的进料口与棒条给料机（902）的出料口衔接，第一输送皮带（904）位于颚式破碎机（903）的出料口正下方，中间喂料机（905）进料口设置在第一输送皮带（904）出料口下方，经颚式破碎机破碎后的石料的40%～60%由中间喂料机（905）的一个出料口下落至第二输送皮带（906）上，圆锥破碎机（908）进料口设置在第二输送皮带（906）出料口正下方，经颚式破碎机破碎后的其余石料经中间喂料机（905）的另一个出料口下落至第三输送皮带（907）上，第四输送皮带（909）设置在第三输送皮带（907）出料口以及圆锥破碎机（908）出料口下方；
上述破碎设备采用移动式破碎设备，则将该破碎设备安装在料场开挖掌子面，以便由液压反铲将爆破后的石料直接抓入棒条给料机（902）的受料斗（901）；或者，上述破碎设备采用固定式破碎设备，则棒条给料机（902）的受料斗（901）设置在路面下方，以便由自卸汽车（910）将爆破后的石料自动卸入该受料斗（901）；
3）、装车运至堆石坝施工现场
将破碎工序破碎后的石料采用液压反铲装入自卸汽车，由自卸汽车运至堆石坝施工现场供施工用。
2.根据权利要求1所述的一种堆石坝高标准过渡料的一体化生产工艺，其特征是，所述颚式破碎机的型号为C125，其进料粒径小于1250*950mm，出料粒度小于350mm。
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