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1、概述
    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。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，占主體工程混凝土澆筑總量約63%，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，占主體工程混凝土澆筑總量約33%，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。
    太平料場及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。
    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. 00～1169.00m: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. 00m。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. 00ln、300. 00m和310.00m三個混凝土生產系統。
2、工藝設計條件
    a)混凝土澆筑高峰時段生產級配
    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%）。其綜合計算級配：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，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資料和生產廠家提供的資料。
3、工藝設計方案一
3.1生產規模
    根據招標設計階段施工總進度安排，主體工程混凝土高峰澆筑強度為40. 81萬m3／月。按每日兩班制生產，砂石系統生產規模：處理能力3200t/h，生產能力2600t/h。
3.2工藝流程及設備選型
    按以生產四、二級配混凝土骨料為主，同時也能生產三級配骨料進行工藝流程設計。工藝流程按粗碎、中碎開路，細碎與篩分構成閉路生產粗骨料，細碎、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，雙線生產進行設計。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。
    工藝流程及主要設備選型詳見“太平料場及馬延坡砂石加工系統工藝流程簡圖（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，生產的成品砂石料經成品堆場底部的帶式輸送機運至右岸各混凝土生產系統，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
    1)粗碎車間：配置42-65型旋回破碎機3臺。小于900mm的毛料從太平料場經自卸汽車運至受料倉進行破碎，平均運距約2. 5km，破碎后的石料由膠帶機運往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。
    3)2號半成品堆場：總容積37.5萬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
    1)3號半成品堆場：為提高混凝土骨料供應的可靠性，設置1個總容積50萬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型圓筒洗石機各3臺。篩洗后的部分80～150 mm骨料經帶式輸送機運往成品堆場，7另一部分80～150 mm骨料運往細碎車間；根據石料的含泥量，篩分后≤40mm的骨料可進入（或不進入）圓筒洗石機沖洗，洗石后（或未經沖洗）與40～80mm骨料混合，經帶式輸送機運往第三篩分車間。
    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成品砂經帶式輸送機運往成品堆場。級配平衡后，多余部分的骨料被分別運往細碎車間、超細碎車間和棒磨機制砂車間。
    4)細碎車間（破碎制砂）：配置S500D型反擊式破碎機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骨料分別被送入細碎車間進行破碎，破碎后的骨料返回第三篩分車間，形成閉路循環。
    5)超細碎車間（破碎制砂）：配置RP109型立軸沖擊式破碎機6臺。來自第三、第四篩分車間的5～40mm骨料經帶式輸送機送入超細碎車間，破碎后的骨料被運往第四篩分車間。
    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8臺。≤40mm骨料被送入第四篩分車間進行篩分分級，≥5mm骨料返回超細碎車間，形成閉路循環；≤5mm的成品砂運往成品堆場；級配平衡后，部分3～5mm骨料送入棒磨機制砂車間。
    7)棒磨機制砂車間：配置MBS-22136型棒磨機7臺（備用l臺），FC-15型螺旋分級機7臺（備用1臺）。由第三、第四篩分車間運來的3～20mm骨料被送入棒磨機制砂，成品砂經螺旋分級機脫水，與第三、第四篩分車間生產的成品砂摻混后，由帶式輸送機運往成品堆場堆存。
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、棒磨機車間產生的廢水（含石粉）由排水溝渠匯集至回收池，經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運往成品堆場堆存。
    9)成品料堆場：總容積為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，由壩區右岸供水系統供水；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，自然沉淀后的清水經水泵送回高程572. OOm水池。
4、工藝設計方案二
    根據近幾年水電工程砂石系統生產實踐情況，結合向家壩水電站人工砂石系統的具體工況，確定對砂石系統生產工藝的以下3個環節開展進一步研究。
    工藝流程及主要設備選型詳見“太平料場及馬延坡砂石加工系統工藝流程簡圖（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4臺。小于1000mm的毛料從太平料場經自卸汽車運至粗碎車間受料倉，料倉底部配置HGF1852 2G型初級振動給料機4臺。由該給料機給入破碎機破碎，破碎后的半成品料經膠帶機運至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各2臺。篩上≥150mm的碎石進入圓錐破碎機進行破碎，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4臺。篩洗后的部分80～150 mm骨料經帶式輸送機運往成品堆場，另一部分80～150 mm骨料運往細碎車間；根據石料的含泥量，篩分后≤40mm的骨料可進入（或不進入）螺旋洗石機清洗，清洗后（或未經清洗）與40～80mm骨料混合，經帶式輸送機運往第三篩分車間。
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行生產。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脫水。來自超細碎車間的≤40mm骨料被送入第四篩分車間，篩分分級后，5～40mm骨料返回超細碎車間調節料堆，形成閉路循環；≤5mm的成品砂被運往成品堆場；級配平衡后，部分3～5mm骨料被送入棒磨機制砂車間。由于系統總需水量由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。
    采取分散設置通風系統方式進行除塵，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）、2號細碎車間和超細碎車間進行除塵，采用布袋式除塵器作為除塵設備。
5、工藝方案技術經濟比較
5.1粗碎、中碎工藝比較
    將粗碎和中碎作為一個整體進行比較，兩種工藝方案的技術經濟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的要求，并對灰巖具有較好的適應性。
    就技術性能而言，顎式破碎機與旋回式破碎機相比，具有破碎產品粒徑相對較大、粒形相對較差、需配置給料機的不足之處；但是，顎式破碎機具有結構相對簡單、重量較輕、運動部件較少、無需復雜的液壓潤滑裝置等優點，并且可通過后續破碎作業改善顎式破碎機破碎產品的粒形，使成品砂石料的針片狀顆粒含量控制在規范允許的范圍之內。
    就經濟性而言，“方案二”與“方案一”相比，節省粗、中碎設備費用約200萬元，節省粗、中碎工序砂石生產綜合費用約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，風化較淺，夾層所占比例不足1%，巖溶不發育。據此，初步判斷其含泥量不高，可選圓筒洗石機或螺旋洗石機為洗石設備，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，并對太平料場灰巖巖石（硬度適中、磨蝕性極小）具有較好的適應性。
    就技術性能而言，“方案二”比“方案一”具有螺旋洗石機結構相對簡單、重量較輕、運動部件少、洗泥能力較強、單機的可靠性較高、動能消耗較低等優點；單條螺旋洗石機生產線的洗石環節和設備數量較少、布置相對簡單；由于螺旋洗石機相對較輕，因而其運輸的難度、設備安裝和運行維護的難度相對較小。
    螺旋洗石機的缺點主要是其允許的進料粒度較小，僅為65mm，處理能力沒有圓筒洗石機大，所以將第二篩分車間下層篩網孔徑定為40mm，控制進入螺旋洗石機的石料粒度不超過40mm，同時也起到了降低洗石機生產負荷的作用。
    就經濟性而言，“方案二”與“方案一”相比，節省洗石設備費用約1626萬元，節省砂石生產綜合費用約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合）。目前，水電行業人工砂石料生產廣泛采用濕式制砂工藝，但是，干式破碎制砂的優越性已日益明顯，已在數個工程實踐中取得一定驗證。
5.3.1濕法普通篩分與干法高頻篩分的技術比較
5.3.2石粉回收、廢水處理工藝技術比較
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量要求，對灰巖巖性具有較好的適應性。
    “方案一”（濕式破碎制砂）：生產過程無粉塵產生，對環境和運行人員的健康影響較小；但生產用水量較大，石粉流失量較大，人工砂石粉含量偏小，細度模數偏高，需采用棒磨機制砂調整細度模數和石粉含量，成品砂的質量滿足有關規范要求；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，細度模數相對較低，需采用棒磨機制砂調整其細度模數和石粉含量，成品砂的質量滿足有關規范要求；生產中會產生大量的粉塵，需配置通風除塵裝置；成品砂含水率較低，可以縮短其脫水時間。
    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。
    就經濟性而言，通過分析計算，“方案二”與“方案一”相比，節省篩分、洗砂和石粉回收設
備費用約41萬元，節省砂石生產綜合費用約620萬元。
6、結論
    經綜合比較，“方案一”和“方案二”都采用了較為先進的工藝流程，關鍵設備均選用進口大型設備，都能生產出符合質量和數量要求的成品砂石料。
    粗碎工藝采用顎式破碎機或旋回破碎機都是可行的，旋回破碎機方案技術性能略優（破碎產品粒形較好，粒度較細），顎式破碎機方案經濟性略好（粗、中碎工序總費用節省約310萬元）；
“方案二”的洗石工藝和破碎制砂工藝的總費用明顯低于“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量、運行維護管理等方面具有一定的優勢。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的招標設計方案。