砂石系统设计

砂石（加工）系统（厂）设计1 料源选择 砂石料源有两种：一是河床河滩的天然砂砾石料场（简称天然料场）；二是开山爆破的人工砂石料场（简称人工砂石料场）。 料场选择的原则：一是料场的石料质量包括化学成分、物理性质和力学性能等必须满足使用要求；二是料场的有效地质储量必须满足需用要求；三是开采加工运输条件好（成本最低、最经济）。2 砂石厂设计条件和依据2.1 砂石厂设计条件（1）厂址的场地条件：包括地形、地貌、地质，以及水源和供电情况并至少要有千分之一地形图；（2）对外交通条件：外部交通是否便于进场公路的连接。2.2 砂石厂设计依据（1）料场地质勘探（详查）成果：包括化学成分、物理性质和力学性能，含水量、含泥量和泥块含量，表观密度等；（2）天然料或爆破料的试验成果：包括最大颗粒粒径、各级颗粒级配百分比例、松堆密度等；（3）对各级砂石料需用产量和产品品种的要求；（4）对砂石料生产产品质量的要求。3 砂石厂生产规模 根据混凝土高峰月浇筑强度、混凝土骨料级配和料场勘探成果（含泥量的多少）计算确定生产规模。3.1 生产能力计算（1）生产能力：Qs=2.2Qy/350-t/h (加35%取整数)式中：Qs-成品砂石料生产能力(t/h)；2.2每立方米混凝土需2.2t砂石料； Qy-高峰月混凝土浇筑强度（m3/Y）、350两班14h作业制，月工作25天350h。（2）根据混凝土骨料级配计算各级料的产量 按下表比例计算。水工混凝土骨料级配比例表常规混凝土 碾压混凝土3.2 处理能力计算处理能力：Qc=KSQs-t/h式中：KS包括含泥量、加工、堆存、运输等综合损耗系数。对石灰岩砂石料场一般含泥量都在9%左右，加上加工冲洗、堆存、运输等总损耗为20%（已被龙滩两个砂石系统的生产实践所证实），KS=1.25。4 主要组成部分水电工程混凝土骨料大多采用三级配或四级配，一般采用三段破碎四段破碎，砂石料场大多为灰岩（沉积岩），含泥量较高，大多采用湿法生产并对40mm以下物料采用洗石机除泥，而湿法生产人工砂的石粉含量只有57%，必须增加石粉回收装置。系统主要由粗碎车间、预筛分与中碎车间、细碎车间、主筛分车间、超细碎与检查筛分车间、(为调节人工砂细度模数必要时增加棒磨车间)、转料仓、调节料仓、半成品堆场及成品料堆场、石粉回收及废水处理系统、给排水系统、供配电及电气控制等部分组成。5 生产工艺流程 （1）根据最大给料粒度、砂石料处理能力、破碎岩石的物理化学性质（破碎功指数、磨蚀指数、硬度和抗压强度）、破碎比、含泥量、堆积密度、表观密度等选择粗碎车间的棒条给料机、破碎机、除泥筛分（需要除泥工况时），并确定给料机棒条间距和破碎机排料口的开度。对硬度较大，破碎功指数Wi14的岩石选择颚式破碎机或旋回式破碎机；对较软岩石（破碎功指数Wi14如砂岩、灰岩可选择反击破，但必须控制给料是混合料（爆破料或天然料）；不论岩石性质如何，粗碎都应该优先选择颚式破碎机，因为颚破较旋回破简单可靠、土建工程量小。（2）根据砂石料处理量和各粒级骨料需要的产量、料场开采爆破粒度曲线或各颗粒级配比例表、破碎机排料粒度曲线、以及考虑含泥量和加工冲洗、堆存、运输损耗等进行砂石料级配平衡计算并计算闭路生产的循环量。（3）必须满足混凝土骨料生产质量要求，一般水工混凝土骨料质量标准：粗骨料：超径5%、逊径10%、针片状含量不超过15%。细骨料：细度模数2.42.8，石粉含量：常态砼1015%（规范618%）、碾压砼1620%（规范1022%）。 （4）根据砂石料平衡计算的结果和砂石产品质量要求进行工艺设备包括破碎机、洗选设备、给料机、胶带机等选择配置。注意：所有设备的选择都必须留有20%以上的富余量，设计必须留有足够的余地，这是一条基本设计原则，请大家遵循，否则就会造成生产的被动局面。（5）绘制系统生产工艺流程图。以棉花滩水电站砂石厂为例：棉花滩水电站闽江局（大坝标）砂石厂流程图6 总平面布置 （1）系统布置应充分考虑利用场地地形高差，自上而下进行布置，最好能设置34个平台，尽量避免或减少胶带机提升运输高度，以降低胶带机电机功率，减少场地平整工程量，便可节约系统建设投资和降低系统运行费用，即节省投资降低成本。（2）系统布置应满足生产工艺要求，应于车间和胶带机工艺布置图同时进行并起主导作用。（3）在场地容许条件下半成品堆场应尽量加大，其堆料活容量应至少满足成品料生产一个班（7h）需要量。（4）成品料堆场亦应尽量加大，采用湿法生产时，考虑骨料的自然脱水，砂堆场堆存的活容量应能满足7天需要量并应采用卸料小车分3仓堆料，按一仓进料、一仓脱水、一仓使用的程序安排生产。（5）胶带机的布置： 胶带机的倾斜角度：对毛料、混合料、细石、干砂一般18；对水洗砂、分级的中石、大石、特大石一般14；对520mm的碎石16。 机尾受料点到机尾滚筒中心线的距离12002500mm，根据落料长度决定，受料区段到机尾滚筒中心线的净空距离不宜小于900mm。 应根据受料点/区段到卸料点/区段及沿线的地形条件进行胶带机的布置，如受料区段必须是水平段，水平段大多为顺地爬行，采用标准支腿，水平段的最小长度是由离开最后导料槽不小于5m为限，在提升凹弧起弧点位置容许范围内越长越好；由水平段到提升倾斜段需经凹弧过渡，凹弧曲率半径一般带宽B800mm以下为80m，B1000mm以上为120m，最小曲率半径须通过计算选取，倾斜角度（弧线的中心角）应满足第条要求，半径和中心角确定后，即可计算出弧线长、弦长、弧线段提升高和水平长；根据要求的提升高如跨路一般需3.84.1m净空高度-弧线段提升高，计算第一斜线段长和斜线段水平长，如果尚未到达卸料点或卸料区段要求高度，尚需继续提升到位并采用凸弧段过渡到水平段到达卸料点，凸弧曲率半径一般带宽B500mm为12m、B650mm为16m、B800mm为20m、B1000mm为24mB1200mm为28m，最小曲率半径须通过计算选取，确定半径后即可计算弧线长、弦长、弧线段提升高和水平长；再根据最终提升高计算第二斜线段长和第二斜线段水平长；最后倒推用胶带机水平长Ln-L1-L2-L3-L4-L5计算出机尾段长度。 凸弧段最小曲率半径R1计算对织物芯带：R1（3842）Bsin （3.11-1）对钢丝绳芯带：R1（100167）Bsin （3.11-2）式中： B胶带宽度，m； 托辊槽角，（）。 凹弧段最小曲率半径R2计算凹弧段的曲率半径应保证胶带机空载启动时，胶带不会从托辊上跳起，凹弧段最小曲率半径:R2（1.31.5）Fx/qBg (3.11-3)式中： FX凹弧段起点处胶带张力，N； qB胶带质量，kg/m； g重力加速度，9.81m/s2。（6）场内道路的布置需考虑与对外交通的衔接。（7）布置应尽量紧凑、全面，必须充分考虑供排水（含污水处理）、供配电及控制，以及调度室、会议室、值班室、修理间、仓库等布置位置。（8）总平面布置图应包括主要设备表、控制点坐标表、胶带机头尾坐标表及必要的说明。7 名词解释 （1）骨料级配：按照骨料粒径进行的分级。例如四级配：特大石G1：15080mm、大石G2:8040mm、中石G3：4020mm、小石G4：205mm。（2）骨料超逊径超径超过粒级上限粒径的颗粒（5%）。逊径小于粒级下限粒径的颗粒（10%）。 (3)骨料针片状针状长度粒级平均粒径2.4倍颗粒。片状厚度粒级平均粒径0.4倍的颗粒。针片状标准15%。（4）细骨料（砂）-粒径5mm的颗粒称之为砂。砂的细度模数表示砂粒粗细程度的数。用圆孔试验分析筛做试验，各层筛孔孔径为：5mm、2.5mm 、1.25mm、0.6mm、0.3mm、0.16mm.石粉粒径小于0.16mm的微粒料称为石粉。（5）破碎比进料最大粒径与破碎产品最大粒径之比。 总破碎比原始物料的最大粒径与最终破碎产品的最大粒径之比。常用破碎比范围（开路）： 颚式破碎机35 圆锥破碎机46 反击式破碎机1015破碎机排料口开度： e=d/z式中：e破碎机排料口开度（mm）。 d破碎产品的最大粒径（mm）。 z产品最大粒径与排料口开度比值。对中等可碎岩石： 颚式破碎机 z=1.6。 圆锥破碎机 z=1.9。（6）岩石类别： 火成岩地幔的岩浆，通过火山喷发转移到地壳内外，冷却后形成的岩石。如：玄武岩、安山岩、辉绿岩、班岩、花岗岩、闪长岩等。 沉积岩经风化、迁移，沉积在地表、湖海的底部，在高压和化学作用下重新凝聚而形成的岩石。如：砾岩、砂岩、灰岩、页岩等。 变形岩火成岩或沉积岩由于剧烈的高温高压造成的物理和化学性质的变化形成的岩石。如：花岗岩片麻岩、辉绿岩/玄武岩闪岩、石英砂岩石英岩、灰岩大理石。（7）破碎功指数Wi表示物料破碎的难易程度（KWh / t）。 Wi破碎功指数 Wi可碎性描述 10 非常软，如砂岩。 10 3 10-14 软， 如石灰岩。 12 3 14-18 中等，如花岗岩。 16 6 18-22 硬， 如辉绿岩。 19 4 22以上非常硬，如玄武岩。 20 4（8）磨蚀指数Ai表示物料对机件的磨损程度 Ai磨蚀指数Ai磨蚀性描述0.1 非常低，如石灰岩 0.0010.030.10.2 低磨蚀性，如玄武岩 0.2 0.10.20.4 中等磨蚀性，如片麻岩 0.5 0.10.40.6 较高磨蚀性，如花岗岩 0.55 0.10.60.8 高磨蚀性， 如石英岩 0.75 0.10.8及其高的磨蚀性，如石英砂岩 0.9常见岩石Wi和Ai及抗压强度岩石名称岩石类型WiAi抗压强度（Mpa）标准（Mpa）闪石变形岩160.420030060安山岩火成岩160.517030080玄武岩火成岩200.2530040080辉绿岩火成岩180.2825035080白云岩沉积岩120.025015060闪长岩火成岩190.417030080灰长岩变形岩210.420035060玄岩石变形岩180.315030060片麻岩变形岩160.4820030060花岗岩火成岩160.4620030080石灰石沉积岩110.018018060大理石变形岩120.0210020060石英石变形岩160.7515030060砂岩沉积岩100.753015060赤铁矿石110.5100200磁铁矿石80.2501508 公路集料（1）路底基层和基层集料：040mm.(2) 水泥砼路面砂石料的分级：4020 2010 105mm 50mm.(3) 沥青砼路面砂石料的分级：3515 155 53 30mm。9 铁路道渣 铁路道渣的碎石规格为：6316mm。10 混凝土骨料级配 混凝土骨料级配、含砂率等 见附表。附表1 混凝土骨料组合比初选混凝土种类级配石子最大粒径mm卵石(小:中:大:特大)碎石(小:中:大:特大)常态混凝土二4040:60:0:045:55:0:0三8030:30:40:030:30:40:0四15020:20:30:3025:25:2030碾压混凝土二4050:50:0:050:50:0:0三8030:40:30:030:40:30:0注:表中比例为质量比。附表2 常态混凝土砂率初选骨料最大粒径mm水胶比0.400.500.600.702036 3838 4040 4242 444030 3232 3434 3636 388024 2626 2828 3030 3215020 2222 2424 2626 28注1:本表适用于卵石、细度模数为2.6 2.8的天然中砂拌制的混凝土。注2:砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5 % 1.0 %。注3:使用碎石时，砂率需增加3 % 5 %。注4:使用人工砂时，砂率需增加2 % 3 %。注5: 掺用引气剂时，砂率可减小2 % 3 %；掺用粉煤灰时，砂率可减小1 % 2 %。注：表中砂率为混凝土坍落度为1060mm时的数值，混凝土坍落度大于60 mm时，混凝土坍落度每增加20mm砂率增加1%附表3 碾压混凝土砂率初选 骨料最大粒径mm水胶比0.400.500.600.704032 3434 3636 3838 408027 2929 3232 3434 36注1:本表适用于卵石、细度模数为2.6 2.8的天然中砂拌制的VC值为3s7s的碾压混凝土。注2:砂的细度模数每增减0.1，砂率相应增减0.5 % 1.0 %。注3:使用碎石时，砂率需增加3 % 5 %。注4:使用人工砂时，砂率需增加2 % 3 %。注5: 掺用引气剂时，砂率可减小2 % 3 %；掺用粉煤灰时，砂率可减小1 % 2 %。附表4 人工骨料混凝土用水量和砂率参考值混凝土种类二级配三级配四级配备注用水量砂率用水量砂率用水量砂率常态混凝土1201303610011031859528水胶比0.55, 坍落度30mm50mm, 掺高效减水剂、引气剂(含气量4.55.5%)、2040%级粉煤灰碾压混凝土8595373975853234水胶比0.55,VC值10s5s, 掺高效减水剂、引气剂(含气量4.55.5%)、4060%级粉煤灰11 有关设计规范和规定 （1）基础埋深规定根据基础设计规范规定:在满足地基稳定和变形要求的前提下，“除岩石地基外，基础埋深不宜小于0.5m”，这就意味着岩石地基的基础埋深不宜大于0.5m，故对新鲜岩石地基的设备基础埋深统一规定为不得超过0.5m，并且取消混凝土垫层，因为混凝土垫层也是为土质地基和风化石地基设置的；对自然地基的基础埋深一般按6001000mm考虑；对北方地区的基础埋深还应考虑地基的冻胀性，季节性冻土的设计冻深按建筑地基基础设计规范（5.1.7）式计算。（2）基础大小（尺寸）设计对自然地基的承载力一般按200kPa(0.2Mpa)设计，即1m2可承载20t重力（静载荷），动载荷是静载荷的5.5倍，依此计算基础的横断面面积，并考虑1.2安全系数。（3）钢筋混凝土保护层厚度保护层厚度（钢筋外边缘至混凝土表面的距离）的设计规定：对于梁、柱混凝土保护层厚度不得小于30mm，对箍筋和构造筋的保护层厚度不得小于15mm,基础纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm，当无垫层时不应小于70mm,当混凝土保护层厚度大于40mm时，应对混凝土保护层采取防裂措施。（4）混凝土标号选择地坪和垫层混凝土为C10、基础素混凝土为C15或C20、钢筋混凝土为C20或C25。（5）护栏设计规定护栏高度1.01.1m（楼梯护栏高度不宜超过1.0m）；立柱采用40*4角钢，间距为1.0m；扶手采用3450mm钢管；中间横杆采用30*4扁钢或16mm圆钢，检修平台护栏中间横杆为两道，楼梯护栏中间横杆为一道。（6）楼梯设计规定楼梯两侧采用厚度12钢板，踏步采用50*5角钢，踏板采用厚度4花纹钢板。不同斜梯踏步