四川河卵石的破碎工艺和质量控制案例分析

江油市厚坝镇至六合乡公路项目(简称厚六路项目)，路线全长21.5k m，按山岭重丘区三级、四级公路分段设计，路面结构为18cm厚天然砂砾垫层、18c m厚水泥稳定碎石基层、 22c m厚水泥砼路面面层。沿线涵洞30多道，中桥2座，防护工程2万多m³。该工程地处深山区，离地震带较近，大部分路段为沿河线，河内多为直径50～500mm卵石。路段内风景区一处，该处通往山外的干线公路为多年前修建的3.5m宽风景区道路，设计标准很低， 设计车辆主要为小型轿车，不能通行大货车，无法用大货车将砂石等建材运进山区施工路段， 

只能用农用三轮车少量运输，从外部运输砂石建材，运量无法保证，运输单价是一般路段的 2倍以上。为了不损坏风景区原有道路，降低工程成本，特别是用量非常大的碎石及工程用砂(碎石用量为8.4万m³，砂用量为5.8万m³) 是影响工程进度和工程成本的主要因素，经技术、经济分析，决定就地取材，现场破碎河卵石制取砂石料。

1 破碎设备的选型及工艺确定

(1)原材料即河卵石情况调查分析。破碎原料的粒径组成、石质、强度以及采集方法等决定着破碎设备的选型和破碎工艺。为此，对河道内的河卵石进行详细调查分析，发现工程沿线河道内存有大量河卵石。河道纵坡较大地段，河卵石直径偏大，大部分在500mm 以上；河道纵坡较小地段河卵石直径偏小，粒径50～500mm河卵石含量在60%以上,采集较容易。粒径组成：粒径5～50 mm 卵石占总量的5% ～10% ,粒径50～500mm 卵石占60%～70%， 粒径500mm 以上卵石占20％～30％。河卵石石质：经调查检验，河卵石98%以上为坚硬的石炭岩内核，另有极少量石英石等。河卵石强度绝大部分在150MPa以上。河卵石分检措施和方法：天然河床内的河卵石粒径大小不一，直径500mm 以上河卵石占到总量的20%～30%，为了降低破碎难度和费用，经综合分析对比后确定将直径500mm以上的河卵石剔除， 剔除方法主要有：1 )特别大的(直径800mm以上河卵石)由挖掘机在挖翻河卵石时用挖掘机直接清除到一旁；2 ) 对于直径500 ~800mm河卵石，采取现场挖堆方法，较大石块滚向堆

边，然后用挖掘机清除；3 )对于直径350～500mm的河卵石，利用在翻斗车货箱上焊三角形钢管篦的方法筛除。综合考虑采集难易程度、距破碎场距离、粒径大小、可开采量等因素， 确定了几段采石场。确定采石场后，分别对采石场内可开采量进一步开挖调查计算，保证开采量满足需求。

(2)砂石联合生产线的确定。考虑到该工程需用碎石8.4万m³、砂5.8万m³，从外部进料比较困难(而且从外部进砂其价格比碎石高)，采用砂石联合生产线，同时生产砂石料。生产过程中可以根据砂石每时期需要量，调整砂石产出比例，以满足施工需要。主要破碎工艺为铲车上料一粗破一细破一筛分一洗砂一出料。 

(3)砂石生产设备套数和产量的选定。根据工程计划安排，8.4 +5.8=14.2万m³。砂石料只要能够在5个月内完成，即可满足工期需要。该工程施工路段中间有一个垭口，垭口通车需要等到垭口两侧主体工程完成，也就是说工程中后期垭口处才能通运料车。考虑到该工程的这一特点，在垭口两侧适当位置各设一套破碎设备。考虑到安装调试需要40d左右，实际破碎时间也只有3.5个月，每月考虑有效工作时间25d，每天平均作业时间12h，则需小时产量为14.2×10000÷[ (25×3 +1 5 )×1 2×2 ]=65.7 m³／h 。根据破碎设备型号和产量，选用每小时100t (65.7m³) 处理能力的砂石联合生产线 2套。另外，考虑到河卵石硬度极大，破碎效率相对较低，选用分级破碎生产线，即先用颚式破碎机粗破后，再用反击破碎机细破并进行整形。

(4)粗破设备即颚式破碎机选择条件：1)能够破碎高硬度河卵石，局部压力大，颚板厚，颚牙跨度大，破碎弯矩大，颚口窄而深的PE系列；2 )产量为100t／h，即不低于联合生产线综合产量；3 )最大可进料粒径为500mm左右。根据这些条件，最终选定PE-600×900颚式破碎机，该破碎机处理量为50-160t／h，最大进料粒径为500mm，出料粒径65～160 mm， 电机功率75kw，完全能够满足上述条件。 

(5)细破设备即反击式破碎机型号选择条件：1)能够破碎强度高河卵石；2)作为终级破碎，碎石粒形能满足公路工程有关规范对集料的质量要求，破碎的碎石长条状、片状能够控制在一个较低的含量内；3 )磨损件易换、耐磨；4 )产量在100t／h以上。根据这些条件，选定反击式破碎机PF-1214，其进料口尺寸为 1440mm×465mm，最大进料边长为 ，350mm，生产能力100-160t／h，功率132k W。  

(6)筛分设备型号选择条件：1 )必须有3种规格材料，即5 mm 以下砂、5～20mm碎石、20～40mm碎石；2 )综合考虑工程需要、拌和机料斗配制数量等因素，需要3层筛网，筛孔分别是5、20、40mm；3 )可加设供水设备，在筛分过程中进行冲洗(原料较湿破碎后筛分困难) 。根据这些条件，选定振动筛3YK1854型，其处理能力为50-300t／h，电机功率 22kw，倾角20º，振幅8 mm，筛面规格1800 mm×5400mm。

(7)洗砂设备选定。根据总产量要求，配置轮式洗砂机，型号为XSD3620，处理能力为150t／h以上；轮斗直径3600mm，转速0.8～1.2h／min，电机功率18.5kw.

(8)皮带机尺选定。考虑到原材料较湿易下滑的特点，采用统一的宽度为650mm 皮带，皮带机倾角控制在18º 以内。从鄂破到反击破、从反击破到振动筛，两支皮带机长度选定为18 m；从振动筛出料以及从洗砂机出料，皮带机长度为22m (主要考虑料堆分布)。每个皮带电机功率5.5 ，共6×5.5=33 k W，输送能力为130 t／h 。 

(9)其他设备配置。配置50 t 铲车1台，主要用于上料、移料；配置200k W 变压器1台。

2 设备安装调试中应注意的问题  

(1)颚式破碎机的安装。1 )采用铲车上料，靠重力下料。用人工控制流速的方式上料，上料斗为现场焊接(钢板加型钢)，呈竖向倾斜簸箕形，倾斜角度为30º(有利于河卵石自动下移)， 料斗距地面6 m高，料斗后利用河卵石原料填筑铲车斜坡道。2)进料口下料速度控制：在料斗出料口设置可转动挡块,用杠杆原理由人工控制下料量，以防下料过快堵塞破碎机入口时防止下料过慢而导致产量低，造成浪费。3)颚式破碎机卡机问题预防。下料太快和超尺寸石料进入都可能造成卡机现象。为了减少卡机，一方面要控制超尺寸石料进入，虽然在原料采集过程中采取了各种分检措施，仍有个别超大尺寸河卵石存在。为此，在颚式破碎机进料口设置工作平台，由工人及时清除超大尺寸石料。另一方面要控制下料速度，但尽管采取了多种措施，仍有少量卡机现象。为减少处理卡机时间，将影响降到最低，在颚式破碎机上加设小型门架和手拉起吊葫芦，葫芦下方设专用夹具，一旦卡机，可利用该起吊设备将石块尽快取出。另外，这一起吊设备为快速更换颚板提供了条件，使更换颚板的时间大为缩短。4)在实际生产中经常有铁件掉人原材料中，进而进入反击破碎机，造成破碎机加速损坏。为避免此类事情发生，在颚式破碎机出口附近皮带机上方设置除铁器，一旦有铁件通过都会被除铁器吸走，这样可以完全避免铁件进入，防止铁件对设备的损坏 。 

(2)反击破碎机的安装。1)在进料口上方设置防护罩，防止飞料伤人。因为反击破碎机是靠高 速旋转打击石料(打击速度为30m／s以上)，飞石的速度非常高，极易伤人。2 )反击破碎机出料口有大量飞料以极高的速度飞出，为防止大量飞料损害皮带机皮带，必须加设挡板，并且要经常检查，一旦损坏及时更换，以延长皮带寿命。3)安装时电机轴线与破碎机转子轴线必须平行对齐，并固定可靠，否则会经常出问题。 

(3)振动筛安装和使用中的问题。1)皮带机在振动筛上的落料位置要加设易更换的钢筋网( 40 mm×400mm)，以减少局部筛网损坏速度。如不加专门防护网，落料处筛网在1台班内就会损坏，造成不断更换筛网。2 )在振动筛上方加设冲水管，因为在河道内取料实际上是在水中取料，原料含水量很大(主要是细集料)，加上该地区雨量大，下雨次数多，原材料含水量始终不能降下来，如不加水冲洗将造成筛分困难。3)振动筛分料斗设计加工要合理、牢固，排料顺畅、不堵塞 。 

(4)洗砂设备安装中应注意的问题。1)洗砂机水池顶高要低于振动筛出料口。从振动筛上加注大量水，携带砂粒顺利进入洗砂机水池内。2)洗砂机排水口尽量设在水池中上部，排水口大小要与进水量及排水口滤网粗细相结合，既保证顺利排水而不溢出，又要保证细砂不被带走。3)减速机应安在叶轮轴齿轮下方或后方(进砂方)，使减速机底座只受剪或压力(均匀受剪或受压)，绝对不能使减速机底座局部受拉。因为减速机底座和外壳均为铸铁，脆性大，局部受拉致使应力集中，极易损坏。4)污水处理。该施工场地处于风景区，洗砂污水必须经过处理才能排人河内。采取“双池沉淀，分时排出，定期清淤”的处理方法，具体说就是设置 2个沉淀池，第一个池底高于第二个池顶，第二个池底高于河底，每个池口设闸门一个；第一个池储存直排污水，并有部分沉淀，待第二个池清水放掉以后，第一个池内水排人第二个池内，然后关闭第一个池的闸门，第二个池内不流动、沉淀后，将清水放入河内或再次循环利用，并定期清除池内的沉淀物。

3  质量控制

3. 1 原料质量控制

主要是河卵石含泥量控制。经现场取样，人工剔除直径大于50mm卵石，检查其含泥量为3～5％( 泥主要存在于细料之中)。为降低含泥量，采用挖掘机现场翻挖洗刷办法，充分利用河卵石下的河水清洗(卵石下河水一直在流动，通过挖掘翻动，使粒径极小的泥质被河水冲走，起到清洗作用)。经翻动清洗后，直径50 mm 以下集料含泥量绝大部分为 l ％以

下，确保了原料的清洁度。其次是清除河卵石中的树根等杂物。 

3.2 破碎后材料质量

碎石检查结果如表 1所示。从表 1可 以看出新生产石料的各项指标都能满足规范的最高要求。经试验，砂的含泥量为0．8，无泥块存在，细度模数3．7，属粗砂上限。其筛分情况如表2所示。从表2 可以看出该砂属JTJO41—2000中的I区。通过试拌砂浆，发现和易性较差。

 
经过破碎机破碎后碎石试验结果数据

  
经破碎机破碎后砂的筛分结果

3.3改进措施

通过对洗砂沉淀物检查分析发现，其中70%以上为0.16、0.63 mm 细砂粒，这是因为 0.16～0.63 mm粒径在洗砂过程中被水冲走，造成制出的砂偏粗，级配相对也较差。为减少细颗粒部分流失，首先对洗砂机进行改造，将洗砂机叶轮背面滤网孔由5 mm改为1 mm，输出的砂中细颗粒大量增加，但随后出现了新问题，细粒多携带的水也多，按原有皮带机斜度，砂大量顺着皮带机往下流，导致输运困难。 针对该情况，进一步降低输砂的叶轮转速， 由原来的1.2r／min改为0.5 r／min，转速降低后，滤水时间增加，砂中含水量大大降低；同时调整皮带机倾斜角，由18º 降到16º，另外，扩大洗砂机排水口尺寸，将排水口滤网换成更细网孔的滤网，使进排水平衡。通过采取以上措施，输出的细粒料明显增多，其筛分试验结果如表3所示。  

     
对洗砂机生产工艺改进后砂的筛分结果

经过上述改进，生产的砂中细颗粒明显增多，细度模数明显下降(细度模数接近3.0 )，试拌砂浆和砼后发现，其和易性明显增强，保证了制砂质量。

4 经济效 益和社会效益分析

4．1 经济效益

该工程碎石用量84000m³，砂用量58000 m³。 

(1)利用河卵石破碎碎石和砂，其成本如下：1)生产成本。设备投资每套80万元，2套共计160万元，按5年折旧，设备折旧每年32万元。破碎设备总装机容量280 W，电费为142000   m³÷65.7m³／h×2×0.8×260 =899117元。50 t铲车使用费按4个月、每月2．5万元、2台计算，共计4×2.5×2 =20万元。2 )人工费。每套设备6人，共12人，每月工资3000元， 共计30000×12×4 =144000元。3 )原料运输费、采集费用为10元／m³， 损耗系数按1.05

计，共计142000×1.05×10 =1491000元。4 )设备安拆运输费每套5万元，共计10万元。总费用为320000+899117+200000+144000+ 1491000+ 100000=3154117元 。 

(2)如果采用山外进料，碎石的外进价格为62元／m³，砂的外进价格为94元／m³，则总费用为62×84000+94×58000=10660000元。

利用河卵石制取碎石和砂的直接经济效益为10660000-3154117=7505883元≈750万元。

4. 2 社会效益

一是现场加工生产，可避免大量运输砂石料对原有风景区道路的损坏；二是通过有计划采挖河卵石，疏通了河道，有利于瀑雨期间泄洪；三是变废为宝，河卵石不断堆集，占用大量耕地，合理开采利用河卵石将大量减少耕地占用。