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1、概述
    向家壩水電站是金沙江梯級(jí)開發(fā)的最后一級(jí)電站。工程樞紐建筑物主要由混凝土重力壩、左岸壩后廠房、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)及左岸河中垂直升船機(jī)等組成。電站設(shè)計(jì)正常蓄水位380. 00m，最大壩高16 2m，總裝機(jī)容量6400MW。
    主體工程混凝土施工期為2007年7月至2014年3月，其中2010年7月至2011年6月為混凝土高峰澆筑年，共澆筑混凝土408萬m3，平均澆筑強(qiáng)度34萬IIl3／月，混凝土高峰澆筑強(qiáng)度40.8萬m3／月。
    砂石系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)主體工程約1220萬m3混凝土所需骨料的供應(yīng)任務(wù)，共需生產(chǎn)混凝土骨料2684萬t（其中粗骨料1825萬t、細(xì)骨料859萬t），共需毛料3200萬t。設(shè)計(jì)處理能力3200t／h，生產(chǎn)能力2600t/h。
    混凝土骨料料源為太平灰?guī)r料場(chǎng)，巖性為二迭系灰?guī)r，其面干飽和濕抗壓強(qiáng)度為63～149MPa。巖石各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合有關(guān)規(guī)范要求，料場(chǎng)儲(chǔ)量豐富，滿足工程需求。
    砂石系統(tǒng)由太平料場(chǎng)開采區(qū)、大灣口半成品加工區(qū)、馬延坡成品加工區(qū)以及兩者之間長31. lkm的輸送線四部分組成。
    太平料場(chǎng)和馬延坡砂石加工系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱砂石系統(tǒng)）于2005年9月完成招標(biāo)設(shè)計(jì)，2005年11月完成招標(biāo)文件編制，2006年3月開工建設(shè)，2007年6月建成投產(chǎn)，從砂石系統(tǒng)投入運(yùn)行至2010年5月，長距離帶式輸送機(jī)共輸送半成品砂石料約1100萬t，系統(tǒng)共生產(chǎn)成品砂石料約900萬t，高峰月生產(chǎn)量達(dá)到100萬t。砂石系統(tǒng)總體運(yùn)行正常。
2、總體設(shè)計(jì)規(guī)劃
  2.1  料源選擇與開采
   可行性研究階段，重點(diǎn)比較了四個(gè)料源組合方案，即方案一：太平灰?guī)r料場(chǎng)方案；方案二：新灘壩砂巖料場(chǎng)方案；方案三：新灘壩砂巖十大石盤砂巖料場(chǎng)方案；方案四：岷江天然料十新灘壩砂巖料場(chǎng)方案。方案一具有灰?guī)r料源質(zhì)量相對(duì)最好、儲(chǔ)量豐富、開采條件較好、運(yùn)輸可靠等特點(diǎn)，盡管砂石系統(tǒng)總費(fèi)用略高，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定太平灰?guī)r料場(chǎng)方案作為向家壩工程混凝土骨料料源。
    太平料場(chǎng)有效儲(chǔ)量4050萬m3，共需開采毛料1586萬m3，無用層剝離量99萬m3，剝采比0.06。毛料開采強(qiáng)度42萬m3／月，高峰期需同時(shí)有4個(gè)工作面進(jìn)行開采。料場(chǎng)開采頂部高程1492. 00m，最終開采底部高程1276.00m，最終邊坡高度216m，采用豎直采掘的水平分段法進(jìn)行開采。
    2.2砂石系統(tǒng)布置規(guī)劃
    太平料場(chǎng)附近的大灣口與壩址附近的馬延坡均具備砂石系統(tǒng)布置的場(chǎng)地條件，其間采用長距離帶式輸送機(jī)輸送線運(yùn)輸砂石料。由于砂石系統(tǒng)集中布置方案（大灣口）存在場(chǎng)地狹窄、現(xiàn)場(chǎng)缺乏足夠的供水水源和供電電源、且工程費(fèi)用相對(duì)較高等不足。經(jīng)綜合比較，最終選擇分區(qū)布置方案。
    分區(qū)布置方案規(guī)劃：太平料場(chǎng)開采的毛料經(jīng)自卸汽車運(yùn)至大灣口半成品加工區(qū)，加工后的半成品料(≤150mm)經(jīng)輸送線運(yùn)至馬延坡成品加工區(qū)，生產(chǎn)的成品砂石經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)至右岸各混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)。
2.3砂石系統(tǒng)工藝方案
    砂石系統(tǒng)采用粗碎、中碎開路，細(xì)碎與篩分構(gòu)成閉路生產(chǎn)粗骨料和部分人工砂，超細(xì)碎與篩分構(gòu)成閉路生產(chǎn)人工砂，輔以棒磨機(jī)制砂的工藝流程。
    輸送線為單線布置，設(shè)計(jì)輸送能力3000t/h，由5條帶寬為1200mm的長距離帶式輸送機(jī)組成，輸送線總長約31. lkm，其主要部件按國際先進(jìn)水平配置，采用CST+電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置方案。
    為提高供料的保證性，在輸送線的頭部和尾部各設(shè)置了一座大容量的料堆，位于馬延坡的3號(hào)半成品堆場(chǎng)總?cè)莘e約45萬m3，可滿足高峰期約15d的砂石需用量，位于大灣口的2號(hào)半成品堆場(chǎng)總?cè)莘e約33萬m3，可滿足高峰期約lld的砂石需
用量。
3、主要技術(shù)特點(diǎn)
3.1  遠(yuǎn)程連續(xù)運(yùn)輸半成品料
    由于本工程砂石運(yùn)輸強(qiáng)度高，太平料場(chǎng)距壩址公路運(yùn)距遠(yuǎn)（里程約59km），直線距離較近(約30km)，地勢(shì)上存在458m的天然落差可供利用。有三種運(yùn)輸方案供選擇，即長距離帶式輸送機(jī)輸送線運(yùn)輸方案（方案一），全程汽車運(yùn)輸方案（方案二），汽車運(yùn)輸至新灘鎮(zhèn)后再轉(zhuǎn)水路運(yùn)輸方案（方案三）。經(jīng)比較，方案二存在運(yùn)距遠(yuǎn)、對(duì)當(dāng)?shù)剡\(yùn)輸干擾大、運(yùn)輸成本高、一次性投資大（需投資新修59km高線二級(jí)公路）、施工工期長等問題；方案三存在轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)多（需新建2個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭）、水路運(yùn)輸保證性差、運(yùn)輸成本較高等問題。為提高供料保證性，減小環(huán)境污染和降低運(yùn)輸費(fèi)用，設(shè)計(jì)選用長距離帶式輸送機(jī)輸送線方案連續(xù)高效運(yùn)輸砂石料。
    輸送線的主要技術(shù)特點(diǎn)：
    a．輸送距離長、頭尾高差大
    輸送線總長31. lkm，屬國內(nèi)最長的帶式輸送機(jī)輸送線，由5條頭尾相接的帶式輸送機(jī)組成，單條最大長度8. 3km。輸送線頭尾高差達(dá)458m（頭低、尾高），平均坡降1. 5%。
    b．輸送能力高、輸送總量大
    為滿足向家壩工程高峰期混凝土澆筑強(qiáng)度需要，輸送線設(shè)計(jì)輸送能力3000 t／h，半成品料輸送總量達(dá)3200萬t，運(yùn)行期約7年。
    c．地質(zhì)條件復(fù)雜、土建施工困難
    輸送線沿線穿越高山深谷，形成9段輸送隧洞和8段跨溝構(gòu)筑物。隧洞段總長29.3 km（單段最大長度8.3km），穿越灰?guī)r、砂巖、泥巖、煤層等多類巖層及三大斷層，地質(zhì)條件十分復(fù)雜；土建施工沿線大部分隧洞洞口不通公路，土建施工十分困難。
    d．設(shè)計(jì)方案先進(jìn)、節(jié)能
    采用長距離、窄帶寬、高帶速、多驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)方案。應(yīng)用國際先進(jìn)的動(dòng)態(tài)分析技術(shù)。充分利用輸送線頭尾高差產(chǎn)生的勢(shì)能，使得輸送線的驅(qū)動(dòng)總功率相對(duì)較小（與水平布置相比，驅(qū)動(dòng)總功率降低約50%），輸送線滿載驅(qū)動(dòng)總功率僅約4000kW。
    e．設(shè)備配置先進(jìn)、可靠
    為保證輸送線長期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，主要設(shè)備選用國際先進(jìn)設(shè)備。選用啟停平穩(wěn)、運(yùn)行可靠的CST可控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)裝置，選用外資公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)低摩阻托輥，選用合資公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鋼繩芯輸送帶，選用反應(yīng)速度快的液壓自動(dòng)拉緊裝置，選用大型帶式輸送機(jī)制造公司生產(chǎn)的滾筒、頭尾架、中間架等鋼結(jié)構(gòu)件。
    f．電氣控制先進(jìn)、可靠
    電氣控制系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)的ControlNET控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)輸送線沿線的設(shè)備實(shí)施有效地監(jiān)控。
3.2砂石加工
3. 2.1粗、中碎
    將粗碎和中碎設(shè)備布置在大灣口，能夠有效控制半成品料的最大粒徑不超過200mm，減小石料運(yùn)輸過程中對(duì)輸送帶帶面的沖擊和磨損。
    粗碎車間配置42-65型旋回破碎機(jī)3臺(tái)，該機(jī)具有處理能力大、耐磨損、破碎產(chǎn)品粒型好、粒度較小等特點(diǎn)。
    第一篩分、中碎車間配置YAH2460型圓振動(dòng)篩和H6800EC型圓錐破碎機(jī)各2臺(tái)。進(jìn)口圓錐破碎機(jī)可減少半成品料中的針片狀顆粒含量，降低洗石造成的細(xì)砂流失。
    3.2.2  篩分、洗石
    由于灰?guī)r的局部含泥量可能較多，設(shè)置第二篩分洗石車間對(duì)含泥量較多的半成品料(≤40mm)進(jìn)行清洗。經(jīng)分析，選用6臺(tái)國產(chǎn)雙螺旋洗石機(jī)，總洗石能力達(dá)14 00t／h。
    3.2.3細(xì)碎
    由于灰?guī)r的磨蝕性較小，為改善成品碎石的粒形、提高破碎機(jī)的生產(chǎn)效率、減小生產(chǎn)過程中的循環(huán)負(fù)荷量，細(xì)碎車間采用進(jìn)口大型反擊式破碎機(jī)，該破碎機(jī)除可調(diào)整粗骨料的生產(chǎn)級(jí)配外，還兼有一定的制砂功能。
    3.2.4分級(jí)篩分
    將第二篩分（洗石）車間、第四篩分車間做為成品骨料分級(jí)篩分車間，在招標(biāo)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一個(gè)檢查篩分車間（即第三篩分車間），配置40mm單層篩2臺(tái)。經(jīng)細(xì)碎車間破碎后小于80mm的砂石直接進(jìn)入該檢查車間進(jìn)行篩分，大于40mm的碎石返回細(xì)碎車間進(jìn)行破碎，而小于40mm的碎石則進(jìn)入第四篩分車間進(jìn)行成品骨料分級(jí)篩分。
    該流程的優(yōu)點(diǎn)在于可減少第四篩分車間的總循環(huán)負(fù)荷量，從而減少篩分設(shè)備數(shù)量。
    3.2.5  制砂與成品砂石粉控制
    采用反擊式破碎機(jī)制砂、立軸沖擊式破碎機(jī)制砂為主，棒磨機(jī)制砂為輔的綜合制砂工藝，同時(shí)采用石粉及細(xì)砂回收裝置回收流失的細(xì)顆粒物料，可有效提高制砂效率和成品砂質(zhì)量，減少加工損耗。
    為解決破碎制砂帶來的粗砂含量較高、細(xì)度模數(shù)偏粗問題，在第四篩分車間振動(dòng)篩底層設(shè)3mm篩網(wǎng)，將篩余的3～5mm粗砂運(yùn)至棒磨機(jī)車間以調(diào)整成品砂的細(xì)度模數(shù)，同時(shí)可減少破碎制砂的循環(huán)負(fù)荷量。
    為解決破碎制砂、濕式篩分帶來的成品砂粗顆粒含量偏高、細(xì)度模數(shù)偏粗、石粉流失較大、成品砂的含水率較高等問題，同時(shí)進(jìn)一步降低制砂用水量和制砂成本，在第五篩分車間采用封閉式全干法篩分制砂工藝，配置3YKR1867型三層圓振動(dòng)篩12臺(tái)。
    3.2.6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(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵，采取集中布置的方式進(jìn)行通風(fēng)除塵，除塵車間與第五篩分車間并行布置，共設(shè)置6套除塵裝置，分別對(duì)圓振動(dòng)篩的進(jìn)（卸）料口和篩體、立軸破的卸料口以及有關(guān)帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)料環(huán)節(jié)進(jìn)行封閉除塵，采用兩級(jí)除塵工藝，配置旋風(fēng)除塵器、脈沖袋式除塵器和風(fēng)機(jī)各
6、臺(tái)。
    3.3廢水處理及回收
    廢水處理水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，即懸浮物(SS)≤70 mg/L。
    砂石系統(tǒng)廢水處理的主要任務(wù)是除去廢水中的泥砂，并妥善處理泥砂的堆存。按骨料總生產(chǎn)量2684萬t計(jì)算，泥和石粉流失約215萬～270萬t，廢渣容積約143萬—180萬m3。
    3.3.1  方案比較
    共計(jì)比較了三種方案。
    方案一：尾渣庫自然沉淀方案。
    方案二：輻流式沉淀池十壓濾機(jī)方案。
    方案三：平流式沉淀池循環(huán)出渣方案。
    經(jīng)綜合比較，推薦投資相對(duì)較省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)便的尾渣庫自然沉淀方案。
    3.3.2選定方案
    尾渣庫自然沉淀方案：砂石系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水經(jīng)渣漿泵送至尾渣庫庫尾，經(jīng)自然沉淀后，庫前的清水經(jīng)水泵返回砂石系統(tǒng)高位水池循環(huán)使用，做到了廢水“零排放”。尾渣庫方案不僅能有效保護(hù)環(huán)境，并利用天然雨水，還能減少砂石系統(tǒng)用水費(fèi)用。
    廢水設(shè)計(jì)處理能力5400 m3/h，生產(chǎn)的廢水由排水溝渠匯集至廢水集水池，通過6臺(tái)渣漿泵輸送至尾渣庫，廢水在尾渣庫內(nèi)自然沉淀，廢渣永久存積于庫內(nèi)，庫內(nèi)清水經(jīng)回水泵站提升至砂石系統(tǒng)高程572. OOm調(diào)節(jié)水池循環(huán)利用。
    砂石系統(tǒng)產(chǎn)生廢渣容積共計(jì)約180萬m3，尾渣庫清水庫容約20萬m3，尾渣庫設(shè)計(jì)庫容200萬m3。
4、結(jié)語
   向家壩水電站砂石加工系統(tǒng)是目前國內(nèi)水電行業(yè)最大的砂石加工系統(tǒng)。其生產(chǎn)規(guī)模達(dá)3200t／h，運(yùn)行時(shí)間長，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，砂石加工工藝流程先進(jìn)、靈活，設(shè)備配置先進(jìn)可靠，布置緊湊合理，采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，取得一定經(jīng)驗(yàn)，小結(jié)如下。
    a．大型人工砂石系統(tǒng)的砂石運(yùn)輸方式和運(yùn)輸線路的選擇是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
    由于本工程砂石運(yùn)輸強(qiáng)度高，運(yùn)輸總量大，太平料場(chǎng)距壩址公路運(yùn)距遠(yuǎn)，而直線距離相對(duì)較近，地勢(shì)上存在458m的天然落差可供利用，為提高運(yùn)輸保證性和降低運(yùn)輸費(fèi)用，采用31. lkm長距離帶式輸送機(jī)輸送線連續(xù)高效運(yùn)輸半成品料的設(shè)計(jì)方案。
    b．大型人工砂石系統(tǒng)成品砂的需求量巨大，且質(zhì)量要求高，選擇立軸沖擊破為主、棒磨機(jī)制砂為輔的制砂工藝，能較好地保證成品砂質(zhì)量。
    c．大型人工砂石系統(tǒng)的生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生大量廢水，若直接排放會(huì)嚴(yán)重污染周邊環(huán)境和河水水質(zhì)，可靠合理的廢水處理和循環(huán)利用措施既是經(jīng)濟(jì)性需要更是環(huán)境保護(hù)國策的要求。
    本工程馬延坡砂石系統(tǒng)附近具備良好成庫的地形地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用尾渣庫自然沉淀的廢水處理方案，實(shí)踐證明是非常成功的，廢水處理做到了“零排放”。
    d．長距離帶式輸送機(jī)適合于運(yùn)輸粒徑小于200mm的物料，并且，在砂石加工設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)充分考慮轉(zhuǎn)運(yùn)、堆存過程中砂石級(jí)配波動(dòng)的影響。