大型水电工程砂石系统的集成化设计与施工效率提升策略 

1 砂石骨料生产线现状与问题分析

1.1 砂石骨料生产线的基本构成与工作原理

通常来说，砂石骨料生产中包含着多个环节，如破碎、分级与洗泥等，各个环节的运行过程都依托于大量机器设备相互配合完成，在此之前多是依靠手工控制与简陋的机械设备配合完成，然而这种生产方式在生产规模不断提升的过程中，往往无法应对生产过程中出现的一些状况，例如设备故障的出现与产品不合格的状况等。因此，建成一个能够实时监控与调整所有工序的智能系统至关重要。

1.2 传统生产模式的缺陷与挑战

传统水泥沙子生产流程多采用人工调控及过程监视，易受人为因素的影响，造成生产效率低及产品质量波动大等现象；且因缺乏实时监控与数据分析，机器出现的问题会经常被疏忽而不能及时得到处理，有可能造成生产中断或财务损失。为此，使用智能化管理系统解决问题是很有效的途径。

1.3 智能控制系统的需求与发展趋势

随着人工智能、大数据、物联网等技术高速度发展，智能化控制在各个行业广泛应用。智能升级成为砂石骨料生产过程提升的必然趋势，利用智能传感器、自动设备、数据处理软件实现远距离监督监测、自调控以及实时品质检测，大幅提升生产链条工作效率及成品质量。

2 大型水电工程砂石系统的集成化设计与施工效率提升策略

2.1 系统布局设计的技术要求

砂石骨料的加工系统布局尤为重要，合理的布局有利于提升生产率并降低运输成本、运行成本。针对大容量水电工程，主要考虑如下几点进行规划：1)最短运输距离：粗、中碎制备系统及细碎和筛分设备布置以最小传输距离为目的，减小皮带机规模及能耗。同时，尽量减少骨料的破损，保证成品骨料质量。2) 设备布置：在保证机器效能和维修方面的便利的情况下，为最大程度地利用空间、方便操作，破碎、筛分及输送设备尽可能地将机器间尺寸控制最小，机械设备的连接为模块化连接以便于安装及更换。此外，布局设计还要满足防止粉尘及噪声的要求，尽可能减少系统运行对环境的影响。3) 生产流水性：将粗、中碎设备统一进行布置，减少骨料处于中间过渡区的时间。将成品的砂和石骨料置放于靠近出口处，便于及时运输及应用，供给建筑工地使用。

2.3 粗碎、中碎、细碎设备选型及其技术特点

大型水电厂沙砾料加工系统中的破碎工序为保证沙砾料料粒级能够符合要求的基础。依据要求的粗细范围，我们可以采取不同的破碎机械进行选择。下面为各个阶段用到的破碎机械的选用与其实际性能：(1) 粗碎设备：粗碎阶段一般采取的是冲击式破碎机，型号为 NPC-1313 型，它的最大入料粒度是 750mm ，能够破碎得到的料粒度平均在 150mm 左右。这种破碎机的优势就是它有着很高的破碎率和比较低的破碎损耗。经过破碎机处理过后我们可以通过控制破碎机的转速，以及筛孔大小来进行加工得到的料粒度的有效调节，从而满足各种工程的需求。(2) 中碎设备：中碎阶段的中碎破碎机一般主要有 NPC-1213 型和NPC-1110 型的冲击式破碎机两种型号，它的入料粒级应当小于 250mm ，能够破碎的物料粒度应不大于 40mm 。相比较于粗碎的破碎机，中碎的破碎机的出料筛孔更小、旋转速度更加快。由此就使得破碎机在进行物料破碎的同时能够加快物料破碎速度，从而使它破碎出来的料能够达到破碎率高、物料均匀的程度。(3)细碎设备：细碎阶段的细碎设备一般采用的是反击式破碎机，它最大入料粒径可以是 45mm 的圆条，能够破碎的物料粒度范围在 4～25mm ，一般能够破碎得到 4mm 的颗粒度。这种破碎机主要运用于碎石，同时也能够破碎部分生料。

立轴式制砂机主要技术优点是将物料自我粉碎，减少衬板及锤头的磨损，粉碎效率高，产品粒度可达5mm 以下，满足优质制砂的需求。

2.4 振动筛分技术在粒度控制中的应用

砂石骨料生产中，筛分工序是砂石料生产线非常重要的工序，能有效快速对大、中、小不同粒级产品进行分离，满足优质产品的生产要求。本水电工程砂石生产线采用两类型号的振动筛，圆形振动筛（型号为 YKR）适用于大粒径的筛分，高速振动筛（型号为2616VM）适用于小粒径的筛分及脱水。

其基本功能参数包括筛面面积、筛振频次和振幅等，都会影响到筛分效率和分级精度。就 3YKR2460 来说，筛振频次为 960rpm ，筛面面积为 14.4m² ，则筛选出来 3^～5mm 粒级的砂。同时，采取高频振动筛筛分砂石进行深度脱水时，可使得成品中的含水率控制在协议约定的范围内，以确保工程质量。

2.5 粉砂控制及制砂系统的闭路循环工艺

在制砂过程中，对制砂过程中的细粉比例的控制对成品砂的质量有着至关重要的影响。在某大型水电站骨料制备过程中，采用封闭循环生产技术可有效控制细粉比例。具体而言，当粗骨料含有大量细粉时，先将粗骨料投入低速破碎车间进行第一轮破碎，再对其中一定量的 2.5—5mm 骨料进行超细破碎，再将超细破碎产物与上述第一轮破碎产物混合后形成优质成品砂。此种封闭循环生产法优势明显，首先，它能够最大程度地控制产品的细粉含量；其次，可以根据实际情况随意改变各环节破碎机的负荷，从而使各破碎机实现负荷均衡，有效延长大吨位设备使用寿命，提升系统产量；最后，还可以随时调整产品砂的粗细程度及粉尘含量，从而满足不同类型的混凝土要求。

2.6 料场开采工艺及超径石处理技术

在沙厂采矿过程中通过测定过大岩石总量来把控原料质量是第一步，这种尺寸过大的岩石不仅会影响破碎设备的效率，可能会使设备超载并造成损害。因此，通过实际操作采用了相应的技术手段来规避这种情况发生：一是在爆破过程中通过优化炸药量与孔距等参数来尽量减少大岩石的产生；二是使用仿真爆破技术可以在一定程度上预测爆破结果，进而修正炸药爆炸的用量来优化爆破效果。而对于这种尺寸过大的岩石则可以使用筛选设备将其做一次分类，挑选过大石料并集中一起进行二次破碎或者其他处理。同时在一定程度上缓解设备的超载量，保证产出的砂石料达到尺寸要求；另外在一次分类的过程也有人工挑选，即人工清除尺寸过大的岩石，而后再通过破碎锤使其彻底破碎，并保持其粒度能被自身处理。每一批原砂料都要被质检人员检查，含杂质以及过大岩石的比例均要符合规定。

结论

本文提出了通过智能化控制系统与实时质量监控系统结合的一种砂石料生产过程控制系统，应用自动控制技术和自动控制方法及大数据分析手段大幅度提高了生产效率和产品质量。实践表明，在通过自动控制提高自动化水平的同时，通过减少人工直接参与，显著提升了生产的稳定性和准确度。同时，实时的质量控制系统的建立搭建了全面的质量保证体系，并由此产生的数据提供支持促进系统不断地提高。

参考文献：

[1] 高卓辉 . 水利水电工程砂石骨料系统废水处理规划设计研究 [J]. 四川水利 ,2023,44(02):77-82.

[2] 徐全基 , 许昌永 , 崔亚军 . 水电工程绿色智慧砂石加工系统设计研究[J]. 云南水力发电 ,2023,39(02):215-220.