一种水上制备反滤料的加工系统及反滤料制备方法

摘要

一种水上制备反滤料的加工系统及反滤料制备方法，采用在采砂船上直接生产加工反滤料并实现一次加工成型，直接将成品反滤料装上砂驳船运至堆存码头的成品堆场。省去了毛料运输、上岸堆存、转运、分级、配料、拌和及弃料的转场运输的工序。采用水上制备反滤料的施工方法，与现有技术相比：具有工艺先进、操作简便、质量稳定，环保性好，自动化程度高，反滤料生产能耗指标小，生产过程中不产生废弃物料，不占用系统建设用地。节省工程投资，缩短系统建设工期30天以上，降低生产成本40%，实现了在开发、利用资源的同时，不损害自然环境。

说明书

技术领域

本发明涉及采用一种在水上制备反滤料的施工方法；本发明还涉及制备反滤料的加工系统。

背景技术

土质心墙堆石坝的防渗墙与堆石体，由于材料性质截然不同，渗透性能差异较大。为了维持防渗墙渗透稳定、减少渗透变形，因而设置反滤层。反滤层的作用十分重要，反滤料就是构筑反滤层的填料，需量大，制备工艺较复杂，质量要求高。

工程上采用水下开采天然砂砾料制备反滤料的常规方法是：由链斗式采砂船开挖毛料并装运至砂驳船，依靠砂驳船运输至码头，由胶带机（或汽车挖装）运输上岸堆存，再由胶带机（或汽车挖装）运输至反滤料制备系统进行加工生产反滤料。采用此种方法制备反滤料的生产方法有两种：一种方法是采用人工级配制备加工，另一种方法是采用天然筛选法加工。采用这两种方法制备反滤料方法产生两种不利的结果：如果采用人工级配方法制备反滤料工艺复杂，需要投入较大的设备购置费用，消耗较大的资源；如果采用天然砂砾料筛选法必将造成大量弃料，致使反滤料的生产成本较高。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种经济实用性好、有益于资源节约与生态环境保护并适应水下开采水上制备土石坝反滤料的施工方法；本发明的另一个目的是提供用于制备反滤料的生产系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种水上制备反滤料系统，包括采砂船，采砂船上设有振动筛，振动筛从上至下依次设有第一层筛网、第二层筛网和第三层筛网；第一层筛网与第一层溜槽相配合，第二层筛网与第二层溜槽相配合，第三层筛网与第三层溜槽相配合；第一层溜槽、第二层溜槽和第三层溜槽下方设有超径石胶带机和反滤料成品胶带机；第三层筛网的筛面下设有接料漏斗），接料漏斗与反滤料成品胶带机和冼砂机相配合，冼砂机的出料口设有导料槽，导料槽与冼砂机和反滤料成品胶带机相配合。

在采砂船上还设有沉淀池。

第三层溜槽上设有两条通道，分别与超径石胶带机和反滤料成品胶带机相配合。

第二层溜槽上设有两条通道，分别与超径石胶带机和反滤料成品胶带机相配合。

一种水上制备反滤料的方法，包括以下步骤：

（1）在开采区内，找到满足反滤料设计质量要求的具有连续级配的天然砂砾料料源，确定开采范围并在水面上作好标识；

（2）根据要生产的反滤料的上、下包络曲线计算加工反滤料的级配组成，并按重量百分比含量计算反滤料各中间级配的平均含量，确定生产出合格反滤料成品的不同粒度的最大与最小限度；

（3）利用采砂船在水下开采毛料，毛料经在毛料导料槽进入振动筛的第一层筛网，通过第一层筛网剔除反滤料的超径石；通过第二层筛网与第三层筛网分别调整反滤料的中间级配；

（4）第二层筛网筛面上的40～20mm、第三层筛网筛面上的20～5mm、第三层筛网筛面以下<5mm的三种级配构成反滤料，反滤料在胶带机反滤料胶带机上混合，并通过反滤料胶带机装入砂驳船。

为满足反滤料≤0.075mm的颗粒含量<5%的质量指标要求，将第三层筛网以下的≤5mm的细料，导入冼砂机进行冼选分级，在生产过程中，通过调节冼砂机的供水量的大小，可以剔除≤0.075mm的颗粒并控制和调整≤5mm细料的级配组成。

第一层筛网筛面上的超径石及第二层筛网筛面上多余的40～20mm和20～5mm的砾石在超径石胶带机上混合，并通过超径石胶带机装入砂驳船。

在反滤料加工过程中，如果毛料中≤0.075mm的颗粒含量<5%，第三层筛网筛面以下<5mm的细料不进入冼砂机冼选，系统不消耗生产用水，无需采取水处理措施，即可生产反滤料。

在反滤料生产过程中，将冼砂机的尾水导入沉淀池，并在沉淀池中按3mg/l的比例投放聚合氯化铝。

本发明提供的水下开采水上制备天然反滤料生产方法，采用在采砂船上直接生产加工反滤料，并实现一次加工成型。将成品反滤料装上砂驳船运至堆存码头，并利用自卸砂驳船上自身配置的胶带机进行卸料堆存。将制备反滤料的超径石及多余的砾石混合料采运上坝作为土石坝的排水体用料，多余部份的超径石用来进行治理崩岸工程，作为河岸堤坝的护脚填筑用料。

采用水下开采水上制备天然反滤料生产方法与常规方法相比较，省去了反滤料制备过程中的毛料运输、上岸堆存、转运、分级、配料、拌和及弃料的转场运输等工序环节，减少了大量的资源投入和能源消耗，反滤料生产操作简便、质量稳定。充分利用了当地的砂砾料资源并在生产过程中采取因地制宜地的环境保护措施，实现了在开发、利用资源的同时，而不损害自然环境。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2、图3、图4是本发明的使用实例示意图。

图5为反滤料包络曲线与取样颗粒分析实验级配曲线图。

具体实施方式

本发明的结构如图1所示，一种水上制备反滤料系统，包括采砂船1，采砂船1上设有振动筛2，振动筛2从上至下依次设有第一层筛网6、第二层筛网8和第三层筛网10；第一层筛网6与第一层溜槽7相配合，第二层筛网8与第二层溜槽9相配合，第三层筛网10与第三层溜槽11相配合；第一层溜槽7、第二层溜槽9和第三层溜槽11下方设有超径石胶带机3和反滤料成品胶带机4；第三层筛网10的筛面下设有接料漏斗12，接料漏斗12与反滤料成品胶带机4和冼砂机13相配合。在采砂船1上还设有沉淀池15。

上述采砂船1为链斗式采砂船，振动筛2为三层圆振动筛，冼砂机13为螺旋式冼砂机。超径料胶带机3与反滤料胶带机4为梭式胶带机，安装在采砂船1的两侧面，可以伸缩装料。装料时砂驳船15与砂驳船16分别停靠在采砂船1的两侧。

本发明的的工作过程如下：

1、施工准备

(1)、根据规划部门批准的反滤料制备加工的料源规划开采区内，采用坑探的方法，找到具有连续级配并满足反滤料设计质量要求的天然砂砾料料源，制定反滤料料源规划。

(2)、在规划好的采区内，测量人员根据料场附近的三角网点和水准网点资料，加密测量开采施工所需的控制点及水准点，并在规划好的采区内施测开采条块的控制坐标或边线，设置必要的标志或浮标，便于采砂船定位。

(3)、根据所需制备的反滤料的技术要求与施工进度要求，制定反滤料加工的施工方案，选择采砂船与运输砂驳以及反滤料加工设备的型号及数量并做好人力资源配置计划。

2、采砂船定位

(1)、链斗式采砂船采取向上游逆水定位，起始位置在规划好的采区条块的下游端。采砂船进入现场后，首先在上游抛投领水锚（主缆锚），再抛设左右弦角缆锚，在测量仪器的监控下绞动锚链，将采砂船准确定位在预定规划的开采条块内。

(2)、为方便装载砂驳、辅助船驳停靠及过往船驳航行的安全，采砂船五锚均设有压缆装置，可将锚缆绳从船弦将锚索压至河床，并在锚地设浮标或标志，以方便起锚移位和警示其他施工机械。

(3)、为减少辅助船舶的投入，采砂船抛锚采用自航砂驳绞锚机抛锚，起锚采用自身绞锚机起锚。陆上岸锚采用人工和陆上设备协助抛、起锚。

3、水下开采

(1)、开采厚度和和条宽

为均匀有序开采有用料层，链斗式采砂船主要采用分层、分条块的开采方法，在不同的采区和条块内（视水深、料层厚度、水流流速、航道情况）选择最佳分层厚度和分条宽度。150m³/h链斗采砂船分层厚度1.5～2m呈扇形摆动开挖，分条宽度40m。

(2)、开采方法

链斗式采砂船在每条块内均为船头向上游，自下游向上游全断面开采。为改善采区的航道条件，在相邻两条块之间要保证有1～2m的重叠开采，以避免漏挖而成条坎。采砂船移位前，由浅到深分层有序开采，以免漏采而成门坎。

4、水上反滤料加工系统调试运行

(1)、调试三层振动筛，以获取最佳振幅并确定振动筛每层筛面网孔尺寸的大小。

(2)、调试分料溜槽灵敏度，以获取并记录各分料溜槽不同分料流量的工况下所对应的各分料溜槽上的活动翻板门开度的大小。

(3)、调试冼砂机，根据冼砂机不同供水量的工况下，试验并记录冼砂机出料<5mm的细料中所对应的颗粒成份变化，以获取冼砂机最佳供水量。

5、反滤料制备过程

a、根据要生产的天然砂砾反滤料的级配上、下包络曲线计算加工反滤料的级配组成（见表1所示），并按重量百分比含量计算反滤料各中间级配的平均含量，确定生产出合格反滤料成品的不同粒度的最大与最小限度,如图5所示，一种反滤料各粒径平均百分比量计算结果：40～20mm占30%，20～5mm占30%，<5mm的颗粒含量占40%，（其中要求≤0.075mm的颗粒含量<5%）。

b、按照所加工反滤料各中间级配的平均重量百分比含量，设计并制定反滤料的水上加工生产工艺流程，水上开采毛料的采砂船开采的毛料，经导料槽5导入振动筛2的第一层网6的筛面上进行第一级筛分，将天然毛料级配中的≥40mm的超径石剔除，剔除的≥40mm的超径石进入第一层溜槽7，由第一层溜槽7导入超径料胶带机3。

c、剔除超径石后的第一层网6以下的≤40mm的混合砂砾料，直接进入振动筛2的第二层筛网8的筛面上进行第二级筛分，第二层筛网8的筛面上的40～20mm的级配砾石进入第二层溜槽9。第二层溜槽9上的砂砾料可进入两个通路：既可进入超径料胶带机3，又可进入反滤料胶带机4。

d、第二筛网8筛面以下的≤20mm混合料，直接进入第三层筛网10的筛面上进行第三级筛分，筛面以上的20～5mm级配的砾石进入第三层溜槽11，第三层溜槽11可分成两路：既可进入超径石胶带机3，又可进入反滤料胶带机4。

e、振动筛2的第三筛网10的筛面以下≤5mm的细料通过接料漏斗12既可以进入反滤料胶带机4，又可以进入冼砂机13。满足反滤料质量要求的≤5mm的细料，由漏斗12直接进入反滤料胶带机4。不能满足反滤料质量要求的≤5mm的细料，由漏斗12导入冼砂机13进行处理。细料中≤5mm的颗粒级配及≤0.075mm的颗粒含量，可以通过调节进入冼砂机13的供水量大、小来实现。经冼砂机13脱泥、脱水处理后的能够满足反滤料要求的砂料，再通过导料槽14进入反滤料胶带机4。

f、反滤料由40～20mm、20～5mm、<5mm的三种级配组成，并在胶带机4上混合，并通过胶带机4装入砂驳船16。振动筛面上≥40mm的超径石及多余的40～20mm、20～5mm的砾石在超径料胶带机3上混合，并通过超径料胶带机3装入砂驳船17。

g、天然反滤料生产冼砂机13排出的尾水中不含有机成份，其主要成份是泥质悬浊物。为保证被开采河道的水质不受泥质悬浊物的污染，在反滤料生产过程中，将冼砂机14的尾水导入沉淀池15，并在沉淀池中按3mg/l的比例投放聚合氯化铝，聚合氯化铝的作用是吸附悬浊物加速沉淀。

上述反滤料制备系统的设备所需供电电源，由采砂船自备的柴油发电机组供应。本控制系统应用软件包括主控级（上位机）应用软件和控制单元（PLC）应用软件，将反滤料加工系统与采砂船的控制系统实行自动集中控制。同时保留一套完全独立的现地手控操作系统，以满足反滤料加工系统的独立操作。即自动控制系统一旦因故退出运行时，应能实时、安全的切换到手动控制系统运行方式。反滤料制备系统的控制程序，实行逆物料流动方向启车和顺物料方向停车的方式进行自动控制。

上述装有反滤料成品的反滤料砂驳16驶往向堆料码头堆存。装有混合物超径石的自航自卸式超径石砂驳17，可驶往向堆料码头堆存，作为排水棱体用料。当坝体或作排水棱体用料还有富余时，可以作为治理崩岸的抛石护脚料。

6、反滤料与超径石装载及水上运输

150m³自航式砂驳分别停靠在采砂船两条出料胶带机的左弦或右弦，反滤料与超径石分别由采砂船的两条梭式出料胶带机输送，分别装卸在两艘砂驳的料仓内，当砂驳料仓料堆高出甲板1m左右时，则采砂船绞驳机将砂驳牵动前移直至砂驳料仓全部装满，自航式砂驳解缆运输至堆料码头上岸堆存。