摘要:煤矸石燃渣欲进行大规模的、深度的应用，包括路面垫层和基(底基)层以及水泥混凝土集料，首先就要将其加工为碎石，而且是规模化的矿山加工生产，就是在石场对煤矸石燃渣进行规模化加工生产并进行相应的研究(先后加工了两次)。通过实践及研究，分析常用加工设备对煤矸石燃渣进行深加工的可行性和适用性，分析不同破碎方式对煤矸石燃渣碎石技术性质的影响，由此也分析如何调整或组合设备以满足燃渣碎石不同用途相应的不同的技术要求。

【资料图】

关键词:煤矸石燃渣;规模化加工;大型破碎设备

1燃渣碎石规模化生产

1．1设备组合及加工过程

本研究在石场大规模加工了两次碎石，两次加工碎石的主要差别:1)来自宝山一带两个不同煤矸石燃渣堆，分别为亚泰一矿和七星大矿(相距20km左右);2)煤矸石燃渣石质密度略有差别;3)石场加工和分选设备根据依托工程级配有过微调，但总体上差别不大。

1．2设备组合和加工过程

第一次加工碎石地点为双鸭山农场双福采石场，为依托工程二标段路面基层选用石场。当时为三段式破碎组合———颚式破碎机粗碎、圆锥破碎机中碎和反击式破碎机细碎。第二次加工碎石地点仍为双鸭山农场双福采石场。在第一次加工碎石后、2019年冬季备料期间，为适应基层级配要求，石场微调了碎石加工机的加工参数，并在原三段式破碎组合基础上又增加了最后一段———整形机，主要用于整形，不以进一步细碎为目的［1］。两次加工碎石过程的图解详见图1，依次为煤矸石燃渣堆、第一次加工碎石煤矸石燃渣原岩、颚式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机;第二次加工碎石整形机、煤矸石颚式破料仓进口、成品料堆形成、成品颗粒大样、1cm～2cm档料堆。

2燃渣碎石生产要点

2．1推荐设备组合

煤矸石燃渣原岩属于中等硬度岩石，且颗粒强度均匀性较差，一般含有很多裂隙和层、片状节理发育的颗粒。所以，燃渣碎石，重点要满足压碎值(颗粒强度)要求。充分的打击或研磨可以有效改善碎石的压碎值指标，但也会导致各档料比例失调———细档料比例过大，石场销售会遇到“单独剩余细档料”的困难。所以，加工燃渣碎石要根据工程对集料压碎值及各档料比例的要求，选择适当的加工设备、型号和恰当的设备工作参数，达到压碎值及各档料比例二者的平衡。1)省略颚式破碎机的粗碎环节:煤矸石燃渣原岩最大粒径一般小于30cm，完全可以满足作为中碎型号的圆锥破碎机进口颗粒尺寸要求，这样就可以省略颚式破碎机的粗碎环节，或者圆锥破碎机型号选择时兼顾一下粗碎［2－3］。2)优先推荐两段式破碎:相对于一段式破碎，多段破碎的优点:a．可以经过多种受力方式的打击和研磨，使软弱颗粒尽可能地及早破碎，从而降低成品料的压碎值;b．有利于调整各档料的比例，以满足和适应工程级配需求;c．可以有效提高生产效率，灵活组合分段工作。3)中碎环节设备推荐:圆锥破碎机或锤式破碎机，都具有产品颗粒较均匀的特点，不利于各档料比例调配，所以推荐在第一段的中碎环节使用，而不在尾段的细碎环节使用;另外，锤式破碎机加工方式与反击式破碎机非常相似，所以中碎和细碎的设备组合不推荐二者组合的模式。4)细碎环节设备推荐:细碎环节比较适合的设备为反击式破碎机和冲击式破碎机(包括整形机)。按照多种冲击和研磨的原则，如果中碎环节采用圆锥破碎机，那么细碎环节采用反击式破碎机或冲击式破碎机(包括整形机)都是理想的组合方案;如果中碎环节采用了锤式破碎机，那么细碎环节只能推荐组合冲击式破碎机(包括整形机)，以改变冲击方式［4］。对于煤矸石燃渣这样中等硬度的岩石，细碎环节采用锤式破碎机也是适合的。但锤式破碎机在总体性能、先进性、成熟性、适应性和适用性等方面，与反击式破碎机相差较大，故不优先推荐使用，尤其是在高速、一级公路路面基层集料及各等级公路水泥混凝土集料中不推荐使用。5)一段式破碎设备推荐:在加工规模不大、工程对集料要求不是很高、资金或场地受限的情况下，可以考虑采用一段式破碎。对于煤矸石燃渣，一段式破碎最理想的设备就是成熟的反击式破碎机，其次是圆锥破碎机和锤式破碎机。但在高速、一级公路路面基层集料及各等级公路水泥混凝土集料中不推荐使用一段式破碎，尤其是不优先推荐使用后两者，即圆锥破碎机和锤式破碎机。

2．2级配演变过程

两次碎石加工过程中，研究人员尽可能地记录了煤矸石燃渣在各个重要阶段的颗粒组成、变化和级配。一是要了解各种破碎机的加工效果;二是碎石成品各档料的比例以及与路面基层规定级配比例的关系。煤矸石燃渣原始级配、砂漏级配及比例、颚式和圆锥破碎机出品块石级配、成品各档料比例、基层规定级配比例汇总为表1。颚式破碎机作为第一段的粗碎，破碎后的块石dmax＜15cm，一般d＜10cm。另外，颚式破碎机入口处设置振动筛，大部分不大于5mm的颗粒(砂粒级)不经过破碎并直接漏掉，经传送带直接输送至指定地点堆放，俗称“土漏”(本报告称“砂漏”，基本砂和砾各半)［5－7］。第二次加工碎石，在原三段式破碎组合基础上又增加了最后一段整形机，用于2号～4号档料的整形。虽然主要用于整形、不以进一步细碎为目的，但导致2号～4号档料各自级配变得稍细。

2．3煤矸石燃渣碎石的压碎值试验

本试验按照粗集料压碎值试验方法进行试验。煤矸石燃渣碎石的压碎值是指煤矸石燃渣碎石材料在逐级递增荷载作用下能承受试验机破坏程度的大小。煤矸石燃渣碎石压碎值指标不仅是材料力学性质的一个重要参数，也是水泥稳定煤矸石燃渣碎石强度的重要影响因素之一。试验取料:取3份风干试样，每份约3kg，过13．2mm，9．5mm筛，取13．2mm～9．5mm土料进行试验。为了保证试验结果的准确，本试验进行了三组煤矸石燃渣碎石压碎值试验，试验结果如表3所示。本试验压碎值为27．1%，单从试验结果及《公路路面基层施工技术细则》中规定要求的压碎值来看，满足二级及二级以下公路全基层和高速、一级公路底基层规定压碎值Ⅰ类指标不大于30%的要求(见表4)。另外由于本试验结果与高等级公路要求压碎值非常接近(刚刚超标)，在适当改善石场加工工艺细节，降低煤矸石燃渣碎石的压碎值的情况下，非常容易达到高速公路基层压碎值标准。

3结论

1)各种类型的、各种型号的、日益先进的固定和移动破碎设备，包括颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机(包括整形机)和锤式破碎机等，都适用于煤矸石燃渣加工生产碎石，有的可以单独使用，有的需要组合使用。2)煤矸石燃渣加工碎石，重点要根据工程项目对集料压碎值及各档料比例的要求，选择适当的加工设备、型号和恰当的设备工作参数，达到压碎值和各档料比例二者的平衡———既要满足压碎值指标要求，又要避免各档料比例失调(单独剩余细档料)的问题。3)煤矸石燃渣属于中等硬度岩石，加工碎石建议省略颚式破碎机的粗碎环节，同时也按照多种冲击和研磨的原则优先推荐中碎和细碎两段式破碎。推荐设备组合为“圆锥破碎机－反击式破碎机”和“锤式破碎机－冲击式破碎机(包括整形机)”。在工程项目对集料要求不是很高的情况下，也可以在细碎环节采用锤式破碎机替代反击式破碎机。在加工规模不大、工程项目对集料要求不是很高、资金或场地受限的情况下，也可以考虑采用一段式破碎。相应最理想的设备就是成熟的反击式破碎机，其次是圆锥破碎机和锤式破碎机。但在高速、一级公路路面基层集料及各等级公路水泥混凝土集料中不推荐使用一段式破碎，尤其是不优先推荐使用圆锥破碎机和锤式破碎机。

参考文献:

［1］艾振喜，王志刚．沥青面层碎石加工设备选型及关键技术探讨［J］．公路，2021，66(8):55－60．

［2］王玮，方忠年．碎石加工尾料在流动性混凝土中的应用［J］．山东农业大学学报(自然科学版)，2020，51(6):1102－1105．

［3］刘光榆．提高沥青路面碎石加工质量的方法［J］．筑路机械与施工机械化，2007(10):25－26．

［4］黄兴．沥青混凝土面层备料及拌和楼配筛技术研究［J］．公路，2006(7):321－323．

［5］兰芳．三峡工程古树岭人工碎石加工技术［J］．水力发电，2005(10):53－55．

［6］刘光榆．提高碎石加工质量的有效方法［J］．筑路机械与施工机械化，2004(5):54－56．

［7］王萍，李国昌，刘曙光．煤矸石制备轻质骨料的加工试验研究［J］．非金属矿，2003(6):28－30．

作者:荣梅 赵振国 梁爽 单位:黑龙江省公路勘察设计院