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［摘要］為滿足社會公眾日常生活及生產用水需求，盡早解除我國水資源匱乏的窘境，給出提升水資源利用效率的提議。以某水廠飲用凈水改造工程設計情況為論點，配水井、前臭氧接觸池及綜合濾池等作為重點改造對象，改造建設后地上建筑面積達到6250m2，泵站設備運行效率顯著提升。

［關鍵詞］水廠；飲用凈水；改造工程；設計方案

全球水資源總量約14億km3，大部分以海洋與冰山的形式呈現(xiàn)出來，剩余的可被人們生產生活使用的淡水總量不到1%。在全世界上中國的水資源總量位列第六，表面看起來總量豐富，但是對于一個擁有14億人口的泱泱大國，水資源的人均占有量很少。可被利用的淡水資源有地下水與地表水之分，地表水廣泛分布，易于被開發(fā)利用，是目前我國自來水的主要來源。近些年我國城鎮(zhèn)化進程持續(xù)加速，社會經濟迅猛發(fā)展，人口總量持續(xù)增加，導致水資源開發(fā)濫用的情況頻頻發(fā)生，且污水排放總量也呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢。水廠后續(xù)運營中要主動增強凈水處理能力，減輕各大水系水質的污染程度，提升社會公眾的生產生活質量。

1項目概況

何家塔煤礦生活給水凈化站產水量2200m3/d。本工程總投資達到1762.87萬元，其中，井巷工程、土建工程、設備及工器具采購、安裝工程、工程建設其他費用分別212.43萬元、403.78萬元、570.64萬元、436.08萬元、103.73萬元。項目建設所需資金全部自籌。本地區(qū)水資源匱乏，地下水出水量小，水質差。地表水在工業(yè)場地西側有烏蘭木倫河流經，由于河岸沿線煤礦、村莊及焦化廠常年有污水排放，造成烏蘭木倫水質較差。現(xiàn)礦井、監(jiān)獄及村莊生活用水取自烏蘭木倫河滲渠水，未經處理直接飲用，水質不符合GB5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求。常年飲用對人體健康不利。

2原水水源工程

2.1既有排水系統(tǒng)

當前礦井下共計設置兩座排水泵房。一座處于副斜井井底車場內，礦井主排水系統(tǒng)；另一座處于中央開拓大巷與501盤區(qū)大巷連接處的東側，緊鄰連接部位部署，即盤區(qū)排水系統(tǒng)。當前，盤區(qū)排水系統(tǒng)的功能主要是聚集501盤區(qū)涌水并將其轉排至主排水系統(tǒng)。匯集水量主要由如下兩部分構成：（1）50101與50102兩個采后工作面采空區(qū)涌水，采用水泵和管路被輸送至盤區(qū)水倉；（2）50103回采工作面以及50104掘進工作面采掘期間的涌水，以自流或水泵及管路的形式被輸送至盤區(qū)水倉。

2.2排水系統(tǒng)當前的排水能力

礦井是兩級接力排水，實質上就是501盤區(qū)生產機采后涌水經過盤區(qū)排水系統(tǒng)轉排至礦井主排水系統(tǒng)，隨后礦井主排水系統(tǒng)將其統(tǒng)一排至地面。主排水系統(tǒng)水源主要是采區(qū)排水系統(tǒng)的轉排，少部分始源于中央輔助運輸大巷水溝自流。分析判斷兩座排水系統(tǒng)當前持有的排水情況，不管是水倉容量還是水泵的排水能力，均能較好滿足礦井當下正常生產要求。

2.3礦井涌水量

結合2009年12月形成的資料，礦井開采5–2號煤層時正常涌水量是100m3/h，最大涌水量150m3/h。參照當前生產真實統(tǒng)計分析，整個礦井實際正常涌水量190m3/h；既往最大涌水量達到292m3/h。當前礦井涌水主要始源于501盤區(qū)采空區(qū)與采掘工作面。根據礦方提供的信息，來自采空區(qū)、采掘工作面的正常涌水量分別約135.7m3/h、54.3m3/h，分別約占總礦井井下正常涌水量的71.4%、28.6%。參照2013年4~8月礦井排水量統(tǒng)計資料，礦井井下最大涌水量292m3/h，結合以上礦井水構成比，來自采空區(qū)、采掘工作面的最大涌水量分別約為208.5m3/h、83.5m3/h。

3凈水廠主要建（構）筑物的設計

3.1配水井與預臭氧接觸池

平面尺寸38m×7m，屬于典型的鋼筋混凝土結構，底板面標高達到3.000m，埋深1.4m左右，整體板基礎。挖除素填土與淤泥土以后，回填砂墊層（厚度平均約為2.5m）到設計基礎底層。

3.2絮凝平流沉淀池

這種沉淀池平面大小約134m×28m，同樣是鋼筋混凝土結構。因為縱向尺寸相對較長，故而考慮在縱向局部布置出4道變形縫，配合應用橡膠止水帶進行連接，雙組份聚硫密封膏進行嵌縫處理。底板面標高是3.800m，局部底板面是3.0m。整體板基礎。現(xiàn)場埋深0.7m左右。挖除素填土與淤泥土，隨后回填砂墊層（厚度平均3m）到設計基礎底。大開挖方法。選擇液體PAC（聚合氯化鋁）作為絮凝劑，有效成分含量約25%，結合原水水質，加藥量2~10ppm。加藥量按照2~10mg/L計算，取5mg/L，那么134m3/h的水需投加純度100%的聚合氯化鋁干0.67kg，折合成濃度10%的PAC溶液是26L/h，投加點是兩個，故而各個投加點加藥量是13L/h。設計加藥裝置1套，2泵1箱型。PAC溶解箱：V=1m3，1只。配置攪拌機1套，N=0.55kW。投加設備選用計量泵，計量泵參數Q=0~15L/h，H=1.0MPa，3臺，2用1備。

3.3綜合濾池

濾池約127m×57m，根據工藝布局，從北到南依次是砂濾池、中間提升泵房、后臭氧接觸池、活性炭濾池，以上部分質檢均布設了變形縫。砂濾池底板頂面標高是2.900m，實際埋深2.3m左右，屬于鋼筋混凝土結構，整體板基礎，于橫向和中間管廊之間布設了兩道變形縫，中間管廊水平地面之上是框架結構，現(xiàn)澆屋面板，建造了混凝土空心砌塊填充墻。結合前期形成的地質報告，綜合濾池基礎底面土層均勻度欠佳，局部③號淤泥質粉質粘土土層底埋深達到了6.3m。

3.4清水池

單池平面大小44.3m×48.4m，底板面標高1.000m埋深大約3.85m。是全地下鋼筋混凝土結構，縱、橫向分別布置了一道變形縫，用橡膠止水帶進行連接，雙組份聚硫密封膏進行嵌縫。整體板基礎。天然地基承載，基礎持力層是③淤泥質粉質粘土層，經檢測驗算，結構自重抗浮不符合設計要求，決定改用池頂覆土抗浮，池頂需要覆土厚度1.2m左右。基礎到當前水平地面埋深3.07m左右，開始開挖工藝。

3.5給水系統(tǒng)

當前，工業(yè)場地生活給水主要由日用消防泵房內生活給水泵供給，場地內建設了相對較完善的生活給水管網，既有的生活給水管網沒有接連到何家塔村和裝車站，何家塔村中沒有鋪設管網，裝車站場地建有完善的生活給水管網。本次設計由生活給水凈化站水箱間中恒壓供水設備接管到礦井及監(jiān)獄生活給水管網總干管。建議于礦井工業(yè)場地篩分間周邊接出支管到篩分間，沿著篩分間到裝車站裝車倉跨河棧橋中敷設，抵達裝車倉以后沿著倉外壁鋪筑到裝車站生活給水總干管，沿倉壁局部位置運用電伴熱保溫策略。鋪筑到監(jiān)獄以后沿著西北向敷設到何家塔村口，村莊內部給水管網沒有被列到本次項目設計范疇中。生活給水管材統(tǒng)一運用鋼塑復合管，除了閥門位置選用法蘭連接意外，其余都是卡箍連接，直埋敷設，覆土厚度不小于1.66m。給水系統(tǒng)如圖1所示。

3.6排水系統(tǒng)

礦井既有排水系統(tǒng)改造源于礦井既有地面水處理站的改造建設，之所以要改造地面水處理站，原因主要有以下兩點：（1）當前礦井水處理站已經不能較好地滿足礦井上排水的實際處理需求；（2）參照礦井水處理站的改造目標，擬定分開建造礦井井下相對純凈的采空區(qū)涌水與采掘工作面涌水，單獨處置，將其作為生活用水的水源。既有礦井涌水主要始源于501盤區(qū)兩個采后工作面采空區(qū)與現(xiàn)有采掘工作面。因為采空區(qū)涌水要通過水泵和管路被運輸到盤區(qū)水倉內，這在很大程度上為分開上排礦井涌水創(chuàng)造了基礎條件。所以，礦井既有排水系統(tǒng)改造方案等同于以礦井現(xiàn)有兩處排水系統(tǒng)作為基礎，新增一處排水系統(tǒng)，單獨用在上排501盤區(qū)及后期盤區(qū)開采后采空涌水。要求新增的排水系統(tǒng)滿足501盤區(qū)采空積水、未來502盤區(qū)采空涌水的上排要求，減少對現(xiàn)有系統(tǒng)和正常生產工作面部署形成的影響，且要方便與礦井現(xiàn)有大巷系統(tǒng)進行聯(lián)系。從礦井安全生產和經濟運行視角出發(fā)，礦井或區(qū)域的正常涌水量影響著井下排水系統(tǒng)水倉容量，通常取8h正常涌水量。新排水系統(tǒng)要擔負的正常排水量是135.7m3/h。則水倉容量要不小于1085.6m3。新增排水系統(tǒng)是專門被用在上排采空區(qū)涌水而建設的，采空涌水在礦井總涌水量占比約71.4%，于新系統(tǒng)創(chuàng)設之前通過現(xiàn)有系統(tǒng)進行上排。即礦井排水系統(tǒng)改造，新增排水系統(tǒng)并不是現(xiàn)有排水系統(tǒng)能力問題，而是為滿足分排的現(xiàn)實要求，既有排水系統(tǒng)水倉可滿足8h正常涌水量。已知地面礦井水處理站日運行達到22h，理論上要使礦井井下排水系統(tǒng)22h連續(xù)向地面水處理站輸水，井下水倉能較好滿足2h正常涌水量，即271.4m3。為確保系統(tǒng)能安全、可靠運作，地面上設置了一座480m3緩沖水池。綜合各種因素后，確定井下新增凈水排水系統(tǒng)水倉容量不小于800m3。按兩個泵位布置水泵房，長度達到20m。配吸水井作為連接泵房與水倉間的通道，為了方便清理水倉及吸配水井，泵房中部署了兩個吸水井與兩個配水井。吸配水井運用了圓形斷面布置方式，直徑達到1600mm。配水井之間利用配水巷進行連接，選擇混凝土砌碹作為支護方式。新增凈水排水系統(tǒng)總工程量295m，總掘進體積2469.6m3。其中：煤巷掘進長度104m；掘進體積1128.3m3；巖巷掘進長度191m，掘進體積1341.3m3（表1）。

3.7沉淀池進水區(qū)的設計

為確保凈水廠能實現(xiàn)均勻配水，水廠工程設計實踐中可嘗試改造沉淀池前端整流段，整改了傳統(tǒng)的配水花墻，將上疏下密的配水孔設置在過渡段末端隔墻上，配水孔不均勻的部署形式最大的好處是使反應池形成了較密實、可靠的礬花。經改造設計后，沉淀池始端水平流速達到了12.73m/s，起到了較明顯的穩(wěn)流作用。

4結束語

基于凈水廠改造工程的設計方案及主要建（構）筑物的設計方法研究，重視實現(xiàn)建筑物的抗?jié)B性能，如為水池及有較高抗?jié)B需求的地下構筑物運用防水密實混凝土。運用天然橡膠止水帶處理變形縫，聚硫密封膏做封口處理等。相關部門應形成強大合力，共同改善出水品質，使飲用水的水質安全性得到保障，促進經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

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作者：田甜 單位：天地科技股份有限公司 中煤科工開采研究院有限公司