建筑設(shè)計在煤礦井井下水處理項目中的設(shè)計要點

摘要：煤礦是我國重要的能源之一，煤礦的開采離不開配套建筑工程的全面保障。其中，煤礦井下水處理項目對于保障生產(chǎn)安全以及維護(hù)生態(tài)環(huán)境十分重要，在新形勢下均要求加強對煤礦井水的利用，同時降低在煤礦開采過程中的環(huán)境污染問題。基于此，在煤礦井項目設(shè)計過程中，針對井下水處理的一系列要點進(jìn)行明確，提出必要的技術(shù)優(yōu)化形式也符合行業(yè)的發(fā)展需求，探究了建筑設(shè)計在煤礦井井下水處理項目中的設(shè)計要點，以供參考。

關(guān)鍵詞：建筑；煤礦井；井下設(shè)計

煤礦資源是我國重要的傳統(tǒng)資源，煤礦資源的高效開采和全面利用與之配套的建筑工程密不可分。我國針對煤礦開采及應(yīng)用的建筑建造設(shè)計工作體系較為全面，在達(dá)成基本的生產(chǎn)目標(biāo)后，針對煤礦井井下水的利用和處理也成為行業(yè)內(nèi)亟需解決的問題。在保障正常生產(chǎn)推進(jìn)的前提下，盡可能減少水環(huán)境的污染，同時加強對于井下水的利用，也是當(dāng)下行業(yè)內(nèi)所追求的狀態(tài)。基于此，針對煤礦井井下水處理也可通過一系列建筑工程設(shè)計形式加以明確，新建項目中更是將關(guān)于井下水處理的一系列工程內(nèi)容劃分為獨立的分項工程。因此，明確煤礦井井下水處理項目開展過程中的設(shè)計要點，提出高效和全面的設(shè)計理念，保障工程的質(zhì)量及安全，同時確保符合行業(yè)發(fā)展背景。

一、煤礦井井下水處理的重要性

關(guān)于煤礦井井下水處理的重要性，可從以下幾個角度剖析：

一是從水資源高效利用的角度來看，傳統(tǒng)煤礦項目在建造和使用過程中，很少針對井下水進(jìn)行考慮，大量的水資源得不到有效利用；相反，未經(jīng)規(guī)劃的井下水，還有可能使建設(shè)項目面臨質(zhì)量隱患和安全風(fēng)險。規(guī)范井下水處理，能夠減少煤礦生產(chǎn)過程中對于外部的依賴，有利于資源規(guī)劃目標(biāo)的全面達(dá)成，符合行業(yè)內(nèi)的節(jié)能需求。

二是從生產(chǎn)效率的角度剖析，水資源作為重要的保障資源，煤炭礦區(qū)的補充用水、周邊地區(qū)生產(chǎn)和生態(tài)用水、生產(chǎn)過程中的煤礦清洗等均需要水資源的參與，若上述工作均依賴外部供應(yīng)，顯然會使生產(chǎn)效率下降，同時生產(chǎn)成本上升。加強對于井下水的利用有助于縮短水資源的運輸路徑，提高水資源的綜合利用率。

三是從環(huán)境保護(hù)的角度分析，需要明確在煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的廢水，可能出現(xiàn)重金屬超標(biāo)或砂石含量較高的問題，不利于人體健康和植物生長，若將煤礦生產(chǎn)用水直接排放到自然環(huán)境中，會帶來不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境污染與生態(tài)破壞。針對井下水進(jìn)行全面處理，可避免上述問題的發(fā)生，全面保障煤礦的生產(chǎn)工作不影響正常生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的平衡關(guān)系。

基于目前行業(yè)環(huán)境及政策影響，在煤炭資源開發(fā)開采過程中，針對煤礦井下水的處理和利用成為主要形式，因此各種水處理的配套廠房及車間也應(yīng)運而生。在此背景下，探討關(guān)于水資源處理和利用的配套工程，以及在設(shè)計過程中所要明確的要點問題。

二、煤礦井井下水處理現(xiàn)狀與政策

（一）煤礦井井下水處理現(xiàn)狀

從現(xiàn)狀來看，仍有相當(dāng)一部分煤礦對于井下水的處理不夠完善，主要呈現(xiàn)出以下幾方面：一是相關(guān)工程呈現(xiàn)出缺乏狀態(tài)，對于煤礦井下水未進(jìn)行任何利用及處理，水資源利用率低、生產(chǎn)用水隨意排放，進(jìn)而導(dǎo)致污染環(huán)境等嚴(yán)重的負(fù)面影響；二是在工程設(shè)計及建造過程中，考慮到水處理的一系列需求，但工程設(shè)計與實際情況不匹配，造成相關(guān)工程在應(yīng)用階段無法發(fā)揮全部功能，或后期缺乏必要的維護(hù)使用，導(dǎo)致處理效果低下；三是工程設(shè)計不夠科學(xué)，實際應(yīng)用效果較差，雖然具有較為完備的配套工程，但在實際應(yīng)用過程中反而出現(xiàn)綜合利用成本高、生產(chǎn)效率低下等影響。

（二）行業(yè)政策影響與發(fā)展

為了全面推進(jìn)煤礦井下水資源的利用與優(yōu)化，近年來國家相繼出臺有關(guān)政策。

2020年11月4日，國家發(fā)展改革委、國家能源局等多個部門共同印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強煤炭資源開發(fā)環(huán)境影響評價管理的通知》。此政策主要圍繞著煤礦井水的后續(xù)利用及其應(yīng)用價值等一系列內(nèi)容進(jìn)行全面分析，提出的一系列內(nèi)容具備應(yīng)用價值和參考價值，指出需要針對煤礦井下水資源的特性開展高效利用，同時需要從根本上防范可能產(chǎn)生的健康危害和環(huán)境污染。

2021年12月6日，國家發(fā)展改革委、水利部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工業(yè)和信息化部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于印發(fā)黃河流域水資源節(jié)約集約利用實施方案的通知》指出，“推進(jìn)隴東、寧東、蒙西、陜北、晉西等能源基地的煤炭礦井水綜合利用，從開源和節(jié)流兩個方面明確在煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中使資源高效利用的一系列問題。”

從目前政策內(nèi)容來看，要求在后續(xù)工程項目設(shè)計過程中，考慮有關(guān)煤礦井水處理及利用等一系列問題，在工程設(shè)計的過程中，也需要開展更為全面的設(shè)計。

三、礦井水處理廠房建筑設(shè)計

（一）設(shè)計基本原則

1.需求實現(xiàn)原則

在設(shè)計的過程中需要考慮基本需求的實現(xiàn)。煤礦井下水處理廠房的設(shè)計需求就是確保水資源得到正確的處理，以此提高利用率。因此，該工程項目的設(shè)計核心目標(biāo)就是設(shè)立需求，需求實現(xiàn)也是設(shè)計的根本原則。需要考慮到設(shè)計過程中的需求實現(xiàn)方式，包括廠房工程的設(shè)計位置、廠房工程的平面布局、工程項目的內(nèi)部涵蓋內(nèi)容等。

2.高效應(yīng)用原則

考慮到煤礦井下水處理廠房在未來使用階段的規(guī)劃效率，主要可從以下兩個方面剖析：一是確保處理廠房自身性能與生產(chǎn)項目的匹配程度，確保水處理效率與工程項目整體需求保持一致，避免性能冗余，需避免性能不足；二是確保在廠房建筑加入后不影響煤礦項目的整體生產(chǎn)效率，若因水處理一個步驟導(dǎo)致整體生產(chǎn)進(jìn)度緩慢或質(zhì)量下降，這顯然是本末倒置的情況，需要做好正常生產(chǎn)與水處理之間的平衡。

3.節(jié)能原則

目前，各行業(yè)均提出了節(jié)能的基本需求，因此在進(jìn)行煤礦地下有關(guān)建筑工程設(shè)計的過程中，也需要考慮到節(jié)能情況。核心需求是提高能源整體轉(zhuǎn)化率，避免出現(xiàn)能源利用率低的問題。后續(xù)設(shè)計過程中，既要確保整體建筑的節(jié)能效果，又要保障正常使用功能和使用效率的實現(xiàn)，水資源高效利用本身就是一種有利于節(jié)能目標(biāo)達(dá)成的設(shè)計形式。

（二）建筑平面設(shè)計

在大型煤礦項目當(dāng)中，礦井水處理的有關(guān)建筑一般很少進(jìn)行規(guī)范全面的平面設(shè)計工作，從業(yè)人員和決策者認(rèn)為礦井水處理項目作為附屬專業(yè)，無需進(jìn)行平面規(guī)范設(shè)計，使得煤礦井項目的平面利用率不高，或?qū)е碌V井水處理建筑無法發(fā)揮自身的全部功能。

在平面設(shè)計的過程中，需要考慮到礦井工程整體有限的土地面積，同時考慮周邊環(huán)境限制以及煤礦的生產(chǎn)需求。設(shè)計過程需確保整體布局的合理性，保障外觀得當(dāng)、風(fēng)格統(tǒng)一、色彩協(xié)調(diào)。

基于此，在礦井水處理建筑平面設(shè)計的過程中，提出以下幾個應(yīng)用要點：一是考慮到建筑工程未來輻射使用面積是煤礦項目的整體，需要確保布局的合理性，盡可能縮短水資源的供應(yīng)線路，降低質(zhì)量隱患和維護(hù)成本；二是明確使用功能的實現(xiàn)是基于一系列復(fù)雜的設(shè)備及其附屬工程，不僅僅有利于后續(xù)維護(hù)，同時可確保占用更少的土地面積；三是遵循整體設(shè)計的原則，確保物料的進(jìn)出分區(qū)以及形成的通道符合工程項目的需求和煤礦未來的生產(chǎn)需求，避免影響其他正常的使用功能。

（三）建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計

煤礦井水處理建筑在應(yīng)用過程中具有如下特點：一是為了保障正常使用功能的實現(xiàn)，在建筑內(nèi)部具有較多的大型蓄水池以及高密池、V型濾池；二是建筑內(nèi)部的設(shè)備類型及數(shù)量較多，其中不乏較大的大型水處理設(shè)備；三是考慮到內(nèi)部使用功能和未來的維護(hù)需求，未來格局可能存在變更。基于如上特點，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需要避免大量結(jié)構(gòu)柱和剪力墻的出現(xiàn)，確保內(nèi)部空間的寬闊性。

因此對于煤礦井水處理建筑，在結(jié)構(gòu)選型的過程中，主要有以下幾種方式：一是可選取框排架結(jié)構(gòu)相比于其他同等類型的結(jié)構(gòu)形式而言，形成的空間更為開闊，可避免結(jié)構(gòu)柱對建筑內(nèi)部空間造成的使用影響，更加靈活地進(jìn)行空間的高效利用；二是可采取網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式，相比于框排架結(jié)構(gòu)而言，減少空間內(nèi)部的結(jié)構(gòu)柱，能夠營造大跨徑的室內(nèi)空間，同時結(jié)構(gòu)承載力更高，可支撐更大規(guī)模的工程形式；三是可采取框架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架支撐結(jié)構(gòu)的組合體系，同時具有上述兩種結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點，有利于工程設(shè)計目標(biāo)的落實與實現(xiàn)。

（四）建筑用料選用設(shè)計

由于水質(zhì)處理工藝的影響，致使其相關(guān)水處理廠房建筑內(nèi)部均有很強的腐蝕性。因此，建筑的防腐蝕也是設(shè)計中非常重要的部分，包括對防腐蝕材料的選擇、施工工藝的難易程度、防腐蝕部位的考慮等。目前，設(shè)計中常見的水池內(nèi)部的防腐蝕材料多采用玻璃鋼型材，根據(jù)水池酸堿腐蝕程度的不同，采用的玻璃鋼型材厚度也不同，這種材料的優(yōu)點是耐腐蝕性好、對水質(zhì)無影響、耐熱及抗凍性好、防污抗蛀、易于采購等。缺點是剛度差、易開裂、施工工藝復(fù)雜，對施工人員操作要求高、施工周期長等。這就需要建筑在設(shè)計中不斷發(fā)現(xiàn)和了解新材料、新工藝，以彌補以上防腐蝕材料的不足。

在鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架設(shè)計的水處理車間內(nèi)，需要做好鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐防銹處理，在生產(chǎn)過程中也要做好日常維護(hù)工作，延緩鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的腐蝕程度，盡可能延長使用壽命。

（五）建筑節(jié)能的設(shè)計

水處理項目的建筑多依照GB 51245—2017《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》開展節(jié)能設(shè)計的工作內(nèi)容。在新形勢下，各種建筑形式均應(yīng)踐行建筑節(jié)能的一系列需求，對于煤礦井水處理項目而言，同樣需要從多個方面實現(xiàn)節(jié)能的目的。

需要明確的是，建筑節(jié)能并不是獨立的分項工程形式，其所體現(xiàn)的節(jié)能功能與特性往往呈現(xiàn)于其他設(shè)計中。以筆者親歷的某個煤礦項目為例，在節(jié)能設(shè)計的過程中，主要采取了如下的設(shè)計內(nèi)容：

在平面布置設(shè)計的過程中，充分利用自然資源，盡可能延長通風(fēng)時間和光照時間，在滿足正常使用功能的基礎(chǔ)上，盡可能減少對外部資源的依賴。對于建筑整體現(xiàn)行系數(shù)的選取，通過規(guī)范選型的形式，減少與外部環(huán)境的接觸面積，同時利用一系列保溫措施，降低建筑整體的熱傳遞系數(shù)。

在建筑周圍種植樹木、植被，有效阻擋風(fēng)沙，凈化空氣，同時起到遮陽、降噪的效果。所選取的一系列工程材料，盡可能使其滿足有關(guān)需求，以提高建筑整體密封性、減少熱橋存在等形式，實現(xiàn)建筑的被動式節(jié)能。此案例工程外墻采用240厚加氣混凝土砌塊，盡量減少混凝土出挑構(gòu)件及附墻部件，外部使用保溫板材做好保溫措施。

結(jié)合建筑的一系列特點，圍繞外墻位置設(shè)置光伏太陽能板，并通過并網(wǎng)應(yīng)用的形式減少對電網(wǎng)電能的依賴。由于建筑整體高度較大，發(fā)電效率較高，在正常日照天氣下，平均每天發(fā)電量在2.2kV/h左右，足以滿足公區(qū)普通照明的用電需求。

四、結(jié)語

對于煤礦項目而言，開展規(guī)范的水處理，其重要性不言而喻，目前行業(yè)內(nèi)由于技術(shù)和整體意識的原因，也使得相當(dāng)一部分煤礦生產(chǎn)項目水處理現(xiàn)狀并不樂觀。本文主要圍繞煤礦井下水處理建筑設(shè)計過程中的一系列要點問題展開討論，在設(shè)計的過程中需要考慮水處理建筑的有關(guān)需求和工程現(xiàn)狀，確保工作的協(xié)同開展以及水處理建筑的功能實現(xiàn)。充分考慮到建筑節(jié)能的重要性，從多個角度踐行有關(guān)建筑節(jié)能的舉措。未來針對煤礦井下水處理建筑設(shè)計規(guī)范將不斷完善，在保障煤礦工程高品質(zhì)高效率生產(chǎn)的同時，提高水資源的利用率，減少環(huán)境污染和破壞問題的發(fā)生，全面實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

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