获奖年度2023

专业分类工业工程设计

获奖等级二等奖

设计单位新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司

设计人员贾运甫、代立新、梁峰、郭建飞、赵锦程、孙红丽、唐涛、王健、李泽鑫、张万军、胡军、於文汇、陈军、王磊、魏香鸿

项目简介

硫磺沟煤矿位于昌吉市头屯河上游河畔，是一座生产能力达150万t/年的大型煤矿，隶属昌吉市管辖。煤矿的生产对昌吉市、乌鲁木齐市的经济社会发展具有重要意义。煤矿东距乌鲁木齐市约40km，北距昌吉市50km，向南可达庙儿沟、天山林场等地，其间均有公路相通，交通方便。

新疆硫磺沟煤矿矿井外排水工程主要任务：解决煤矿矿井污水处理后的排放问题；污水处理后为下游昌吉市三工滩4640亩公墓地提供绿化、生态林灌溉用水，获得水资源变废为宝的效益。工程设计年排水量150万m?，为Ⅴ等小（2）型工程。建筑物布置采用“两池+连接管道”的型式，即首部事故备用池、排水管线、末端蓄水池、事故泵站等建筑物组成，主要建筑物级别为5级。

根据排水系统运行方式，排水管道规模需矿井水外排与事故状态下水量的叠加，设计取480 m?/h。末端蓄水池作为下游生态用水水源工程，所需的调节容积为52.25万m?，死容积1.10万m?，总容积为53.35万m?。事故备用水池主要承担管道常规检修期排水、管道紧急事故排水及夏季坡面冲沟洪水，设计容积9.0万m?。

首部事故备用池充分利用天然洼地地形窄长条状的特点，布置近似长方形水池，对地形等高线1124.0m以下洼地表面清废后形成的容积，满足9万m?的设计容积。水池库盘平面最大开口长约450m，宽约110m，池底位于沟口挡水坝的正前方，底部长85m，宽10m，池底高程1112.5m，池顶高程为1124.0m。从底部按天然坡面坡比向上至池顶高程，水池顶部设5.0m宽交通通道与挡水坝顶连接，形成环向交通道路，水池顶圈全长约1060m。挡水建筑物最大坝高12.5m，坝长59.9m，坝体及全库盘采用土工膜防渗。采用规格为300g/m²/ 0.8mm/300g/m²的两布一膜（PE膜），为长丝纺粘针刺非织造布聚乙烯复合土工膜。

排水管道全长15.3km，起点接矿井高位水池，沿线穿越硫磺沟镇、天山水泥厂、头屯河水库等。末点位于昌吉市三工滩附近，线路中部留有分水口向沿线草地及绿化带分水，管线顺头屯河左岸布置。管线最大落差为252m，全线采用自流排水，管材采用螺旋焊钢管，外防腐采用0.8mm厚PE(改性聚乙烯)热浸塑，内防腐采用0.35mm厚喷热固性环氧树脂粉末。共布置2座托管桥，1处过路顶管。以上管线部位外露地面部分做保温处理，保温方式为聚氨酯保温瓦片+镀锌铁皮。沿线共设置9个事故备用水池，每个水池容积为50~100m?。管线放空时，管道内矿井水可排入事故备用水池。管道检修完成后，采用水车将水池内水抽走排出。

末端蓄水池为注入式平原水池。蓄水池设计利用天然地形采取挖填方式，挖填后形成满足工程设计规模的蓄水池容积。水池占地范围约为7.06万平米，总库容53.35万m?。坝型采用复合土工膜斜墙坝，全库盘铺设土工膜进行防渗，最大坝高为14.5m，坝顶部周长约为854m。

①布置方式独特性：采用“两池+连接管道”的新颖布局方式。

鉴于工程的任务和环境保护的要求，既要保障矿井水的及时排放，又要保障生态环境的安全。结合工程区地形特点，工程区首部巧妙利用天然洼地作为事故备用水池；管线穿越地形条件复杂、高差大，采取埋管+明管结合布置的型式；末端“簸箕型”地形特点可布置为蓄水池作为调蓄水库；沿线根据地形特点在低洼处设置9个管道放空水池，用于管道检修期管内水的排放。 “两池+连接管道”的布局方式既保证矿井水在正常情况下及时通过管道排向末端水池，又保证管道事故检修情况水不外泄。本工程新颖的布局方式获得环保、水利审批部门专家的认可和肯定，得到了硫硫磺沟煤矿和昌吉政府部门的高度赞扬。

②确保煤矿正常、安全生产

煤矿水灾是煤矿建设和生产的主要灾害之一，由于新建水文地质条件极为复杂，煤矿突水事故时有发生，它不仅严重破坏煤矿的正常建设和生产，造成巨大的经济损失，而且还时刻威胁矿工的生命安全。如果矿井废水不能及时排出，意味着硫磺沟煤矿不能正常生产，进一步影响到煤矿相关产业的正常运转。本工程的建设保障了矿井水及时排出井外，且紧急情况下启用备用水池及事故放空池，确保煤矿正常、安全的生产，保障了人民生命财产的安全。

③保护头屯河流域生态环境

煤矿矿井水为工业废水，工程区附近即为二级水源保护区，且工程穿越居民区，需采取切实可行的工程措施，保证水利矿井水不外泄。本工程通过布置事故备用水池、沿线事故放空水池、以及防漏监测系统等综合措施，确保不会发生矿井水外泄事故，有效的保护了头屯河流域的生态环境，避免环境污染，保障了下游工农业、居民生产生活、生态用水的安全。

④水资源再生，废水再利用

煤矿开采中会伴生大量的矿井水，传统方法是将矿井水排到地表，继而蒸发，造成了水资源的严重浪费，毫无节制的排水不仅大大浪费水资源、增加了矿产成本，而且还导致地面塌陷、地下水资源流失，水质恶化等环境问题。本工程矿井水的主要来源为头屯河的渗水，本身为头屯河水资源的一部分，工程的建设可有效保护水资源，将矿井废水“资源化”，是变废为宝的典型运用。

⑤节能减排与可持续发展

工程管线起末点地面高差约250m，但需跨越山峰，不具备自流排水的条件。考虑后期管理运行方便，降低运行成本，节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物排放。工程设计采取降低局部山峰海拔高度，适当加大山峰前管道管径减少水头损失综合措施，最终实现了全线自流排水，达到了“节能减排”的目的。

硫磺沟煤矿上游同时开发有屯宝、宝平两大煤矿，这两座煤矿同时也存在废水排放的问题。得益于本工程的顺利建设并成功运行，目前两处煤矿计划将废水接入本排水系统，从根本上解决头屯河流域源头水污染的问题，有力保障了流域生态环境治理工作，本工程为类似问题处理提供持续利用意义。

⑥选线经济合理

工程管线全线15.7km，布置两座水池，管线跨越硫磺沟镇居民区、S101国防公路、天山水泥厂、头屯河水库等建筑设施，沿线地形地质条件复杂，山体陡峻，起、终点落差达250m，本工程通过合理的布置和选线，成功解决了上述难题。

⑦建筑物设计合理、先进，节省工程投资

建筑物布置首先考虑利用已有的自然条件，首部事故备用水池充分利用天然洼地地形窄长条状的特点，仅在沟口布置不到60m长的坝体即可形成9.0万m?容积的水池；末端蓄水池设计为半挖半填水池，通过挖填平衡设计计算，坝体填筑全部利用开挖料，水池土方开挖仅为22.0万m?左右，即形成了53万m?容积的水池；管道采用托管桥、顶管、傍山栈道等多种设计型式穿越复杂地形和建筑设施。

⑧先进的土石方平衡设计理念

本工程主要由2座水池和15km长管线组成，工程建设将产生大量的土石方开挖弃料，同时坝体填筑亦需要大量土石方料。本工程在建筑物整体布置和选型时就先行考虑土石方平衡调配，将水池开挖料用作坝体填筑和土工膜保护层料，管道填筑料首先考虑利用开挖料等。工程土石方开挖总量约40.0万m?，填筑约38.6万m?。土石方填筑直接利用和二次利用比例为100%，工程整体未产生任何弃渣,有效降低了投资、避免了水土流失。

本工程为水利工程中环保项目的实践，自2021年建成运行以来，运行良好，解决了困扰煤矿已久的污水排放问题，避免对头屯河水体造成污染；同时也解决了生态林灌溉用水问题；实现了保障煤矿安全生产、保护当地环境、“变废为宝”的目标要求；切实体现了“青山绿水就是金山银山”设计理念；达到了“节能减排”的目的，为“碳达峰”与“碳中和”做出自己的贡献；实现了经济效益、环境效益和社会效益的统一，实现了新的治水理念，达到人水和谐。其工程质量和建筑物各项性状指标良好，符合国家相关规范要求。对其他同类型工程的设计、建设具有重要的参考和借鉴意义