大同煤礦區(qū)廢棄地土壤環(huán)境問題現(xiàn)狀與治理對(duì)策施

雨其

摘要：對(duì)大同礦區(qū)存在的主要土壤環(huán)境問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，具體介紹了污染成因及其主要表現(xiàn)，指出了主要成因是采煤沉陷區(qū)土壤養(yǎng)分的流失與煤矸石堆放區(qū)污染因子的擴(kuò)散，針對(duì)這種狀況下，提出了土地復(fù)墾等生態(tài)修復(fù)措施，為今后的環(huán)境治理工作提供參考。

關(guān)鍵詞：大同礦區(qū)；土壤現(xiàn)狀；沉陷區(qū)；煤矸石；生態(tài)修復(fù)

1引言

作為全國(guó)重要的煤炭能源產(chǎn)業(yè)基地，大同市在“一五”期間就成為了山西省工業(yè)項(xiàng)目重點(diǎn)投建地區(qū)，自建國(guó)以來為國(guó)家的工業(yè)發(fā)展能耗提供強(qiáng)有力的支撐，推動(dòng)了國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程。但隨著煤炭資源被掠奪式開采，再加上過度追求效率而忽視采礦過程對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境造成的影響，導(dǎo)致采煤集中地及周邊地區(qū)的一系列表征性地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)，如地表沉陷與地面變形。除此之外，更深層次的負(fù)面效應(yīng)則體現(xiàn)在了土壤、水體、空氣物化性質(zhì)改變等方面，對(duì)區(qū)域內(nèi)居民的生產(chǎn)、生活造成了嚴(yán)重干擾。

2大同煤礦區(qū)開采情況

我國(guó)作為世界產(chǎn)煤大國(guó)與煤炭主要消費(fèi)國(guó)，建國(guó)以來主要以粗放型發(fā)展為主，在這種高能耗的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下，煤炭開采量與需求量也在逐年上漲，近年的開采量已經(jīng)增長(zhǎng)為建國(guó)初期的幾十倍，強(qiáng)有力地支撐了國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的工業(yè)交通業(yè)和大城市民用煤，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的能源供應(yīng)基礎(chǔ)。大同地區(qū)是重要的產(chǎn)煤地之一，“一五”期間成為全國(guó)重要的煤炭能源基地，重點(diǎn)支援國(guó)家各種工業(yè)建設(shè)以及供應(yīng)工農(nóng)業(yè)和民用煤。“六五”期間，“北煤南運(yùn)”、“西煤東調(diào)”、“西電東送”能源配置政策的實(shí)施，中西部大量煤炭資源被調(diào)往全國(guó)各地，煤炭?jī)?chǔ)量占半數(shù)以上的西部地區(qū)包括大同地區(qū)的煤炭開采量逐年上升，從而引發(fā)一系列環(huán)境方面的負(fù)面影響[1]。新中國(guó)成立后，大同地區(qū)的煤礦產(chǎn)業(yè)在舊中國(guó)遺留下來的基礎(chǔ)上進(jìn)行恢復(fù)、改造與擴(kuò)建，經(jīng)過60多年的艱苦發(fā)展，形成了如今的樣貌。在發(fā)展初期，煤礦業(yè)有統(tǒng)配與地方兩種，在過分追求高產(chǎn)的大環(huán)境下，實(shí)施“國(guó)家、集體、個(gè)人一起上”發(fā)展煤炭工業(yè)的方針，管理不到位讓不符合規(guī)范的小煤窯在礦藏地大量涌現(xiàn)，大量生產(chǎn)者的進(jìn)入分散了煤炭產(chǎn)業(yè)[2]。小型煤礦通常生產(chǎn)技術(shù)跟不上時(shí)代的步伐，采挖方式落后，生產(chǎn)力與回收率相比于大型集中式開采的煤礦極低，資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，投資環(huán)境不經(jīng)濟(jì)，而且存在許多安全問題。

十一屆三中全會(huì)以來，通過“調(diào)整、改革、整頓、提高”，煤炭工業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，煤炭產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了大跨越；2009年以來，我國(guó)積極實(shí)施煤炭資源整合和煤礦兼并重組，非正規(guī)小煤窯數(shù)量大量減少，推動(dòng)了現(xiàn)代化礦井的建設(shè)[3]。大同煤田侏羅系煤炭資源賦存面積共計(jì)772km2，厚度在30～250m之間，埋藏段位接近地表，煤層構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤質(zhì)具有含硫量低、灰分少和熱效率高等優(yōu)良特性，且頂?shù)装鍡l件相對(duì)穩(wěn)定，采挖難度低，已經(jīng)被大規(guī)模開采利用。在如此大范圍煤炭存儲(chǔ)條件下的高強(qiáng)度開采，帶動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，推動(dòng)了現(xiàn)代化建設(shè)，但長(zhǎng)期以來對(duì)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)性建設(shè)的忽視，改變了礦區(qū)及附近原有的生態(tài)景觀與自然條件，破壞了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)與生態(tài)平衡。

3煤礦區(qū)對(duì)環(huán)境的影響分析

煤礦井的合理開發(fā)年限依煤礦資源的工業(yè)儲(chǔ)量、煤炭回采率和礦藏的開采規(guī)模而定，因此不同地區(qū)、不同類型的礦井服務(wù)年限有差異。煤炭開采過程需要一定時(shí)間，通常礦井會(huì)持續(xù)采挖到核定采挖量，在此過程中極易忽視對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境造成的破壞，從而錯(cuò)過治理的最佳時(shí)機(jī)，產(chǎn)生如土地沙漠化、水土流失、植被破壞、耕地減少、土質(zhì)退化、農(nóng)作物和動(dòng)植物生長(zhǎng)不良、水資源被破壞和污染、大氣污染、氣候惡化等一系列衍生性的環(huán)境問題，導(dǎo)致治理難度成倍增加。

煤礦區(qū)的開采活動(dòng)具有一般采礦業(yè)的共性，如礦井口周邊原有植被的移除與掀翻，進(jìn)而使地表土壤結(jié)構(gòu)被破壞，礦井的挖掘過程也會(huì)攪動(dòng)土層，改變?cè)衅碌氐姆€(wěn)定性，對(duì)井口臨近區(qū)域也會(huì)造成不同程度的影響，為水土流失的發(fā)生埋下隱患。另外，大同地區(qū)的氣候?qū)儆诖箨懶园敫珊导撅L(fēng)氣候區(qū)，對(duì)地表土層物化性質(zhì)的改變?cè)谟绊懼脖簧L(zhǎng)的同時(shí)使土壤穩(wěn)定性降低，風(fēng)蝕幾率增大，帶走更多地表土，干旱氣候加劇，沙漠化進(jìn)程更加明顯。

4煤礦區(qū)土壤問題分析

煤礦區(qū)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境的主要影響一種是煤炭開采造成開采沉陷區(qū)土壤養(yǎng)分的流失性破壞；另一種是煤礦區(qū)開采過后未回收的大量煤矸石對(duì)其堆放區(qū)土壤的滲透性污染。這兩種污染的產(chǎn)生形式不同，對(duì)環(huán)境造成的破壞也不同，前者是沉陷區(qū)土地N、P、K等植物必須的營(yíng)養(yǎng)元素以及土壤有機(jī)質(zhì)的流失；后者是煤矸石中的污染因子如多種重金屬離子和SO2-4在長(zhǎng)期堆放過程中逐漸進(jìn)入土壤而造成污染[4]。

長(zhǎng)期的采礦工作產(chǎn)生大量未經(jīng)處理的采空區(qū)導(dǎo)致了采煤沉陷區(qū)地表土壤沉降，營(yíng)養(yǎng)成分低下[3]。地下營(yíng)養(yǎng)成分含量低而不適于植物生長(zhǎng)的土壤被覆蓋于地表，地表土長(zhǎng)期以來積累的有機(jī)質(zhì)與植物生長(zhǎng)所必需的各種營(yíng)養(yǎng)元素被掩埋，相當(dāng)于土壤質(zhì)量狀況退化至演替初期，不適于大多數(shù)植物種類生長(zhǎng)，植被減少，原有景觀被破壞。深挖造成的地表裂痕深入地下，巖層結(jié)構(gòu)被破壞，穩(wěn)固性降低，經(jīng)過雨水的沖刷使地表土壤中的各種物質(zhì)向地下垂直方向流失，造成地表土營(yíng)養(yǎng)短缺；污水也易沿裂痕滲入地下水，污染水源；土壤養(yǎng)分的流失程度與地層裂縫的發(fā)育程度也有關(guān)，地裂縫發(fā)育程度越高，流失程度越大。實(shí)地測(cè)定表明，大同礦區(qū)沉陷區(qū)P、N、K等營(yíng)養(yǎng)元素與有機(jī)質(zhì)流失程度較低[2]。

采煤過程與洗煤過程會(huì)產(chǎn)生大量煤矸石，這種與煤層伴生的含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石主要成分是Al2O3、SiO2，除此之外還含有不等量的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3，以及Cu、Pb、Zn等重金屬元素和微量稀有元素。盡管現(xiàn)階段煤矸石已經(jīng)被大量應(yīng)用于生產(chǎn)矸石水泥、混凝土的輕質(zhì)骨料、耐火磚等建筑材料，有些還可以從中繼續(xù)回收煤、提取貴重稀有金屬，但由于這種固體廢棄物長(zhǎng)期以來得不到合理利用，被大量積存并且每年仍在增加，堆積形成的矸石山不但會(huì)自燃引發(fā)火災(zāi)污染空氣，而且其中的重金屬元素滲入土壤，會(huì)造成多種污染因子的實(shí)際值遠(yuǎn)大于土壤環(huán)境背景值。大同礦區(qū)主要污染因子是SO2-4、Cu、Zn，尤其是污染范圍較大的SO2-4在距矸石山1000m范圍、埋深510m以上土壤中的SO2-4含量大多超過區(qū)域土壤環(huán)境背景值；Cu在距矸石山0～30m的范圍內(nèi)測(cè)定值明顯高于背景值；Zn在距矸石山0～15m的范圍內(nèi)含量較高[2]。這三種污染因子含量的縱向分布普遍隨著深度增大而升高，到某一最大之后降低，而且相對(duì)于其他礦區(qū)，大同礦區(qū)的污染波及范圍較小。主要污染因子相對(duì)煤矸石堆放地的縱向空間特征為越遠(yuǎn)離含量越少，相隔一定遠(yuǎn)距離之后便大幅減少。其他的重金屬或酸根離子也有不同程度的污染。endprint

5問題與建議

營(yíng)養(yǎng)元素的流失與多種污染因子的超量使沉陷區(qū)與矸石堆放區(qū)的土壤理化性質(zhì)改變，如果僅靠自然力很難在短期時(shí)間里恢復(fù)原狀。即使在開采過程中及時(shí)做到了土地復(fù)墾，礦井達(dá)到服務(wù)年限后也需要很長(zhǎng)一段時(shí)間才可基本恢復(fù)原有生態(tài)狀況，如果復(fù)墾不及時(shí)，則需要更長(zhǎng)時(shí)間恢復(fù)。

現(xiàn)階段面臨的主要難題一是長(zhǎng)久以來積累的環(huán)境問題覆水難收，二是現(xiàn)有企業(yè)的法制觀念與環(huán)保意識(shí)淡薄，問題仍在加劇。很長(zhǎng)一段時(shí)間里，管理上的疏漏讓小煤窯得以在眾目睽睽下?lián)平穑辉O(shè)施技術(shù)的落后與法制觀念和道德的缺失，使經(jīng)營(yíng)者在高效益的驅(qū)使下忽視環(huán)境問題，開采過后留下滿目瘡痍；中小型煤礦中只有個(gè)別環(huán)境意識(shí)較強(qiáng)的企業(yè)投入部分資金建設(shè)減排環(huán)保設(shè)施，對(duì)礦區(qū)土壤環(huán)境的關(guān)注度則較低，土地復(fù)墾、保護(hù)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的綜合治理工作很少開展；只有部分大型正規(guī)煤礦在棄用礦井的填充、廢棄資源綜合利用、采礦損毀土地及時(shí)復(fù)墾、生態(tài)環(huán)境綜合整治等方面做到實(shí)處。

大同礦區(qū)地處半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，土壤環(huán)境立地條件差，自然狀態(tài)下的恢復(fù)能力有限，必須通過人為干預(yù)，因地制宜，方可達(dá)到預(yù)定回復(fù)目標(biāo)。當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境原本比較脆弱，而沉陷區(qū)營(yíng)養(yǎng)元素的缺失導(dǎo)致土地極為貧瘠，在這種生態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)恢復(fù)更加困難，因此，應(yīng)該由沉陷區(qū)不同區(qū)域采集土壤樣品，分別分析其中營(yíng)養(yǎng)組分測(cè)定值，與非沉陷區(qū)的背景值相比對(duì)，得出具體的追肥方案，同時(shí)改善土壤結(jié)構(gòu)，提升土壤機(jī)械狀況，減緩補(bǔ)肥后繼續(xù)流失的速度，提高治理成效。

煤矸石堆放區(qū)多種酸根離子和重金屬離子反常超標(biāo)，對(duì)植被有一定毒害作用。煤矸石的污染方式為堆積擴(kuò)散，范圍較小，程度較輕，因此原位治理則更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。治理措施中主要采用工程治理與生物治理相結(jié)合，工程治理措施主要包括：客土、換土、去表土和深耕翻土等措施；生物治理措施用植物修復(fù)，通過超積累植物吸收土壤中的重金屬，選擇適當(dāng)?shù)闹参锓N類確保可持續(xù)的植被覆蓋，通常基于植物穩(wěn)定和植物提取作用來實(shí)現(xiàn)，分為植物固定、植物提取、根際過濾、植物降解、根際降解、植物揮發(fā)等類型[4]。礦區(qū)重金屬污染土壤的植物修復(fù)成本較低較為安全，修復(fù)周期雖長(zhǎng)但更符合生態(tài)，治理后期產(chǎn)生二次污染可能性低，最終效果好并且可以同時(shí)恢復(fù)植被景觀。

6結(jié)語(yǔ)

大同礦區(qū)存在亟待解決的土壤環(huán)境問題，如開采沉陷區(qū)的地面裂痕與營(yíng)養(yǎng)成分流失和煤矸石堆放區(qū)的污染因子擴(kuò)散性污染；煤炭產(chǎn)業(yè)的管理缺陷助長(zhǎng)了土壤環(huán)境問題的加劇；新中國(guó)成立與建設(shè)對(duì)煤炭資源有著巨大需求，引發(fā)的環(huán)境問題難以忽視。綜上所述，想要完成礦區(qū)土壤的綜合治理，必須全面考慮，采取適當(dāng)?shù)闹卫聿呗裕鰪?qiáng)企業(yè)自我環(huán)境責(zé)任與管理意識(shí)，并且多種方法相結(jié)合，方能達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊維綱，王祥，王麗萍煤炭開采對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的影響[J]山西林業(yè)科技，2008（1）

[2] 王潤(rùn)福，曹金亮煤礦區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008（4）：120～122

[3] 尉曉燕，常珍祥大同煤礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題的探討[J]科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2011，7（210）：71～73，76

[4] 黃銘洪，駱永明礦區(qū)土地修復(fù)與生態(tài)恢復(fù)[J]土壤學(xué)報(bào)，2003，40（2）：161～169endprint