淺談廢棄礦區(qū)環(huán)境治理

牟若愚

（山東科技大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院，山東青島 266555）

1 引言

長期以來，煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置。雖然近幾年為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提高風(fēng)能、太陽能等新能源在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重，煤炭生產(chǎn)增速放緩，但2018年煤炭在能源消費結(jié)構(gòu)中所占比例仍然達(dá)到了59.06%。在巨大產(chǎn)業(yè)的背后，煤礦山所在地區(qū)經(jīng)過高強度的開采，一些環(huán)境問題逐漸暴露，對所在地的生態(tài)和群眾的生活造成破壞和影響。

礦山環(huán)境問題是一種以礦區(qū)環(huán)境為載體的負(fù)效應(yīng)作用，指在煤礦開發(fā)過程中對環(huán)境造成的不良影響［1］。煤礦通常是通過剝離表土進(jìn)行的露天開采以及通過開掘巷道進(jìn)行的地下開采。二者在生產(chǎn)過程中均會產(chǎn)生矸石、尾礦、垃圾等，在開采結(jié)束以后，廢棄礦區(qū)會面臨地表形態(tài)改變、地表結(jié)構(gòu)惡化、土地蓄水能力變差、地表植被遭到破壞等問題。對于大部分礦區(qū)尤其是早期開采的老礦，在開采中產(chǎn)生的礦井水以及洗煤廠產(chǎn)生的洗煤廢水不進(jìn)行處理直接排入所在地的河流或地表。各類礦區(qū)往往會面臨著土壤中重金屬超標(biāo)等問題，常常導(dǎo)致地區(qū)生物多樣性減少、耕地的數(shù)量和質(zhì)量降低、區(qū)域水環(huán)境變差等情況。

因此，對廢棄礦區(qū)的環(huán)境治理問題進(jìn)行多維研究，有助于改善煤礦廢棄礦區(qū)的環(huán)境問題，對礦區(qū)的土地治理、塌陷區(qū)修復(fù)、污染水源的治理及改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境具有重要的意義。

2 礦區(qū)環(huán)境問題分析

廢棄后的礦區(qū)環(huán)境是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，礦山的開發(fā)不可避免地會誘發(fā)各類礦山環(huán)境問題［2］。礦區(qū)的生產(chǎn)會導(dǎo)致所在地區(qū)的土體結(jié)構(gòu)、土壤成分發(fā)生改變；生產(chǎn)和運輸過程中產(chǎn)生的煤塵在一定氣象條件下對大氣造成破壞；生產(chǎn)過程中礦井排放的廢水通過滲透及自然流動等途徑進(jìn)入當(dāng)?shù)厮h(huán)境中，對河流造成污染并長期影響地下水。

2.1 對土體的影響

隨著開采過程的推進(jìn)，煤炭的開采程度逐步加深，煤層對土體的“擾動”越來越大，采空區(qū)往往發(fā)生冒落，使土體的結(jié)構(gòu)發(fā)生“錯位”。導(dǎo)致隔水層失效，采空區(qū)充滿地下水；土體上組的松散層因地應(yīng)力發(fā)生改變，逐層塌落。自采空區(qū)至地表，對土體破壞逐漸減小，但依然具有極大的破壞性，使地表發(fā)生塌陷，形成地裂溝、塌陷坑，對地表建筑物的結(jié)構(gòu)造成損傷，破壞土地經(jīng)濟價值，對煤礦所在地區(qū)土地環(huán)境造成破壞。

2.2 對水環(huán)境的影響

煤礦廢水主要包括礦井涌水、洗煤廢水、生活廢水。受礦井所在地區(qū)地質(zhì)條件的影響其成分往往較為復(fù)雜，礦井水質(zhì)變化較大，不同地區(qū)差異顯著。礦井廢水具有含硫量高、含鹽量高、硬度大、含有較多煤塵粉塵的特點，酸堿性在不同開采階段有較大差異［3］。當(dāng)廢水進(jìn)入水體中，會使當(dāng)?shù)厮w的酸堿性和理化性質(zhì)發(fā)生改變。水中對環(huán)境變化敏感的生物受到影響，水中生物的豐富性被破壞。

2.3 對土壤的影響

受到采掘活動的影響，土壤表面的植被被剝離或破壞，土壤中的微生物減少。早年我國煤礦對環(huán)境的保護(hù)意識淡薄，礦井水通常直接排入環(huán)境，水中所含的重金屬、各類可溶性物質(zhì)及粉煤灰殘留在土壤中，改變了土壤的理化性質(zhì)，進(jìn)而降低了生物的多樣性，造成土壤退化，使土地價值喪失。

2.4 地區(qū)環(huán)境惡化

開采活動使大量賦存于煤層之中的瓦斯非自然地排放到大氣當(dāng)中，且地表植被遭到破壞，容易出現(xiàn)酸雨、溫室效應(yīng)明顯、水土流失加劇等氣候災(zāi)害。在礦區(qū)廢棄后的一段時間內(nèi)，礦區(qū)的微氣候環(huán)境異于未開采前的氣候，局部揚沙、區(qū)域平均溫度、空氣顆粒物含量等指標(biāo)劣于未開采時的水平。

3 環(huán)境治理目標(biāo)分析

對廢棄礦區(qū)的環(huán)境治理主要應(yīng)著手于長期開采活動對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成的破壞，即盡可能地將環(huán)境恢復(fù)到未開采前的水平，其次應(yīng)當(dāng)盡可能恢復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的主要作用。若環(huán)境受到嚴(yán)重的破壞并難以恢復(fù)，則應(yīng)考慮盡可能地減少環(huán)境對生物的危害。

從治理過程來看，礦山修復(fù)的過程大致分為消除危險源、清除有害物質(zhì)、恢復(fù)生態(tài)功能幾個階段。對于環(huán)境治理的目標(biāo)應(yīng)避免“一刀切”的做法，應(yīng)當(dāng)遵循“分階段、分時間、貼實際”的原則設(shè)立可行性高、合理的目標(biāo)。最終的效果應(yīng)當(dāng)是對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的一個系統(tǒng)性的修復(fù)，單一片面的修復(fù)往往存在修復(fù)后經(jīng)濟性差，解決一個問題后出現(xiàn)其他問題的現(xiàn)象，從側(cè)面也反映出生態(tài)環(huán)境是一個整體，缺一不可。

4 廢棄礦區(qū)環(huán)境治理

4.1 對土體的修復(fù)

4.1.1 對土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)恢復(fù)

通過使用粉煤灰、礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石和碎石等作為回填修復(fù)的材料對裂隙進(jìn)行充填，對于隔水層可以采用注入黏土漿的方法盡可能恢復(fù)其作用。土體的結(jié)構(gòu)修復(fù)度越高，其隔水透氣等功能恢復(fù)得越好，有利于下階段植被和生態(tài)環(huán)境的修復(fù)。

4.1.2 對地表形態(tài)的恢復(fù)

通過將矸石填入塌陷區(qū)上層再覆蓋適宜厚度的表土恢復(fù)地表形態(tài)，也可通過使用黏土或者使用合成材料修復(fù)土地表層的裂隙，加強隔水性，將塌陷區(qū)改造成濕地或湖泊，盡可能恢復(fù)環(huán)境。對于開采形成的矸石山，可以通過采空區(qū)充填，塌陷區(qū)回埋或矸石作為原料深加工等方法，將被矸石占用的土地釋放出來。

4.2 對土壤的恢復(fù)

4.2.1 對土壤功能的恢復(fù)

由于土體結(jié)構(gòu)受到破壞，地下的礦物質(zhì)會沿裂隙上升，上層土鹽堿化，營養(yǎng)物質(zhì)流失，生物多樣性減少。可以通過將表層土取出與一定比例的農(nóng)田土、營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行混合，待土體結(jié)構(gòu)修復(fù)后回填，并可考慮通過生物治理的方法，如種植耐堿植物等方法，對土壤的組成成分進(jìn)行修復(fù)［4］。

4.2.2 土壤生物多樣性的恢復(fù)

對于修復(fù)初期的土壤，其理化性質(zhì)得到了恢復(fù)，但是土壤中生物的多樣性需要長期治理。對于生物多樣性的恢復(fù)要遵循土壤發(fā)育的自然規(guī)律，生物組成由低等向高等、由單一向豐富逐步演替。對于人工植被的種植，可以采用適應(yīng)性強、生長速度快的植物，隨著環(huán)境逐步改善，科學(xué)性地逐漸增加植物種類，調(diào)節(jié)植被生物結(jié)構(gòu)。

4.3 對水環(huán)境的治理

礦區(qū)的水環(huán)境在經(jīng)過長期的“粗獷式”的礦井水排放以后，水質(zhì)具有呈偏酸或偏堿性、可溶性物質(zhì)增多、懸浮顆粒物含量增加等特征。對于水環(huán)境的治理應(yīng)從多方面入手，先治理水質(zhì)再增加水環(huán)境中生物的多樣性。

4.3.1 對水質(zhì)的修復(fù)

對于水質(zhì)，可以通過中和的方法進(jìn)行修復(fù)，所謂的中和法通常來說就是將石灰石投入酸性的水體中使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最后生成含有碳酸鹽類、氫氧化鐵懸浮物的水［5］。基本要求是只作用于水質(zhì)的酸堿性，不會對水中的組成成分造成較大影響；對于水中的礦物元素，可以通過添加有益元素、種植或添加對有害元素有吸附或吸收作用的植物或微生物；對于水中的粉煤灰等顆粒物可以通過沉降、混凝等方法改善，若以上措施對水體的改變有限則應(yīng)當(dāng)考慮成本相對較高的膜處理法。

4.3.2 水環(huán)境生物多樣性恢復(fù)

采礦活動造成所在地區(qū)的水環(huán)境惡化，直接影響水中生物的生存，使水中生物的數(shù)量減少，水環(huán)境的生物豐富度降低。在對水環(huán)境生物部分的修復(fù)過程中，可以結(jié)合當(dāng)?shù)厮h(huán)境中生物組成結(jié)構(gòu)，逐步由簡單向豐富進(jìn)行。

5 結(jié)語

礦山的開采活動對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞是巨大的，對土壤、水體及大氣環(huán)境均有影響。因此，礦山修復(fù)是一項復(fù)雜并艱巨的任務(wù)。在修復(fù)過程中，每一種方法的使用對環(huán)境的影響不局限于積極方面，可能也會對環(huán)境造成一定的負(fù)面影響。在修復(fù)過程中應(yīng)系統(tǒng)性地進(jìn)行，將對環(huán)境的破壞減少到最小。另外，需要注意的是，環(huán)境修復(fù)需要投入大量的資金，在如何降低環(huán)境修復(fù)成本和如何利用修復(fù)過的環(huán)境創(chuàng)造更大價值的方面，仍然缺乏深入的研究。