大同煤矿区废弃地土壤环境问题现状与治理对策施

雨其

摘要：对大同矿区存在的主要土壤环境问题进行了简要分析，具体介绍了污染成因及其主要表现，指出了主要成因是采煤沉陷区土壤养分的流失与煤矸石堆放区污染因子的扩散，针对这种状况下，提出了土地复垦等生态修复措施，为今后的环境治理工作提供参考。

关键词：大同矿区；土壤现状；沉陷区；煤矸石；生态修复

1引言

作为全国重要的煤炭能源产业基地，大同市在“一五”期间就成为了山西省工业项目重点投建地区，自建国以来为国家的工业发展能耗提供强有力的支撑，推动了国家现代化建设进程。但随着煤炭资源被掠夺式开采，再加上过度追求效率而忽视采矿过程对当地自然环境造成的影响，导致采煤集中地及周边地区的一系列表征性地质灾害的出现，如地表沉陷与地面变形。除此之外，更深层次的负面效应则体现在了土壤、水体、空气物化性质改变等方面，对区域内居民的生产、生活造成了严重干扰。

2大同煤矿区开采情况

我国作为世界产煤大国与煤炭主要消费国，建国以来主要以粗放型发展为主，在这种高能耗的经济发展模式下，煤炭开采量与需求量也在逐年上涨，近年的开采量已经增长为建国初期的几十倍，强有力地支撑了国民经济中重要的工业交通业和大城市民用煤，为我国经济的迅猛发展奠定了坚实的能源供应基础。大同地区是重要的产煤地之一，“一五”期间成为全国重要的煤炭能源基地，重点支援国家各种工业建设以及供应工农业和民用煤。“六五”期间，“北煤南运”、“西煤东调”、“西电东送”能源配置政策的实施，中西部大量煤炭资源被调往全国各地，煤炭储量占半数以上的西部地区包括大同地区的煤炭开采量逐年上升，从而引发一系列环境方面的负面影响[1]。新中国成立后，大同地区的煤矿产业在旧中国遗留下来的基础上进行恢复、改造与扩建，经过60多年的艰苦发展，形成了如今的样貌。在发展初期，煤矿业有统配与地方两种，在过分追求高产的大环境下，实施“国家、集体、个人一起上”发展煤炭工业的方针，管理不到位让不符合规范的小煤窑在矿藏地大量涌现，大量生产者的进入分散了煤炭产业[2]。小型煤矿通常生产技术跟不上时代的步伐，采挖方式落后，生产力与回收率相比于大型集中式开采的煤矿极低，资源浪费现象严重，投资环境不经济，而且存在许多安全问题。

十一届三中全会以来，通过“调整、改革、整顿、提高”，煤炭工业获得了长足的发展，煤炭产量实现了大跨越；2009年以来，我国积极实施煤炭资源整合和煤矿兼并重组，非正规小煤窑数量大量减少，推动了现代化矿井的建设[3]。大同煤田侏罗系煤炭资源赋存面积共计772km2，厚度在30～250m之间，埋藏段位接近地表，煤层构造简单，煤质具有含硫量低、灰分少和热效率高等优良特性，且顶底板条件相对稳定，采挖难度低，已经被大规模开采利用。在如此大范围煤炭存储条件下的高强度开采，带动了区域经济迅速发展，推动了现代化建设，但长期以来对生态环境恢复性建设的忽视，改变了矿区及附近原有的生态景观与自然条件，破坏了当地的农业与生态平衡。

3煤矿区对环境的影响分析

煤矿井的合理开发年限依煤矿资源的工业储量、煤炭回采率和矿藏的开采规模而定，因此不同地区、不同类型的矿井服务年限有差异。煤炭开采过程需要一定时间，通常矿井会持续采挖到核定采挖量，在此过程中极易忽视对当地农业和生态环境造成的破坏，从而错过治理的最佳时机，产生如土地沙漠化、水土流失、植被破坏、耕地减少、土质退化、农作物和动植物生长不良、水资源被破坏和污染、大气污染、气候恶化等一系列衍生性的环境问题，导致治理难度成倍增加。

煤矿区的开采活动具有一般采矿业的共性，如矿井口周边原有植被的移除与掀翻，进而使地表土壤结构被破坏，矿井的挖掘过程也会搅动土层，改变原有坡地的稳定性，对井口临近区域也会造成不同程度的影响，为水土流失的发生埋下隐患。另外，大同地区的气候属于大陆性半干旱季风气候区，对地表土层物化性质的改变在影响植被生长的同时使土壤稳定性降低，风蚀几率增大，带走更多地表土，干旱气候加剧，沙漠化进程更加明显。

4煤矿区土壤问题分析

煤矿区对当地农业及生态环境的主要影响一种是煤炭开采造成开采沉陷区土壤养分的流失性破坏；另一种是煤矿区开采过后未回收的大量煤矸石对其堆放区土壤的渗透性污染。这两种污染的产生形式不同，对环境造成的破坏也不同，前者是沉陷区土地N、P、K等植物必须的营养元素以及土壤有机质的流失；后者是煤矸石中的污染因子如多种重金属离子和SO2-4在长期堆放过程中逐渐进入土壤而造成污染[4]。

长期的采矿工作产生大量未经处理的采空区导致了采煤沉陷区地表土壤沉降，营养成分低下[3]。地下营养成分含量低而不适于植物生长的土壤被覆盖于地表，地表土长期以来积累的有机质与植物生长所必需的各种营养元素被掩埋，相当于土壤质量状况退化至演替初期，不适于大多数植物种类生长，植被减少，原有景观被破坏。深挖造成的地表裂痕深入地下，岩层结构被破坏，稳固性降低，经过雨水的冲刷使地表土壤中的各种物质向地下垂直方向流失，造成地表土营养短缺；污水也易沿裂痕渗入地下水，污染水源；土壤养分的流失程度与地层裂缝的发育程度也有关，地裂缝发育程度越高，流失程度越大。实地测定表明，大同矿区沉陷区P、N、K等营养元素与有机质流失程度较低[2]。

采煤过程与洗煤过程会产生大量煤矸石，这种与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石主要成分是Al2O3、SiO2，除此之外还含有不等量的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3，以及Cu、Pb、Zn等重金属元素和微量稀有元素。尽管现阶段煤矸石已经被大量应用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，有些还可以从中继续回收煤、提取贵重稀有金属，但由于这种固体废弃物长期以来得不到合理利用，被大量积存并且每年仍在增加，堆积形成的矸石山不但会自燃引发火灾污染空气，而且其中的重金属元素渗入土壤，会造成多种污染因子的实际值远大于土壤环境背景值。大同矿区主要污染因子是SO2-4、Cu、Zn，尤其是污染范围较大的SO2-4在距矸石山1000m范围、埋深510m以上土壤中的SO2-4含量大多超过区域土壤环境背景值；Cu在距矸石山0～30m的范围内测定值明显高于背景值；Zn在距矸石山0～15m的范围内含量较高[2]。这三种污染因子含量的纵向分布普遍随着深度增大而升高，到某一最大之后降低，而且相对于其他矿区，大同矿区的污染波及范围较小。主要污染因子相对煤矸石堆放地的纵向空间特征为越远离含量越少，相隔一定远距离之后便大幅减少。其他的重金属或酸根离子也有不同程度的污染。endprint

5问题与建议

营养元素的流失与多种污染因子的超量使沉陷区与矸石堆放区的土壤理化性质改变，如果仅靠自然力很难在短期时间里恢复原状。即使在开采过程中及时做到了土地复垦，矿井达到服务年限后也需要很长一段时间才可基本恢复原有生态状况，如果复垦不及时，则需要更长时间恢复。

现阶段面临的主要难题一是长久以来积累的环境问题覆水难收，二是现有企业的法制观念与环保意识淡薄，问题仍在加剧。很长一段时间里，管理上的疏漏让小煤窑得以在众目睽睽下捞金；设施技术的落后与法制观念和道德的缺失，使经营者在高效益的驱使下忽视环境问题，开采过后留下满目疮痍；中小型煤矿中只有个别环境意识较强的企业投入部分资金建设减排环保设施，对矿区土壤环境的关注度则较低，土地复垦、保护农业和生态环境的综合治理工作很少开展；只有部分大型正规煤矿在弃用矿井的填充、废弃资源综合利用、采矿损毁土地及时复垦、生态环境综合整治等方面做到实处。

大同矿区地处半干旱季风气候区，土壤环境立地条件差，自然状态下的恢复能力有限，必须通过人为干预，因地制宜，方可达到预定回复目标。当地生态环境原本比较脆弱，而沉陷区营养元素的缺失导致土地极为贫瘠，在这种生态条件下实现恢复更加困难，因此，应该由沉陷区不同区域采集土壤样品，分别分析其中营养组分测定值，与非沉陷区的背景值相比对，得出具体的追肥方案，同时改善土壤结构，提升土壤机械状况，减缓补肥后继续流失的速度，提高治理成效。

煤矸石堆放区多种酸根离子和重金属离子反常超标，对植被有一定毒害作用。煤矸石的污染方式为堆积扩散，范围较小，程度较轻，因此原位治理则更为经济实用。治理措施中主要采用工程治理与生物治理相结合，工程治理措施主要包括：客土、换土、去表土和深耕翻土等措施；生物治理措施用植物修复，通过超积累植物吸收土壤中的重金属，选择适当的植物种类确保可持续的植被覆盖，通常基于植物稳定和植物提取作用来实现，分为植物固定、植物提取、根际过滤、植物降解、根际降解、植物挥发等类型[4]。矿区重金属污染土壤的植物修复成本较低较为安全，修复周期虽长但更符合生态，治理后期产生二次污染可能性低，最终效果好并且可以同时恢复植被景观。

6结语

大同矿区存在亟待解决的土壤环境问题，如开采沉陷区的地面裂痕与营养成分流失和煤矸石堆放区的污染因子扩散性污染；煤炭产业的管理缺陷助长了土壤环境问题的加剧；新中国成立与建设对煤炭资源有着巨大需求，引发的环境问题难以忽视。综上所述，想要完成矿区土壤的综合治理，必须全面考虑，采取适当的治理策略，增强企业自我环境责任与管理意识，并且多种方法相结合，方能达到预期效果。

参考文献：

[1] 杨维纲，王祥，王丽萍煤炭开采对农业和生态环境的影响[J]山西林业科技，2008（1）

[2] 王润福，曹金亮煤矿区土壤环境质量评价[J]水文地质工程地质，2008（4）：120～122

[3] 尉晓燕，常珍祥大同煤矿区环境地质问题的探讨[J]科技创新与生产力，2011，7（210）：71～73，76

[4] 黄铭洪，骆永明矿区土地修复与生态恢复[J]土壤学报，2003，40（2）：161～169endprint