浅谈废弃矿区环境治理

牟若愚

（山东科技大学安全与环境工程学院，山东青岛 266555）

1 引言

长期以来，煤炭在中国能源结构中占据重要位置。虽然近几年为优化能源结构，保护生态环境，推动产业结构升级，提高风能、太阳能等新能源在能源消费结构中的比重，煤炭生产增速放缓，但2018年煤炭在能源消费结构中所占比例仍然达到了59.06%。在巨大产业的背后，煤矿山所在地区经过高强度的开采，一些环境问题逐渐暴露，对所在地的生态和群众的生活造成破坏和影响。

矿山环境问题是一种以矿区环境为载体的负效应作用，指在煤矿开发过程中对环境造成的不良影响［1］。煤矿通常是通过剥离表土进行的露天开采以及通过开掘巷道进行的地下开采。二者在生产过程中均会产生矸石、尾矿、垃圾等，在开采结束以后，废弃矿区会面临地表形态改变、地表结构恶化、土地蓄水能力变差、地表植被遭到破坏等问题。对于大部分矿区尤其是早期开采的老矿，在开采中产生的矿井水以及洗煤厂产生的洗煤废水不进行处理直接排入所在地的河流或地表。各类矿区往往会面临着土壤中重金属超标等问题，常常导致地区生物多样性减少、耕地的数量和质量降低、区域水环境变差等情况。

因此，对废弃矿区的环境治理问题进行多维研究，有助于改善煤矿废弃矿区的环境问题，对矿区的土地治理、塌陷区修复、污染水源的治理及改善当地生态环境具有重要的意义。

2 矿区环境问题分析

废弃后的矿区环境是一个复杂的系统，矿山的开发不可避免地会诱发各类矿山环境问题［2］。矿区的生产会导致所在地区的土体结构、土壤成分发生改变；生产和运输过程中产生的煤尘在一定气象条件下对大气造成破坏；生产过程中矿井排放的废水通过渗透及自然流动等途径进入当地水环境中，对河流造成污染并长期影响地下水。

2.1 对土体的影响

随着开采过程的推进，煤炭的开采程度逐步加深，煤层对土体的“扰动”越来越大，采空区往往发生冒落，使土体的结构发生“错位”。导致隔水层失效，采空区充满地下水；土体上组的松散层因地应力发生改变，逐层塌落。自采空区至地表，对土体破坏逐渐减小，但依然具有极大的破坏性，使地表发生塌陷，形成地裂沟、塌陷坑，对地表建筑物的结构造成损伤，破坏土地经济价值，对煤矿所在地区土地环境造成破坏。

2.2 对水环境的影响

煤矿废水主要包括矿井涌水、洗煤废水、生活废水。受矿井所在地区地质条件的影响其成分往往较为复杂，矿井水质变化较大，不同地区差异显著。矿井废水具有含硫量高、含盐量高、硬度大、含有较多煤尘粉尘的特点，酸碱性在不同开采阶段有较大差异［3］。当废水进入水体中，会使当地水体的酸碱性和理化性质发生改变。水中对环境变化敏感的生物受到影响，水中生物的丰富性被破坏。

2.3 对土壤的影响

受到采掘活动的影响，土壤表面的植被被剥离或破坏，土壤中的微生物减少。早年我国煤矿对环境的保护意识淡薄，矿井水通常直接排入环境，水中所含的重金属、各类可溶性物质及粉煤灰残留在土壤中，改变了土壤的理化性质，进而降低了生物的多样性，造成土壤退化，使土地价值丧失。

2.4 地区环境恶化

开采活动使大量赋存于煤层之中的瓦斯非自然地排放到大气当中，且地表植被遭到破坏，容易出现酸雨、温室效应明显、水土流失加剧等气候灾害。在矿区废弃后的一段时间内，矿区的微气候环境异于未开采前的气候，局部扬沙、区域平均温度、空气颗粒物含量等指标劣于未开采时的水平。

3 环境治理目标分析

对废弃矿区的环境治理主要应着手于长期开采活动对当地环境造成的破坏，即尽可能地将环境恢复到未开采前的水平，其次应当尽可能恢复当地生态系统的主要作用。若环境受到严重的破坏并难以恢复，则应考虑尽可能地减少环境对生物的危害。

从治理过程来看，矿山修复的过程大致分为消除危险源、清除有害物质、恢复生态功能几个阶段。对于环境治理的目标应避免“一刀切”的做法，应当遵循“分阶段、分时间、贴实际”的原则设立可行性高、合理的目标。最终的效果应当是对当地环境的一个系统性的修复，单一片面的修复往往存在修复后经济性差，解决一个问题后出现其他问题的现象，从侧面也反映出生态环境是一个整体，缺一不可。

4 废弃矿区环境治理

4.1 对土体的修复

4.1.1 对土壤内部结构恢复

通过使用粉煤灰、矿井生产过程中产生的矸石和碎石等作为回填修复的材料对裂隙进行充填，对于隔水层可以采用注入黏土浆的方法尽可能恢复其作用。土体的结构修复度越高，其隔水透气等功能恢复得越好，有利于下阶段植被和生态环境的修复。

4.1.2 对地表形态的恢复

通过将矸石填入塌陷区上层再覆盖适宜厚度的表土恢复地表形态，也可通过使用黏土或者使用合成材料修复土地表层的裂隙，加强隔水性，将塌陷区改造成湿地或湖泊，尽可能恢复环境。对于开采形成的矸石山，可以通过采空区充填，塌陷区回埋或矸石作为原料深加工等方法，将被矸石占用的土地释放出来。

4.2 对土壤的恢复

4.2.1 对土壤功能的恢复

由于土体结构受到破坏，地下的矿物质会沿裂隙上升，上层土盐碱化，营养物质流失，生物多样性减少。可以通过将表层土取出与一定比例的农田土、营养物质进行混合，待土体结构修复后回填，并可考虑通过生物治理的方法，如种植耐碱植物等方法，对土壤的组成成分进行修复［4］。

4.2.2 土壤生物多样性的恢复

对于修复初期的土壤，其理化性质得到了恢复，但是土壤中生物的多样性需要长期治理。对于生物多样性的恢复要遵循土壤发育的自然规律，生物组成由低等向高等、由单一向丰富逐步演替。对于人工植被的种植，可以采用适应性强、生长速度快的植物，随着环境逐步改善，科学性地逐渐增加植物种类，调节植被生物结构。

4.3 对水环境的治理

矿区的水环境在经过长期的“粗犷式”的矿井水排放以后，水质具有呈偏酸或偏碱性、可溶性物质增多、悬浮颗粒物含量增加等特征。对于水环境的治理应从多方面入手，先治理水质再增加水环境中生物的多样性。

4.3.1 对水质的修复

对于水质，可以通过中和的方法进行修复，所谓的中和法通常来说就是将石灰石投入酸性的水体中使其产生化学反应，最后生成含有碳酸盐类、氢氧化铁悬浮物的水［5］。基本要求是只作用于水质的酸碱性，不会对水中的组成成分造成较大影响；对于水中的矿物元素，可以通过添加有益元素、种植或添加对有害元素有吸附或吸收作用的植物或微生物；对于水中的粉煤灰等颗粒物可以通过沉降、混凝等方法改善，若以上措施对水体的改变有限则应当考虑成本相对较高的膜处理法。

4.3.2 水环境生物多样性恢复

采矿活动造成所在地区的水环境恶化，直接影响水中生物的生存，使水中生物的数量减少，水环境的生物丰富度降低。在对水环境生物部分的修复过程中，可以结合当地水环境中生物组成结构，逐步由简单向丰富进行。

5 结语

矿山的开采活动对矿区生态环境的破坏是巨大的，对土壤、水体及大气环境均有影响。因此，矿山修复是一项复杂并艰巨的任务。在修复过程中，每一种方法的使用对环境的影响不局限于积极方面，可能也会对环境造成一定的负面影响。在修复过程中应系统性地进行，将对环境的破坏减少到最小。另外，需要注意的是，环境修复需要投入大量的资金，在如何降低环境修复成本和如何利用修复过的环境创造更大价值的方面，仍然缺乏深入的研究。