矿山开采对生态环境的影响及矿区生态修复

矿山开采对生态环境的影响及矿区生态修复

矿山开采所造成的环境污染和生态破坏是整个生态系统退化的重要因素:占用和破坏土地、污染水资源、造成生物多样性损害等。从政策和技术层面分别探讨矿区生态修复问题,旨在恢复矿区的生态平衡。

标签：矿山开采;生态环境;生态修复

中国有95%以上的一次能源、80%以上的工业原料和70%以上的农业生产资料来自于矿产资源[1]。矿产资源的开发利用,有力地支撑了我国经济社会的快速发展。但我国矿业在推动经济发展的同时,也给生态环境带来了严重的问题。

一、矿山开采对生态环境的影响

(一)占用和破坏土地

矿产资源开发利用必然占用和破坏土地,包括采矿场破坏土地、废渣堆放破坏土地、地面塌陷破坏土地、矿区修路及建设厂房占用破坏土地等,矿山对土地的破坏存在于矿产资源开发的各个环节。

在采矿前,主要是对矿区土地进行勘察和三通一平工作,这个阶段主要造成地貌被破坏,规模相对较小。

在采矿中,露天开采时,要剥离矿层上的覆盖层,挖损大量土地,地表植被将完全被破坏,这个过程对土地资源的破坏是毁灭性的。我国大部分露天矿目前均采用外排土场方式开采。露天开采外排土压占的土地约是挖掘土地量的 1.5～2.5倍,平均为2倍。露天矿正常生产后,每采1万t煤排土场压占土地0.04hm2～0.33hm2,平均为0.16hm2。目前,露天矿排土场压占土地达16 300hm2,造成了对土地资源的大量压占。我国94%是井下开采,井下开采对土地造成的破坏主要是地表塌陷,在矿产资源被大量开采出以后,岩体原有的平衡状况将会受到破坏,资料表明,对于井工开采,每采1万t煤炭就有0.01hm2～0.29hm2的土地塌陷;平均为0.2hm2的土地塌陷,截止到目前,受煤炭开采下沉影响(以下沉大于10mm为标准)的土地面积达40万hm2左右。其中,因积水造成减产或绝产的,我国中东部矿区面积为13万hm2,而西北、东北、华北北部和西南地区受塌陷影响区的面积约为27万hm2[2]。

在采矿闭坑后,矸石堆的稳定性及渗浸对土地也会造成相当严重的污染。据统计,目前已形成堆积的3Gt矸石,占地面积约26 000hm2;预计到2010年排矸量将每年增加0.2Gt,年新增占地约667hm2,显然将进一步加剧国家可耕地资源短缺的局面。例如,平顶山矿区40年来,排放矸石累积存量39Mt,形成31座矸石山,占地98hm2,其中77.5%为可耕地,按当地平均种植水平,每年少产粮食626 000kg,相当于1 500多人的年粮食占有量[3]。

(二)造成水资源污染

矿山开采造成水资源污染包括地表水资源污染和地下水资源污染。地表水资源污染主要是指选矿水和选矿废水排入地表水体所造成的污染。在采矿生产过程中,露天开采或地下开采疏干排水和废石淋溶水都含有较高的悬浮物及重金属等,排入水体后往往造成地表水体的有机污染和重金属污染,并且增加水体的混浊度,影响水体纳污能力。另外,矸石及露天堆煤场遇到雨天时所排放的大量废水也很容易使矿区周围的河流、湖泊变成黑色死水。

相对地表水资源污染,地下水资源污染更具有隐蔽性,且影响深远,难以恢复。矿产资源开采强度和延伸速度的不断加大提高,使得矿区地下水位大面积下降,导致缺水地区供水更加紧张,影响当地居民的正常生产生活。如甘肃省石羊河下游的民勤县,因连年超采,地下水位每年以0.5m～0.8m的速度不断下降,地下咸淡水层串通,水中矿化度不断升高,有的甚至高达每升3克,既不能饮用,也不适宜灌溉,造成地表生态系统严重破坏,使73万亩天然林、28万亩人工育林枯死,2 528.5km2土地盐渍化。民勤县盆地绿洲北部地带的沙漠每年以10m的速度入侵,废弃耕地达40万亩。由于生态恶化每年给民勤县造成的经济损失达1.5亿元[4]。

(三)造成生物多样性损失

废渣排放、植被清除、土壤污染与退化都严重影响着矿区动植物的生存,对生物多样性造成的破坏往往是不可逆的。生物多样性丧失后,虽然一些耐性物种能在矿地实现植物的自然定居,但形成的植被质量也通常是相对低劣的,因为矿山废弃土地土层薄、生物活性差,受损的生态系统恢复又非常缓慢,往往要50～100年,所以,矿山开采对生物多样性的破坏往往是致命的。

二、矿区生态修复

矿区生态修复实际上就是国外的矿区复垦。英国矿业与环境委员会将复垦定义为将废弃的场地改做某种用途。澳大利亚将复垦定义为消除采矿对环境影响的过程。美国将复垦定义为恢复采煤影响的土地做林地、草地、农地、娱乐场所野生动物栖息地或其他高于或相当于采前生产力水平的用途,采取回填、平整、土壤重构、植被恢复及其他工作。

矿区生态修复是指对采矿引起退化的矿区生态系统,通过重整地形和表土,采取植被和其他适宜的土地利用方式,恢复其生态平衡的过程[5]。

(一)政策层面:新老矿区区别对待,明确生态修复责任

矿区生态修复涉及两部分内容:一是废弃矿山和老矿区造成的生态破坏问题;二是正在进行的矿山开采所造成的生态破坏问题。解决这两类问题可以借鉴美国关于矿山修复的模式,美国在颁布露天采矿与复垦法后,逐将矿区复垦分为法律颁布前与颁布后,对颁布前已废弃的矿区,由国家通过建立复垦基金的方式组织恢复治理,而对于颁布后的矿区环境污染和生态破坏,则根据“谁破坏,谁治理”的原则,

由矿主负责解决,不仅要负责资源开发活动中的生态治理,而且开发结束后也要按规定进行生态修复。因此,我国在治理矿山生态破坏问题时,可将其分为历史旧账和新增破坏两类。对于历史旧账,由国家通过建立废弃矿山生态环境修复治理基金的方法进行治理,基金来源可以是财政拨款以及向正在生产的矿山征收的“废弃矿山生态环境补偿费”。

矿产资源开采的新增问题由企业承担全部责任。企业对破坏的生态有两种補救形式:现金补偿和修复治理。现金补偿是指矿山企业对矿产资源开采所造成的直接损害,包括地上附着物损害、耕地占用等容易明确受害人的损害,直接给予现金补偿;修复治理是指开采企业对矿山开采所造成的生态破坏承担的一种环境责任。这种责任的承担可以通过征收生态环境修复保证金来实现。

(二)技术层面:清洁生产,修复与开采同步

1.减少及整治土地塌陷

对于厚煤层可利用水砂充填管理采空区顶板,有效减轻地表沉陷。对薄及中厚的煤层群,应采用离层带高压注入泥浆技术,减缓和减少地表沉陷。对于劣质煤层或结构复杂的煤层,可采用柱式或房柱式采煤法及条带式采煤法回采,以减少采后的地表塌陷量,减轻对地表环境的影响。

对于已塌陷的土地,在复垦技术上应使用综合整治的方式。如浅层采煤塌陷区的挖塘造地复垦,多层采煤塌陷区水产养殖复垦,煤矸石充填区造地基建复垦,深浅交错尚未稳定的塌陷区鱼鸭混养复垦以及粉煤灰充填区的覆土造林复垦等。

2.利用和治理煤矸石

据统计,所有的洗矸、煤泥和部分的采掘出的煤矸石,都具有一定的发热量(300～3 500千卡/千克),可以用于循环硫化床锅炉燃烧发电,真正毫无热值的白矸只有15%左右。煤矸石、洗矸、煤泥中的不可燃物质部分,经过循环硫化床低温燃烧后,同时具脱炭和活化作用,其灰渣是很好的建材原料,部分可以直接掺入水泥中,部分可用于制砖,其经济效益和环境效益十分可观。

對矸石山进行生态恢复可采用植树方式。植物生长和植被覆盖率的提高可以减轻大气和粉尘污染,改善附近的水土和小气候,提高土壤的肥力,也可以逐步恢复生物的多样性。但植树要注重树种的选择,尽量选择生长快、适应性强、抗逆性好的品种。在方式上可采用全换土容器栽植、半换土鱼鳞式栽培及直接种树等。

3.提高污水处理技术

首先可以通过减少污水排放量来减少污染。通过设立专门的排水系统,集中排放酸性水,并在地表拦蓄,使之蒸发、浓缩,而后进行处理,免除污染。其次可以采用新型水泵对采区分级脱水后的煤泥水进一步净化处理,循环用于采掘。对于地面无洗煤厂的小型煤矿,所产生的煤泥水都在井下中央硐室处理,做到煤泥水不上