煤矸石堆放对土壤、水体和植物的环境影响——案例研究
采矿活动对矿区整体环境产生了极大影响。本文以内蒙乌海矿区和苏北大屯矿区为例，利用ICP-MS、XRF等测试方法，结合淋滤实验，重点探讨了采煤活动（煤矸石堆放）对矿区土壤、水体以及植物的环境影响。其中以乌海矿区为例主要探讨煤矸石堆放对土壤和植物的环境影响，而以地表、地下水资源丰富的大屯矿区孔庄矿为例重点讨论了煤矸石的水岩地球化学作用及其对矿井水的环境影响。主要研究成果与认识如下： （1）明确了研究区受煤矸石堆放影响下土壤及水体中微量元素的富集和污染特征。发现乌海矿区土壤中Mo、Cu、As、V和Pb元素明显富集，重金属元素Pb、Cr、Cd、Hg和Cu为土壤污染元素，地下水、地表水中主要污染元素有As、Ni、Pb、Mn。大屯矿区矿井水中Hg、Se、P、Cd、Pb和SO42-元素含量超过地表水环境质量标准I类，可能对区域水系产生影响。 （2）揭示了乌海矿区矸石山周围土壤中微量元素的时空分布特征。在时间上，近10年来矿区土壤中Co、Cu、Mo、Mn、Zn、B等元素呈富集态势；垂直方向上，Hg、Pb、Zn、Mo、Se元素含量随土壤深度（0-15cm）的增加而减少，而As、Cu、Ni、Cr等元素含量随土壤深度增加而增加；平面上，土壤中所研究的12种元素含量与距矸石山远近关系呈现先减小（距离矸石山1-2m）后增大（2-10m），然后趋向平稳的趋势。 （3）确定了矸石山对土壤的环境地球化学影响的路径以及影响范围。研究发现矸石山的淋滤作用影响土壤中元素含量的范围约为矸石山周围10m范围内，且在2m范围内影响作用最大；矸石山中元素挥发作用对矸石山周围土壤影响范围可达3-5km。 （4）探讨了煤矸石的水岩地球化学作用。煤矸石的7天浸泡实验表明As、Cr、Cd、Pb元素含量在水中含量增加幅度较大，但 Hg元素易被矿物吸附，在第7天浓度下降，并基本上降至初始浓度；环境敏感性元素如As、Cd、Pb、Hg的释放规律与S元素的释放规律相似，呈现先增加，后减少，再增加趋势。 （5）探讨了乌海矿区四合木的元素地球化学特征，揭示了煤炭（母岩）—土壤—植物（四合木）三者之间元素地球化学联系。研究发现乌海特有树种-四合木种群的局限分布与地下的煤炭资源的分布具有一致性的巧合；四合木中Mo等元素含量明显偏高（与植物体平均值比较），而Mo等元素在土壤、煤矸石、煤层中也均有较高的富集因子，元素相关性显示四合木的成株、幼苗与选煤厂矸石相关性不大，而与煤层顶底板有较大的正相关性，且成株较之幼苗相关性更大，四合木（特别是成株）较长的根系以及煤层较浅的埋深可能促进了他们之间的元素地球化学联系；实测数据展现近十年（2003-2012）来四合木自然保护区土壤中Fe、Cu、Mn、Co、Zn、Mo含量有增加的趋势，四合木体内Fe、Cu、Mn、Zn等元素含量也有增加趋势，这显然与近年来此处煤炭开采强度增大有关。 研究成果展现了采矿活动对煤矿区土壤、水体和植物有明显的环境影响、煤炭（母岩）—土壤—植物（四合木）三者之间有显著的元素地球化学联系。研究结果对煤矿区的环境污染控制提供了科学依据。
煤矸石堆放;矿区土壤;水岩地球化学;矿井水环境;环境影响
中国矿业大学
硕士
矿产普查与勘探
王文峰
2015
中文
TD854.7;X820.3
86
2016-01-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）