煤矿区土壤环境质量评价
水文地质工程地质２００８年第４期
煤矿区土壤环境质量评价
王润福，曹金亮
（山西省地质环境监测中心，太原０３００２４）
摘要：文章选取山西大同矿区和长治矿区。从煤矸石堆放区土壤污染及开采沉陷区土壤养分变化两方面进行了煤矿区土壤环境质量评价，认为煤矸石中污染土壤的主要污染因子有ｓ暖一、ｃｕ、ｚｎ等，其中ｓ磋一污染范围较大，ｃｕ、ｚｎ受环境背景条件影响较大，其它污染因子如Ｎ０ｉ、Ａｓ、Ｐｂ、ｃｄ等均对土壤有不同程度的污染。而开采沉陷对沉陷区土壤中的Ｐ、Ｋ、Ｎ和有机质等养分含量有一定的影响，但影响程度不是很明显。关键词：煤炭开采；煤矸石；土壤污染；土壤养分中图分类号：ｘ１４４
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌＯｏｏ．３６６５（２００８）０４．０１２０．０４
煤炭开采对农业生态环境的影响主要表现在两个方面：一是煤炭开采产生的大量煤矸石对其堆放区土壤的污染；二是煤炭开采造成开采沉陷区土壤养分的破坏。研究煤炭开采对农业生态环境的主要影响因子、影响范围和程度，对于矿区污染土壤治理意义重
大。
因子选取ｃ，＋、Ｈｇ、Ａｓ、ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ等。
单因子质量指数模型为：Ｐｆ－Ｃ，，Ｓ；
式中：只——土壤中污染物ｉ的污染指数；
Ｃ；——土壤中污染物ｉ的实测浓度；Ｓ，——土壤中污染物ｉ的评价标准。
ＰＩ＜１，表示未污染；Ｐ．＞ｌ，表示已污染。
本文以山西大同矿区、长治矿区为例，通过对煤矸石堆放场、开采沉陷区土壤样品的分析，初步分析煤炭开采对农业生态环境的影响。
据表１分析结果，对照《土壤环境质量标准》（ＧＢｌ５６１８—９５）１４１，通过计算得出以下结论：
常村矿矸石堆放区除埋深２．５ｍ土壤样品中Ｈｇ的Ｐｆ＝１．３８＞ｌ外，其它土壤样品的Ｐｊ均小于ｌ，说明常村矿矸石堆放区Ｃ，＋、Ａｓ、ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ、Ｃｄ等因子没有
ｌ煤矸石堆放区土壤污染分析
１．１土壤样品采集及测试分析
本次研究分别于长治矿区王庄矿、常村矿及大同矿区同家梁矿共采集煤矸石堆放区土壤样品８５组（其中土壤背景值９组），土壤样品采样点的布置原则是以能够了解煤矸石堆周围不同距离、不同深度土壤中（利用探井开挖采取土样）有关污染因子的含量，同时在远离煤矸石堆的区域采集土壤背景值样品。平面布置上，样品间距由小变大，在深度上分别为埋深１．Ｏ，２．５，
超过国家土壤环境质量标准值。
王庄矿、同家梁矿距矸石堆不同距离、不同深度的土壤样品的评价因子的污染指数Ｐｆ均小于ｌ，说明这两个矿区矸石堆放区ｃ，＋、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ、ｃｄ等因子没有超过国家土壤环境质量标准值。
（２）以区域土壤背景值为标准进行土壤污染效应分析
由予背景值不仅包括区域内该物质的平均含量，也包括其含量的变化幅度，故多以下式表示：
５．ｏｍ。测试项目主要为ｓ雠一、ｃ，＋、Ｎｏｆ、Ａｓ、Ｈｇ、ｃｕ、
Ｐｂ、ｚｎ、Ｃｄ、ｐＨ等ｌＯ项¨以Ｊ，结果见表ｌ。１．２煤矸石堆放区土壤污染效应分析
（１）根据国家标准进行土壤污染效应分析按Ⅱ类土壤环境质量，执行二级标准（ｐＨ＝６．５—７．５），并采用单因子质量指数模型进行评价”１。评价
茗：孟±ｓ：ｓ＝
式中：膏——区域土壤中某元素的背景值；
露——土壤中某元素的所有统计样品的实测值
的算术平均值；
收稿日期：２００８．０３．１ｌ；修订日期：２００８．¨２８
作者简介：王润福（１９６３．）。男，教授级高级工程师。主要从事环
境地质、农业地质研究。
土；——土壤中该元素在ｆ样品的实测值；ｓ——标准差；ｎ——统计样品数。
Ｅ．ｍａｉｌ：伽ｊｉＩｌｌｉａｌｌｇ＠１２６．咖
２００８年第４期水文地质工程地质
表１煤矸石堆放区土壤分析结果
Ｔａｂｋｌ
・１２ｌ・
Ｒ唧№０ｆｓ硼ａｎｍｙｓｉｓ．ｎｄｅｐｏ嫡ｔ萄ｔｅ
０ｆ
ｃ０础比＾Ｉｓ瞄
土样
采集位置ｓ暖一
ｃ，＋
质量份数∥（Ｂ）（×ＩＯ“）
Ｎ町
Ａｓ
Ｈｇ
ｃｕＰｂｚＩｌｃｄ
大同矿地表土壤２００６～１２３
．埋深１．Ｏｍ
９２７．１０ｌ３６５．２３３
＜Ｏ－０５＜Ｏ．０５＜０．０５＜Ｏ．０５
２７・４～２２・２２９．８—２２．４
３３．２４．１
２４．９
Ｏ・０１２～Ｏ・００ｌＯ．０１—０．０００．０２ｌ。Ｏ．０１４Ｏ．Ｏｉ８．Ｏ．００２
Ｏ・０１４２～０・０００ｌ１８・Ｏ～１２・５１８．Ｏ—１３．５２０．Ｏ．１６．５
１８．Ｏ
２２・７～１７・Ｏ２２．７一１７．Ｏ２５．０一１８．５２２．７。１８．５
６６・２—４２・５６１．２—４４．４６０．６。４７．５６６．２—５２．５
Ｏ・１００－Ｏ・０７４０．１０８一Ｏ．０７４１．０２一Ｏ．０９ｌ
Ｏ．ｉ００
Ｏ．００２２一Ｏ．Ｏｏｏｌ
区网豕埋深２．５ｍ粱矿埋深５．ｏＩＩＩ
０．ｏｏｌ～Ｏ．０００ｌ０．００１５．０．０００３
４３２．Ｉ明
本次以区域土壤背景值为标准进行的土壤污染效应评估仍采用前述单因子质量指数模型进行，评价因
首先根据土壤实测背景值分别求取长治、大同矿区区域土壤环境背值（表２）。
子选取ｓｏ：一、Ｎ昕、ｃ，＋、Ｈｇ、Ａｓ、ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ、ｃｄ等‘５｜。
表２长治矿区、大同矿区区域土壤环境背景值
ＴａＭｅ
２黜辄№ｏｆｒｅｇｉｏ衄Ｉ∞ｎｅｎｖｉｒｏｎｍ蚰ｔｂ∽ｋｇｒｏｕＩ－ｄ
Ｖｍ峭ｉＩｌｔｌ－ｅ
Ｃｈａｎ擎ｍａＩｌｄＤａｔ∞ｇｍｉ畸哩ｄｉｓｔｒｉｃｔ
质量份数妒（Ｂ）（×１０“）
ｓｏｊ‘
长治平均值矿区背景值大同
平均值
１７４
ｃ，＋
＜Ｏ．０５
ＮＯｆ
４２．６２１．２—６４．Ｏ
２５．５８
ＡｓＯ．０５６０．０４８一Ｏ．０６３
Ｏ．０１ｌＯ．００３一Ｏ．０１９
Ｏ．００３
Ｈ暑Ｏ．００５６６一ｏ．００７６
３
ｃｕ２３．８２２．５～２５．１
１６．６２１６．３３一１６．９ｌ
Ｐｂ２２．０１７．６—２６．４
１７．６２
ｚｎ６６．６
ｃｄＯ．１２９
７．４７．４７．６７．４—７．８
１１８．２—２２９．２＜Ｏ．０５
１２４．９
＜ｏ．０５
５９．７—７３．５Ｏ．１１５一Ｏ．１４３
５０．８２
Ｏ．０８７
Ｏ．００２
矿区背景值
６２．９７一Ｉ硒．８３＜Ｏ．晒２２．０３—２９．１３０．００２３一Ｏ．００６９１６．１ｌ—１９．１３４７．９ｌ～５３．７３Ｏ．∞８一Ｏ．１３６
将表２中的区域土壤环境背景值与表ｌ实测结果对比，并采用污染指数法进行评价，可以看出：受煤矸石影响较明显的污染因子主要有ｓ０２一、ｃｕ、ｚｎ等，其中Ｓ征一污染范围较大，在距矸石山ｌ０００ｍ范围、埋深５．０ｍ以上土壤中的ｓ０２一含量大多超过区域土壤环境
区，距矸石堆５．ｏｍ以远的地方，ｓ暖一含量大幅度减
少。同时，从总的趋势看，地表以下不同埋深处土壤中ｓ０２一含量要大于地表土壤样品中的含量，尤以埋深１．０ｍ处Ｓ０２一含量较大。
在长治矿区，距煤矸石堆放地不同距离的地表土壤中Ｃｕ的含量变化不明显，随距离变化曲线比较平缓；埋深１．０ｍ处土壤中Ｃｕ的含量略低于地表土壤，但随着埋深的增大，土壤中Ｃｕ的含量有增加的趋势，其值大于地表土壤中的含量。而在大同矿区，Ｃｕ的含量则表现为随距煤矸石堆的距离的增大而逐渐减小，不同埋深上的变化表现不明显。
Ｚｎ在煤矸石堆放区土壤中的含量，总体表现为由煤矸石堆放地向远离矸石堆方向逐渐减少，在深度上，其变化规律不明显。
其它污染因子如ＮＯｆ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｃｄ等均有不同程度污染，其污染范围一般在距煤矸石Ｏ一３０ｍ范围№１。１．３土壤污染特征与煤矸石主要因子相关性分析
长治矿区及大同矿区共采集煤矸石样１２组，分别
背景值，而且大同矿区的ｓ研一污染要比长治矿区严
重。Ｃｕ在距矸石山０—２００ｍ范围，地表及不同埋深处土壤样品中的含量大部分超过区域土壤环境背景值，且随着埋深的增大，Ｃｕ的含量增加；相对于长治矿区，大同矿区Ｃｕ的污染范围较小，仅限于距矸石山０—３０ｍ的范围。在常村矿煤矸石堆放区，在距矸石山Ｏ。２００ｍ范围，地表及不同埋深处的土壤样品中ｚｎ的含量大部分超过区域土壤环境背景值，且随着埋深的增大，ｚｎ的含量增加；相对于长治矿区，大同矿区ｚｎ的污染范围较小，仅限于距矸石山０一１５ｍ的范围。
（３）主要污染因子相对煤矸石堆放地的空间特征由煤矸石堆放地向远离煤矸石方向地表土壤中Ｓ辑’含量逐渐减少，尤其大同同家梁矿煤矸石堆放
・
１２２・
水文地质工程地质２００８年第４期
进行了原状测试及２４ｈ、７２ｈ的淋滤水测试，原状测试项目主要有Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｄ、ｓｅ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｉ、ｓ、Ｆｅ２０３等，测
ＴａＭｅ３
Ｃｏｎｔｅｎ缸ｏｆ
试结果表明，固体煤矸石中Ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｉ、ｓ等元素均有检出（表３）。
表３长治矿区、大同矿区煤矸石主要元素测试结果表ＩＩ叫ｏｒｅｌｅｍｅ琳ｉｎｄｅｐ惦ｉｔ
ｓｉｔｅｓｏｆ
ｃｏ劬化ｆｕ躺ｏｆ¨艟Ｃｈａｎｇ撕ａｌＩｄＤａｔｏ哩ＩＩｌｉｎｉ呜ｄｉｓｔｒｉｄ
由表３可以看出，两个矿区煤矸石中ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ三种元素的含量较大，而其它元素的含量则相对较小。通过煤矸石２４ｈ、７２ｈ淋滤水测试，上述元素有如下变化规律：
（１）淋滤液中煤矸石原有重金属等元素含量明显减少，说明这些元素随水介质发生迁移的活动性较差；
（２）在大致相同的淋滤时间内，不论煤矸石中某元素含量差别有多大，析出元素的量基本是一定的。如
长治矿区煤矸石中“的质量份数为４．Ｏ×１０～～２４．２
×１０～，淋滤２４ｈ后，淋滤液中Ｃｕ的质量浓度均为＜０．１，基本无变化；
（３）大多数元素浸出的量基本保持恒定，即ｌｄ浸出的结果与数天甚至数十天浸出的结果差别不明显。如长治矿区除ＮＯ＿、Ｐ淋滤３ｄ与淋滤ｌｄ的结果稍有不同，其它元素的淋滤结果均没有差别。
煤矸石主要元素测试分析及淋滤试验结果表明：煤矸石中Ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ的含量较大，且这些元素随水介质发生迁移的活动性较差，这些规律与煤矸石堆放区土壤污染的主要因子及空间分布特征是一致的＂１。
２矿山开采沉陷破坏土壤养分效应分析
矿山开采沉陷诱发的上覆岩层裂缝常可由采空区发展至地表，形成地表裂缝，其间有可能发生土壤水分及养分的流失，从而使土壤中的养分降低。２．１采样点布置及样品测试结果
分别选取长治矿区王庄煤矿顾车采掘工作面和积石采掘工作面（地表表现为明显的地面塌陷区），由采掘工作面中心至边缘以远约５００ｍ，依次按一定距离间隔采取土壤样品，共采集土壤样品１６组。测试了各组样品的Ｐ、Ｋ、Ｎ、ｐＨ值和有机质，各组样品分析结果见表４（从ｌ到８，表示距离采掘工作面中心渐远）。２．２开采沉陷区土壤养分变化分析
由表４可以看出，顾车开采沉陷区土壤中Ｎ含量
变化不大，说明其受开采沉陷影响较小；Ｐ、Ｋ、有机质含量则表现为：采掘工作面附近土壤中的含量要小于远离采掘工作面土壤中的含量，尤其Ｋ的变化比较明显。同时，采区边缘附近土壤中Ｐ、Ｋ、有机质的含量明显偏低，这与长治盆地区开采沉陷常表现为较大面积地面塌陷、地面塌陷边缘往往形成较宽大拉张裂缝的沉陷特征相符合。正是该区域地裂缝较发育，更容易形成土壤中养分的流失，导致土壤养分组分降低。而积石开采沉陷区土壤中养分则变化不明显，沉陷区与非沉陷区土壤中养分含量基本一致。
表４土壤养分测试分析结果
Ｔａｂｋ４
Ａｎ耐ｙｓ鹤０ｆ绷和ｎｕｔ一廿蛐
总的来看，煤炭开采沉陷对沉陷区土壤中的Ｐ、Ｋ、Ｎ和有机质等养分含量有一定的影响，但影响程度不是很大，分析可能与采样区的第四系松散层沉积厚度较大（顾车第四系厚９３ｍ左右，积石村第四系厚８０ｍ
（下转第１２５页）
２００８年第４期水文地质工程地质
・
１２５・
滇西北地区矿山环境的恢复治理应以矿山环境变化的动态数据为依据，对矿山环境各种地质环境要素进行及时监测，可及时分析预测矿山环境变化趋势，采取有效措施防止矿山地质环境破坏、矿区生态环境恶化。监测内容包括：矿山开采规模、方式、强度、进度，采取的工艺、技术，采掘空间分布与几何形状，采挖矿石、岩土体的规模、处置方式、位置，地应力，地下水水位、水量、水温、水质动态，水文、地表水水质等。要建立空中、地表和地下多种技术手段联合实施的立体监测体系。监测数据要及时输入数据库，建立预警预报系统，针对监测结果制定有效的矿山环境保护方案。
５
的矿产资源潜力、复杂的地质背景、脆弱的生态环境、多变的气候条件，使该地区的矿产资源开发与地质环境保护的矛盾十分尖锐。由采矿引起的地质灾害严重，地质环境问题突出，主要有地质体稳定性下降，弃渣、废石占用耕地、形成泥石流源，污染环境，引发地质灾害，影响地下水循环条件等。在该地区开采矿产资源过程中，保护好矿山地质环境是重要的工作环节。有针对性的制定科学的治理方案，建立矿山环境监测体系，实施保证金制度等，是保障滇西北地区矿产资源可持续开发、实现可持续发展的重要措施。参考文献：
［１】
云南省地质环境监测总站．云南省矿山地质环境调查与评估报告［Ｒ］．２００３．
结论
随着矿产资源开发重点向西部的转移，滇西北地
［２］
王雪峰．陈理新．矿山环境治理应重视经济手段［Ｊ］．资源与矿产，２００６，８（６）：２８—３０．
区的矿产资源勘查开发引起了社会的高度关注。巨大
责任编辑：汪美华
（上接第１２７页）
左右）、沉陷区第四系地层中开采地裂缝不很发育等因素有关，使土壤中的养分不易流失。
３
ｒＬ
［Ｊ］．煤田地质与勘探，２００４，３２（５）：１５一１７．
２
１Ｊ
惠润堂．煤矸石的环境影响及发生条件［Ｊ］．煤矿环境保护，２００１，１５（１）：５６—５８．
结论
煤炭开采对农业生态环境的影响以煤矸石堆放区
ｒＬ
３
１Ｊ
周爱国，蔡鹤生．地质环境质量评价理论与应用［Ｍ］．武汉：中国地质大学出版社，１９９８．
ｒＬ
４
１Ｊ
国家环境保护局．ＧＢｌ５６１８—１９９５中华人民共和国国家标准，土壤环境质量标准［Ｓ】．北京：国家环境保护局，１９９５．
土壤污染、开采沉陷区土壤养分不同程度流失为主。煤矸石堆放区土壤污染主要表现为主要污染因子含量
大于区域土壤背景值，主要的污染因子有ｓ暖一、ｃｕ、ｚｎ
等。煤炭开采沉陷对沉陷区土壤中的Ｐ、Ｋ、Ｎ和有机质等养分含量有一定的影响，但影响程度不是很大。参考文献：
［１】李东艳，方元元。任玉芬，等．煤矸石堆周围土壤重
ｒＬ
．５
１Ｊ
邵时雄。侯春堂．中国农业地学研究新进展［Ｍ］．石家庄：河北外事印务，１９９９．
ｒＬ６
１Ｊ
曹金亮．煤矸石对土壤污染的空间特征分析［Ｊ］．中国西部科技，２００５（５）：５３—５４．
ｒＬ
７
１Ｊ
山西省地质环境监测中心．山西省矿山地质环境调查与评估报告［Ｒ］．２００３．
金属污染特征分析——以焦作市中马村矿为例
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Ｋｅｙｗｏｒ凼：ｃｏａｌＩＩｌｉｎｉｎｇ；ｃｏａｌ责任编辑：汪美华
煤矿区土壤环境质量评价
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王润福， 曹金亮
山西省地质环境监测中心,太原,030024水文地质工程地质
HYDROGEOLOGY AND ENGINEERING GEOLOGY2008,35(4)
参考文献(7条)
1. 山西省地质环境监测中心 山西省矿山地质环境调查与评估报告 2003
2. 曹金亮 煤矸石对土壤污染的空间特征分析[期刊论文]-中国西部科技 2005(05)3. 邵时雄;侯春堂 中国农业地学研究新进展 1999
4. 国家环境保护总局 GB 15618-1995.土壤环境质量标准 19955. 周爱国;蔡鹤生 地质环境质量评价理论与应用 1998
6. 惠润堂 煤矸石的环境影响及发生条件[期刊论文]-煤矿环境保护 2001(01)
7. 李东艳;方元元;任玉芬 煤矸石堆周围土壤重金属污染特征分析--以焦作市中马村矿为例[期刊论文]-煤田地质与勘探 2004(05)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_swdzgcdz200804028.aspx