高 彪

(山西省忻州生态环境监测中心，山西 忻州 034000)

引 言

煤矿采掘活动的增大，对周围环境影响问题越来越突出，现已引起了各界的广泛关注。土壤作为农作物、植被等赖以生存的基础，其成分组成情况不仅会影响植物的生长情况，若存在有害成分，还会渗入地下污染地下水，动物或人类饮用了污染地下水之后将会危及身体健康甚至危及生命，必须引起高度重视。煤矸石作为煤炭采区作业时必不可少的产物，其堆放问题较为突出，也必然会对周围土壤环境造成影响。煤矸石对于土壤的影响主要表现在元素含量的变化情况，决定着土壤能否继续进行种植或者采取何种处理措施能够恢复原来土质，再次进行农作物或者绿色植被的种植。针对某煤炭企业实际情况，分析煤矸石堆放对其周围土壤的影响规律，确定产生影响的途径，对于指导煤炭企业开展绿色生产工作具有重要意义。

1 煤炭采掘对周围土壤的影响原因

煤炭掘进工作中煤矸石对周围土壤的影响包括以下两个方面：第一是煤矸石自燃或煤炭燃烧会产生挥发性的元素，之后随着大气沉降与土壤胶体结合，使其在土壤中进行富集，随着煤炭掘进量的提高，煤炭燃烧总量加大，煤层自燃的情况不断增多，使元素在土壤中的富集更加明显；第二是洗煤厂排除的废水富含较多的煤中无机元素或与之相关的微量元素，废水的直接排放会造成土壤的污染；第三是煤矸石堆放时会遇到雨雪天气，雨水的冲洗淋滤也会将部分煤中微量元素带入土壤中，造成土壤的污染。以上三点是煤炭采掘对周围土壤产生影响的主要原因。

2 矿区土壤元素来源

矿区土壤元素涉及的种类较多，各自的化学性质不尽相同，如何进入土壤具有一定的差异，结合矿区煤炭掘进对周围土壤的影响原因及煤岩实际元素分布，可以确定土壤中的铁元素和锰元素为无机矿物质，多来源于洗煤厂废水的排放；水溶性的铜元素和锌元素，主要来源是包括洗煤厂的废水排放和自然雨水淋滤煤矸石之后渗入土壤；钴元素和钼元素主要存在于黄铁矿，多数处于黄铁矿晶格中或以类质同象形式替换矿物中的元素，矿区周围上述两种元素富集的来源主要是黄铁矿的氧化释放。

3 矸石对土壤元素的影响分析

3.1 矸石周围土壤元素含量随深度变化

矸石周围土壤元素含量随着距离地表的距离变化必然存在一定的差异，为了确定距离与含量的变化规律，进行了一系列的试验。试验样本选择于煤矿矸石堆放附近同一位置，分别取深度在0 cm～5 cm、5 cm～10 cm、10 cm～15 cm土壤样品，分析了各个元素的含量变化情况，统计结果如第235页图1所示。由图1统计结果可以看出，土壤中的汞元素、铅元素、锌元素、钼元素和硒元素的含量随着距离地面以下深度的增加而不断降低，相反的砷元素、铜元素、镍元素和铬元素等的含量随着距离地面以下深度的增加而不断增加，镉元素、锌元素、银元素等在矸石富集的含量较低，相反的铅元素和铀元素的含量较高。

图1 矸石周围土壤元素含量随深度变化

3.2 矸石距离与土壤中微量元素变化

土壤中的微量元素随着距离矸石距离的变化必然存在差距，为了探索矸石距离与土壤中微量元素变化，进行了一系列的试验。试验样本选择在矸石附近10 cm～15 cm的深度位置，相距矸石的距离分别为1 m、2 m、5 m、10 m、20 m的位置，分析统计了对应采样样品的微量元素含量，统计结果如图2所示。由图2可以看出，重金属元素的含量随着距离矸石距离的增大或者减小变化规律较为明显，其中在距离矸石1 m～2 m位置的土壤中，几乎全部元素均是随着距离的不断增大而降低的，距离在2 m的位置各个元素的含量均是最低，之后呈现出了不断增大的势头；在距离矸石5 m～10 m的范围内与距离1 m位置处了重金属含量相近，而在距离矸石10 m～20 m时，土壤中的元素变化出现了两种趋势，其中铬元素、铜元素、锌元素、砷元素、钡元素和镉元素等随着离矸石距离的增大呈现出增加的趋势，除此之外的其他元素，随着离矸石距离的增大呈现出了降低的趋势。

图2 矸石距离与土壤中微量元素变化关系

矸石距离与土壤中微量元素变化关系,如图2所示，出现矸石周围较近距离内重金属元素含量富集的主要原因是矸石的淋滤，还有就是煤层中细微黄铁矿的氧化。黄铁矿氧化导致有害元素迁移的趋势在高温情况下极为显着，高温加速元素挥发，之后随气流转运前移，成降至土壤里，与此同时，挥发之后的有害元素与雨水也会形成酸性流体，流入土壤内部也会增加土壤中元素的浓度。酸性流体浸入矸石周围土壤之后会中和带走土壤所含部分碱性元素，导致土壤中的金属离子等出现减少的趋势，距离矸石周围2 m的位置较为明显。矸石周围距离20 m位置的土壤中铬元素、铜元素、锌元素、钡元素、砷元素和镉元素等的含量出现了明显的增长趋势，出现上述现象主要是由于基本全部是亲硫元素，多存在于换铁矿中，随着氧化和淋滤导致了元素含量的富集和增加。

4 矸石山对土壤的环境影响途径

综合以上分析结果表明，矸石周围土壤中的重金属元素含量随着距离地面深度和距离矸石距离的变化而存在一定的变化，分析可知出现上述变化的主要途径包括两种：第一是矸石受到雨水淋滤，内部微量元素在风化、雨水冲洗和水岩地球化学作用下随着雨水的流动，下渗进入矸石周围的土壤中，改变土壤内部原有的微量元素浓度和含量；第二是矸石在经过物力风化之后，内部有机质和矿物质也会出现氧化情况，释放与其关系密切的微量元素，此过程进行时会放出一定的热量，就会使更多的挥发性元素释放至大气中，从而随大气迁移大面积污染土壤。

5 结语

煤矸石含有较多的重金属元素，浸入土壤将会引起土壤中微量元素种类和数量的变化，造成土壤的污染和环境的破坏。针对某煤炭企业实际情况，分析煤矸石堆放对其周围土壤的影响规律，结果表明，土壤中的汞元素、铅元素、锌元素、钼元素和硒元素的含量随着深度的增加而降低，砷元素、铜元素、镍元素和铬元素等随着深度的增加而增加。重金属元素的含量随着与矸石距离的变化而变化，距离矸石1 m～2 m位置内元素均是随着距离的增大而降低，之后呈现出了增大势头，距离5 m～10 m范围与距离1 m位置的重金属含量相近，距离10 m～20 m时，铬元素、铜元素、锌元素、砷元素、钡元素和镉元素等随着距离矸石位置的增大而增加，其它元素随着距离矸石位置的增大而降低。确定了矸石导致附近土壤元素含量变化的途径包括雨水淋滤和物理氧化两种。