Cải tạo, phục hồi môi trường bãi thải mỏ than trong điều kiện Việt Nam
1. Hiện trạng công tác đổ thải ở các mỏ than lộ thiên
Hiện nay, hầu hết các mỏ than lộ thiên trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam sử dụng hệ thống bãi thải ngoài với công nghệ đổ thải bãi thải cao. Khối lượng thải lớn nhất tập trung tại vùng Cẩm Phả, khoảng 60 - 70 triệu m3/ năm. Các bãi thải thường có chiều cao khoảng từ 60 - 80 m, có nơi lên tới 250m. Góc dốc sườn bãi thải tương đối lớn (30 - 40 0). Thành phần trên bãi thải thường là các loại đất đá nổ mìn với các kích cỡ khác nhau và có tính chất rời rạc. Theo kết quả phân tích thành phần của đất đá trên bãi thải cho thấy:
- Đá thải chiếm tới trên 90% tổng số vật liệu thải (có đường kính > 2 mm);
- Đất có trong bãi thải chiếm < 10% tổng số vật liệu thải.
Tại các bãi đang đổ thải, đất đá thải được phân bố theo quy luật phụ thuộc vào trọng lượng và động năng của chúng. Có thể phân sườn bãi thải thành các lớp như sau:
- Từ mặt bãi thải xuống đến độ sâu khoảng 1,5 m tập trung chủ yếu các loại đá có kích thước nhỏ (bụi lắng, cát, dăm sỏi), tỷ lệ các loại đá đường kính hạt nhỏ hơn 15 mm chiếm 40 - 50%.
- Dọc theo sườn dốc trở xuống, tỷ lệ cấp hạt nhỏ trong thành phần của sườn bãi thải giảm dần, đến khu vực giữa sườn bãi thải thì tỷ lệ cỡ hạt đất đá đường kính > 500 mm chiếm trên 60%.
- Những loại đất đá đường kính lớn tập trung ở phía dưới của sườn dốc. Khi xuống tới chân bãi thải các tảng đá to thường lăn cách chân bãi thải một khoảng cách nhất định, tạo thành sườn dốc bãi thải dạng lõm. Khu vực sát chân bãi thải thường tập trung các loại đá có đường kính trên 800 mm.
Ngược lại, với các bãi thải đã dừng đổ thải từ lâu thì có sự biến đổi quy luật phân bố cỡ hạt trên sườn bãi thải. Phía dưới và chân bãi thải, thành phần và sự phân bố của các cấp hạt ít thay đổi, nhưng ở phần trên sườn bãi thải có sự thay đổi lớn: các cấp hạt cỡ 0 - 15 mm giảm xuống, chỉ còn chiếm 30 - 40%. Các loại đá cấp hạt này thường hay bị cuốn trôi theo dòng nước chảy mạnh, một phần chui xuống lòng bãi thải phân bố vào các khoảng trống giữa các tảng đá lớn, một phần theo dòng chảy phân bố trên sườn để ổn định sườn dốc.
Tác động của bãi thải đến môi trường xảy ra trên diện rộng và theo chiều sâu:
- Tác động đến địa hình, địa mạo;
- Thay đổi độ cao: phức tạp hoá địa hình, tăng độ tương phản, tăng độ chênh cao tương đối giữa các dạng địa hình, giảm thế năng địa hình;
- Thay đổi độ dốc tự nhiên của địa hình khu vực sẵn có;
- Thay đổi cấu trúc cảnh quan tự nhiên về độ phủ xanh, địa hình tự nhiên…
- Biến đổi lưu vực, các bồn thu nước và dòng chảy: hình thành các bồn trũng mới rất sâu, làm thay đổi hướng của những dòng chảy mặt, phân tán nguồn nước mặt. Hình thành các vỉa nước ngầm mới trong các lớp đất đá ở bãi thải…
- Bị sụt lún nên hình thành những vùng trũng, nếp lõm, đứt gãy hoặc tổng hợp các dạng trên tại các bề mặt tương ứng với từng mức độ, từng dạng sụt lún;
- Tác động đến lớp thổ nhưỡng: thay đổi thành phần, đặc tính và cấu trúc thổ nhưỡng ảnh hưởng đến quá trình thành tạo đất do làm lộ đá gốc;
- Quá trình đổ thải làm thay đổi đáng kể các đặc tính vật lý, hoá học của cả hệ thống tự nhiên.
2. Những đặt điểm và khó khăn trong việc cải tạo bãi thải các mỏ than Việt Nam
2.1 Sự khác biệt cơ bản trong công tác đổ thải và cấu trúc bãi thải các mỏ than Việt Nam với các nước công nghiệp phát triển là ở Việt Nam sử dụng bãi thải cao, ở các nước công nghiệp phát triển sử dụng bãi thải phân tầng. Ưu nhược điểm của hai phương pháp thể hiện ở trong Bảng 1.
2.2 Một số đặc điểm cơ bản của các bãi thải mỏ than
- Thành phần chủ yếu của vật liệu trên các bãi thải mỏ lộ thiên là đất đá do nổ mìn gồm cát kết, bột kết, sét kết và đất phủ. Trong các thành phần trên, mức độ phong hoá của bột kết chậm hơn so với các đá khác, đá được tạo bởi sét kết bị phong hoá nhanh, dễ nứt nẻ, vỡ vụn, khi gặp nước thì chảy nhão nên dễ gây lụt lội, trượt lở. Do vậy, đất đá bãi thải có sự liên kết kém, dễ bị phong hoá nên độ bền cơ học giảm, dễ chảy nhão trượt lở, khó khăn cho việc ổn định sườn bãi thải.
- Do có đặc điểm là dạng bãi thải cao, góc dốc sườn bãi thải lớn (> 30 0), đất đá thải có cỡ hạt thay đổi từ dạng bụi, dăm sỏi đến các loại đá cục và đá tảng, đổ thải từ trên cao xuống nên đất đá hạt nhỏ thường tập trung ở phía trên, cỡ hạt lớn tập trung dưới chân tầng thải. Cỡ hạt lớn khi lăn xuống dưới chân tầng thường xa chân bãi thải nên tạo cho bề mặt sườn bãi thải dạng lõm.
- Trong quá trình khai thác, lớp đất phủ Đệ tứ thường không được thu hồi lại mà đổ lẫn cùng đất đá thải nên bề mặt bãi thải thuộc loại đất chua rất nghèo chất dinh dưỡng, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phủ xanh bề mặt bãi thải. Các chỉ tiêu hoá học đất trên một số khu vực đổ thải có thời gian tồn tại từ 1 - 5 năm và từ 5 - 10 năm được trình bày trong (Bảng 2) (1).
- Đặc điểm khí hậu: Kết quả khảo sát nhiệt độ trên bề mặt bãi thải một số mỏ (Cọc Sáu, Đèo Nai, Vàng Danh) như sau:
+ Nhiệt độ không khí cao nhất của bề mặt bãi thải: 39,8 0C.
+ Nhiệt độ không khí cao nhất ở độ cao 40cm trên bề mặt bãi thải: 39 0C.
Trong các tháng 12, 1, 2 kết quả khảo sát cho thấy nhiệt độ bề mặt bãi thỉa thấp hơn nhiệt độ khu vực, trong các tháng còn lại đều cao hơn. Điều đó chứng tỏ khả năng hấp thu nhiệt của bề mặt bãi thải cao hơn khu vực do thành phần bãi thải chủ yếu là vật liệu rắn, sẫm màu (1).
- Về độ ẩm: Độ ẩm không khí bình quân vào mùa hè là 68,5%; vào mùa đông là 62,5%; độ ẩm không khí thấp nhất là 35%. Độ ẩm không khí trên bãi thải luôn thấp hơn độ ẩm không khí khu vực do bề mặt bãi thải trống, tốc độ gió lớn (1).
2.3 Khả năng phục hồi thảm thực vật
Do bãi thải có môi trường khô cằn, nghèo dinh dưỡng nên không thuận lợi cho quá trình phát triển thực vật. Tuy vậy, nhờ điều kiện khí hậu nóng ẩm, mưa nhiệt đới nên có một số loài cây cỏ phát triển tự nhiên trên bề mặt bãi thải theo ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1: khi thời gian tồn tại của bãi thải mới có từ 1 - 5 năm - chỉ có các loại cây cỏ mọc được (cỏ le, chè vè, lau, chít.);
- Giai đoạn 2: khi thời gian tồn tại của bãi thải từ 5 - 10 năm - xuất hiện các loại cây bụi (cây dẻ ngon, thao kén, thẩu tấu, sim, mua…);
- Giai đoạn 3: khi bãi thải đã tồn tại được 20 - 30 năm - có các loại cây gõ nhỏ (đuôi lươn tía, cà suối, sơn ta…). Tuy nhiên, sự phát triển tự nhiên này không đều, phát triển mạnh hơn ở những khu vực bãi thải có điều kiện thuận lợi hơn về điều kiện khí hậu (1).
2.4 Những khó khăn trong việc cải tạo bãi thải mỏ than
2.4.1 Về địa chính: Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, nhiều bãi thải có nguồn gốc hàng chục, thậm chí hàng trăm năm nên nhiều bãi thải hiện nay đã nằm trong khu đô thị hoặc bị các khu dân cư hình thành sau này bao bọc xung quanh hoặc nằm sát ngay chân bãi thải như các bãi thải Nam Đèo Nai, Nam Lộ Phong, đồng thời các bãi thải cũng có xu hướng mở rộng, tiến dần về các khu dân cư như Cao Sơn, Khe Rè. Cũng có các bãi thải mới hình thành tại Mạo Khê – Đông Triều. Do vậy, khi cải tạo các bãi thải này, việc di dân ra khỏi các khu vực chân bãi thải là một vấn đề lớn, có nhiều khó khăn trong bố trí tái định cư, kinh phí đền bù…
2.4.2 Về kỹ thuật
- Phải hạn chế tối đa hay có thể nói là không được phép bóc, di dời khối lượng đất đá thải hiện có trên bãi thải để hạ thấp góc dốc bãi thải do diện tích đổ thải bị hạn chế. Việc tạo phân tầng chỉ được thực hiện bằng phương pháp đổ cạp thêm. Trong điều kiện không gian cho phép, có thể san gạt tại chỗ tạo phân tầng nhưng chỉ có thể áp dụng đối với các bãi thải nhỏ, xa khu dân cư hoặc các công trình khác.
- Đất đá bãi thải thường là loại bở rời, liên kết kém nên bãi thải rất dễ trượt lở trong mùa mưa. Ở Việt Nam chưa phổ biến công nghệ và kỹ thuật ổn định sườn bãi thải bằng công nghệ neo, đầm nén hoặc cọc nhồi mà chủ yếu giữa sườn bãi thải ổn định theo trạng thái nghỉ tự nhiên của vật liệu thải. Do vậy, trong điều kiện thời tiết hoặc biến động bất thường, bãi thải không giữ được ổn định, dễ bị trôi trượt. Hiện tượng trên đã xảy ra với bãi thải Khe Rè - mỏ Cọc Sáu.
2.4.3 Về tài chính: trong điều kiện tài chính còn hạn chế, việc cải tạo bãi thải mới chỉ mang tính chất “giải quyết tình thế”, đảm bảo an toàn và giảm thiểu tác động tới môi trường và phiền hà đối với cộng đồng dân cư, chưa thể tính tới làm đẹp, tạo hình cảnh quan.
3. Các giải pháp cải tạo bãi thải mỏ than tại Quảng Ninh và một số kết quả ban đầu
3.1. Kỹ thuật tạo phân tầng
Việc tạo phân tầng hiện nay chủ yếu được thực hiện theo giải pháp đổ cạp thêm đất đá thải vào các phân tầng theo thiết kế được duyệt. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình cụ thể, các phân tầng được tạo ra cùng lúc thì tốt nhất, nếu điều kiện không cho phép có thể tạo ra 2 – 3 phân tầng một lúc. Giải pháp kỹ thuật này đã được áp dụng trong cải tạo bãi thải Khe Rè (Cọc Sáu), Chính Bắc (Núi Bèo). Việc tạo 3 phân tầng cùng lúc sẽ hạn chế được hiện tượng tụt lún gây nứt bề mặt tầng (bãi thải Chính Bắc - Núi Béo) ở tầng giữa khi thi công cải tạo ở tầng trên cùng.
3.2. Kỹ thuật ổn định bãi thải
Trong điều kiện hiện tại, việc ổn định bãi thải chủ yếu gồm các việc sau:
a) Tạo hình bãi thải: Theo một số nghiên cứu cho thấy, độ ổn định của các bãi thải chỉ có thể được đảm bảo khi góc dốc sườn tầng thải ≤ 32 0C. Tuy nhiên, hầu hét các bãi thải đều đã đổ thải từ lâu nên góc dốc sườn tầng của các bãi thải thường > 32 0C. Hơn nữa, do điều kiện mặt bằng không cho phép, phải hạn chế đến mức tối đa việc san cắt tầng để giảm thiểu khối lượng vật liệu thải cần di dời đi chỗ khác, do vậy, hình thể bãi thải thường được tạo hình như sau:
- Giữ nguyên góc dốc sườn tầng thải như hiện tại (36 - 38 0C);
- Giữ nguyên góc dốc bờ bãi thải như hiện tại (26 0C);
- Chiều cao tầng thải thường dao động từ 25 - 50m.
b) Tạo mặt tầng và đê chắn mép tầng:
- Mặt tầng có chiều rộng từ 10 - 20m. Chiều rộng mặt tầng chỉ đủ để phương tiện cơ giới có thể đi lại phục vụ cho việc kiểm tra, chăm sóc cây cối, vận chuyển phương tiện, vật tư phục vụ việc tu bổ mặt tầng và các công trình khác trên bãi thải.
- Đê chắn mép tầng có kích thước đảm bảo an toàn cho người và phương tiện khi đi lại trên mặt tầng, ngăn nước mặt tầng không để chảy tràn thẳng xuống sườn tầng gây xói lở sườn tầng. Sử dụng đất đá thải tạo nên đê chắn mép tầng. Kích thước đê chắn mép tầng thông thường: Chiều rộng mặt đê: tối thiểu 7 - 10m để có thể trồng 2 - 3 hàng cây. Chiều cao thân đê: 2 - 5m.
Trong trường hợp sử dụng mặt tầng làm mương thoát nước trực tiếp, cần phải chú ý có giải pháp kè chân đê (xây tường đá hộc, kè đá hộc khan) để chống xói lở chân đê.
c) Kè chân bãi thỉa và chân tầng thải:
Tường kè được xây dựng dọc chân tầng và chân bãi thải nhằm mục đích:
- Ngăn đất đá sạt lở, trôi lấp;
- Bảo vệ chân tầng, làm mương thoát nước;
- Làm trụ đỡ hệ thống khung chống sói mòn.
Kích thước tường kè xác định căn cứ theo mục đích sử dụng, điều kiện địa chất công trình trên cơ sở đảm bảo an toàn và ổn định lâu dài.
d) Tạo hệ thống thoát nước mặt tầng và sườn tầng: xây dựng mương thoát nước tại chỗ chân tầng thải và chân bãi thải. Mương thoát nước mặt tầng có thể là mương đất tự nhiên đào trên mặt tầng hoặc có thể xây bằng đá hộc. Mương thoát nước sườn tầng cần được xây dựng vững chắc, có biện pháp chống trượt. Mương nên có dạng mương hở, kết cấu bê tông hoặc kết hợp bê tông + đá hộc. Trong điều kiện cho phép có thể sử dụng ống composit thay mương.
3.3. Kỹ thuật phủ xanh bãi thải
3.3.1 Lựa chọn giống cây trồng
a. Yêu cầu lựa chọn loại cây và kỹ thuật trồng trên bãi thải;
Do đặc điểm cần phủ xanh nhanh bề mặt bãi thải để chống tạo bụi, xói lở… các loại thực vật trồng trên bãi thải cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có khả năng nhanh chóng thích nghi với khí hậu và có sức chịu đựng lâu dài với những biến đổi của thời tiết (nhiệt độ cao, thời gian khô cằn kéo dài…) và với đặc tính lý hoá không thuận lợi của đất đá thải;
- Có khả năng sinh trưởng nhanh, đặc biệt trong những năm đầu mới trồng, có khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng là các chất khó đồng hoá;
- Có hể rễ phát triển mạnh, nhanh và có thể chịu được những biến động bụi vùi lấp, trôi gốc rễ…
b. Một số định hướng trong việc lựa chọn loại cây trồng trên bãi thải:
- Đối với các loại bãi thải tồn tại từ 1 - 5 năm: Cần xúc tiến nhanh quá trình ổn định bãi thải nên có thể chọn các loại cây có hệ rễ chùm lan rộng ăn sâu để tạo sự liên kết đất đá thải, ổn định bề mặt bãi thải. Có thể sử dụng các loại cây sắn dây dại, bìm bìm, lau, le, chít trồng trên các sườn dốc (bãi thải Nam Lộ Phong, Nam Đèo Nai), phần chân bãi thải có thể trồng tre gai ken dày để hạn chế sự trôi đất đá (bãi thải LV. 14 Hà Tu cũ). Từ tháng 10 - 2007, cỏ Ventiver đã được thử nghiệm trồng tại bãi thải LV. 46 Hồng Thái, bãi thải Chính Bắc - Núi Béo, bước đầu đã cho thấy tính thích ứng của giống cỏ này với điều kiện khắc nghiệt của bãi thải và khả năng giữ ổn định sườn bãi thải, chống xói lở rất tốt. Tuy nhiên, khi trồng cỏ Ventiver cần chú ý một số vấn đề sau đây:
Nên tăng thêm lượng đất bón lót ban đầu để đảm bảo có nguồn dinh dưỡng lâu dài cho cỏ, đặc biệt là các sườn bãi thải có thành phần chủ yếu là đá. Không sử dụng lớp phụ bẹ xơ dừa. Thực tế tại bãi thải Chính Bắc - Núi Béo cho thấy, những khu vực có thử nghiệm phủ thảm bẹ xơ dừa vỏ Ventiver đều bị chết.
- Đối với các bãi thải đã tồn tại từ 5 - 10 năm: Các bãi thải này đã tương đối ổn định nên có thể trồng một số loại thân gỗ có khả năng chịu hạn và thích ứng với điều kiện khắc nghiệt của bãi thải như phi lao, keo lai, keo chịu hạn, keo đen, thông đuôi ngựa, thông nhựa…
Qua kết quả khảo sát thấy rằng bìm bìm và tre gai kém phát triển, loài sắn dây dại có khả năng thích ứng nhất khi phủ thảm thực vật trên sườn bãi thải mới dừng đổ thải với mật độ 5.000 - 6.000 cây/ ha; đối với bãi thải đã dừng đổ thải từ 5 - 10 năm có thể chọn các loài keo lai, thông và phi lao với mật độ 2.500 - 3.000 cây/ ha. Cây con mang trồng phải đủ tiêu chuẩn xuất vườn, được bón lót bằng phân NPK, phủ hố bằng đất đồi hoặc đất bãi thải đã được sàng lọc đá. Thời vụ trồng tốt nhất vào vụ xuân.
Để đảm bảo tạo được điều kiện tốt nhất cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, việc phủ thảm thực vật và phục hồi môi trường bãi thải nên tiến hành theo hai bước:
- Bước một:Tiến hành các công việc ổn định bãi thải, chống xói lở, làm tăng mầu mỡ cho đất đến khi có thể trồng cây công nghiệp; lựa chọn giống cây để cải tạo thành phần dinh dưỡng cho đất đá bãi thải, tốt nhất là các loài cây họ đậu. Ví dụ: trên mặt bằng trồng các loại keo, muồng muống, điền thanh…; trên sườn dốc trồng cỏ ventiver, những sườn dốc không có yêu cầu ngặt nghèo chống xói lở có thể trồng cây sắn dây rừng, bìm bìm, cỏ lau, le, chít…
- Bước hai:Khi đất đai trên sườn bãi thải đã được cải thiện, tiến hành trồng các loại cây thân gỗ (thông, keo, phi lao…), cây công nghiệp (thầu dầu - jatropha…) kết hợp cây tạo cảnh quan (phượng vĩ, bằng lăng, hoa tigôn, hoa giấy…).
Các cây được lựa chọn cho quá trình phục hồi bãi thải có thể chọn đa dạng, nhưng nên theo xu hướng là sử dụng những cây bản địa để có thể góp phần phục hồi đa dạng sinh học của khu vực đã bị tác động khi tiến hành khai thác và đổ thải.
3.3.2 Mật độc ây trồng và chế độ dinh dưỡng
Trong các dự án cải tạo, phục hồi bãi thải đã và đang được thực hiện trong các đơn vị thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, mật độ cây trồng thường được áp dụng là 2.000 - 2.500 cây/ ha, tỷ lệ trồng dặm là 10%, kích thước hố trồng thường là 40 x 40 x 40cm, tối đa là 50 x 50 x 50cm. Trong điều kiện đất đá bãi thải nghèo dinh dưỡng, cần tăng kích thước hố trồng để tăng lượng đất bón lót ban đầu.
Công cuộc cải tạo, phục hồi môi trường bãi thải mỏ than mới trong giai đoạn khởi đầu. Các kết quả trên phần lớn mang tính thực nghiệm. Trong chương trình hợp tác với Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV), Hiệp hội Nghiên cứu khai thác mỏ và môi trường của CHLB Đức sẽ cùng Tập đoàn TKV tổ chức nghiên cứu một cách có bài bản kỹ thuật phủ xanh, trồng cây trên bãi thải. Việc xác định được những giải pháp công nghệ, kỹ thuật, điều kiện cải tạo, phục hồi bãi thải theo điều kiện của Việt Nam có ý nghĩa rất quan trọng và là một nhiệm vụ lớn đối với các cán bộ làm công tác BVMT trong Tập đoàn.
Tài liệu tham khảo
1. Đỗ Thị Lâm, Tuyển chọn một số loài cây - kỹ thuật gây trồng để cố định bãi thải tại các mỏ than vùng Đông Bắc, tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, số 12 - 2003.
2. Trần Miên và nnk, Xây dựng chương trình phục hồi môi trường các vùng khai thác than tại Việt Nam, Nhiệm vụ quản lý nhà nước về môi trường, Bộ Công nghiệp, 2 - 2006.
3. Trần Miên, Một số định hướng ban đầu trong cải tạo, hoàn nguyênmôi trường các bãi thải than, Tuyển tập báo cáo, Hội nghị KHKT Hội Mỏ Việt Nam lần thứ XVII, 2006.
