Tổng quan nghiên cứu

Khai thác than là ngành công nghiệp trụ cột của tỉnh Quảng Ninh với trữ lượng tài nguyên ước tính đạt trên 10 tỷ tấn tại bể than Đông Bắc. Tuy nhiên, hoạt động này đang tạo áp lực môi trường vô cùng nặng nề khi mỗi năm phát sinh khoảng 150 triệu m³ đất đá thải, cùng 25 đến 30 triệu m³ nước thải mỏ và hàm lượng bụi tại nhiều khu vực sản xuất vượt quy chuẩn từ 1,2 đến 5,2 lần. Riêng tại thành phố Cẩm Phả – trung tâm khai thác trọng điểm chiếm hơn 50% sản lượng than toàn quốc – tổng lượng đất đá đổ thải tích lũy từ các mỏ lộ thiên dự báo sẽ vượt mốc 5,5 tỷ m³ vào năm 2030.

Thực trạng quản lý chất thải rắn mỏ than tại Cẩm Phả trong giai đoạn vừa qua còn bộc lộ nhiều hạn chế nghiêm trọng: các bãi thải đổ cao tự nhiên thiếu quy hoạch đồng bộ, hiện tượng chồng lấn bãi thải diễn ra phổ biến và thiếu các công trình hoàn nguyên môi trường bền vững. Sự cố sạt lở bãi thải Khe Dè năm 2006 của Công ty Cổ phần than Cọc Sáu là minh chứng điển hình cho hiểm họa mất an toàn địa chất và suy thoái môi trường.

Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường của tác giả Trần Trung Hoàn, thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Yêm tại Đại học Quốc gia Hà Nội, tập trung đánh giá toàn diện hiện trạng phát sinh và quản lý chất thải rắn mỏ than, từ đó xác lập cơ sở khoa học để đề xuất hệ thống giải pháp nâng cao hiệu quả quản trị chất thải rắn theo định hướng phát triển bền vững. Nghiên cứu thực hiện trong khung thời gian 10 tháng năm 2014 trên địa bàn các mỏ than quy mô lớn tại thành phố Cẩm Phả (gồm Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu, Khe Chàm, Mông Dương, Dương Huy), đồng thời đưa ra dự báo tầm nhìn đến năm 2020 và 2030. Kết quả luận văn đóng góp hệ thống số liệu thực nghiệm giá trị, phục vụ đắc lực cho công tác quy hoạch không gian đổ thải và bảo vệ môi trường sinh thái vịnh Bái Tử Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp của hai cách tiếp cận lý luận hiện đại trong quản lý môi trường:

Phương pháp tiếp cận hệ thống trong quản lý tài nguyên thiên nhiên nhìn nhận tài nguyên khoáng sản, môi trường tự nhiên và hoạt động kinh tế - xã hội là một chỉnh thể tương tác đa chiều. Mọi tác động cơ học trong quá trình bóc xúc, vận chuyển hay đổ thải đất đá đều kéo theo những biến đổi sâu sắc đến chế độ thủy văn, địa mạo và hệ sinh thái bản địa.

Phương pháp tiếp cận quản lý tài nguyên dựa vào cộng đồng nhấn mạnh vai trò tham gia của người dân bản địa Cẩm Phả và lực lượng công nhân mỏ – những chủ thể trực tiếp chịu tác động của ô nhiễm và thấu hiểu rõ nhất động thái biến đổi của tài nguyên môi trường khu vực. Bên cạnh đó, khung quản trị chất thải theo nguyên lý 3R (Giảm thiểu – Tái sử dụng – Tái chế) được vận dụng xuyên suốt nhằm chuyển dịch tư duy từ xử lý cuối đường ống sang tuần hoàn vật liệu mỏ.

Nghiên cứu chuẩn hóa hệ thống 4 khái niệm cốt lõi:

  • Chất thải rắn khai thác than: Bao gồm đất đá thải bóc vỉa, quặng đuôi sàng tuyển, bùn lắng và rác thải công nghiệp phát sinh từ hoạt động cơ khí, hầm lò.
  • Hệ số bóc đất đá: Tỷ lệ thể tích đất đá cần bóc xúc trên một tấn than nguyên khai thành phẩm.
  • Bãi thải cao: Dạng địa hình nhân tạo hình thành do đổ thải đất đá mỏ lộ thiên, có độ dốc lớn và nguy cơ trượt lở cao.
  • Cải tạo, phục hồi môi trường mỏ: Quá trình can thiệp kỹ thuật và sinh học nhằm đưa các khai trường, bãi thải sau đóng cửa mỏ trở lại trạng thái cân bằng sinh thái an toàn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai phương pháp chọn mẫu có chủ đích với cỡ mẫu trọng tâm gồm 3 mỏ than lộ thiên quy mô lớn nhất vùng Cẩm Phả là Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu (nhóm đơn vị chiếm hơn 94% tổng khối lượng đất đá thải toàn vùng) cùng hệ thống các bãi thải lớn như Đông Cao Sơn, Nam Đèo Nai, Khe Dè, Bắc Bàng Nâu và các mỏ hầm lò tiêu biểu như Mông Dương, Khe Chàm, Thống Nhất. Lý do lựa chọn cỡ mẫu này vì đây là nguồn phát sinh chất thải rắn chủ đạo, quyết định bức tranh môi trường tổng thể của toàn thành phố.

Hệ thống phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu bao gồm:

  • Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: Tiến hành khảo sát trực tiếp dọc theo tuyến công nghệ từ mặt bằng sân công nghiệp, gương khai thác, tuyến vận chuyển đến cụm sàng tuyển Cửa Ông và các bãi đổ thải; ứng dụng thiết bị định vị GPS kết hợp chụp ảnh hiện trạng và phiếu đánh giá nhanh môi trường.
  • Phương pháp kế thừa và phân tích tài liệu thứ cấp: Tổng hợp, xử lý các chuỗi số liệu quan trắc môi trường định kỳ từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, báo cáo thống kê kỹ thuật của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) và các công ty than giai đoạn 2011 - 2013.
  • Phương pháp bản đồ và GIS: Phân tích bản đồ hiện trạng khai thác, địa hình sườn tầng, cao độ đổ thải và bản đồ quy hoạch thoát nước để nhận diện không gian biến đổi địa hình.
  • Phương pháp phân tích ma trận SWOT: Đánh giá điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức trong công tác quản lý môi trường mỏ.

Toàn bộ quy trình nghiên cứu được thực hiện tập trung từ tháng 3 năm 2014 đến tháng 12 năm 2014, bảo đảm tính thời sự và độ chuẩn xác của dữ liệu thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, quy mô phát sinh chất thải rắn mỏ tại Cẩm Phả ở mức đặc biệt lớn và tăng dần qua từng năm. Tính đến ngày 31 tháng 12 năm 2012, tổng khối lượng đất đá thải còn lại của vùng Cẩm Phả là 3,7 tỷ m³, trong đó 5 mỏ Đèo Nai, Cao Sơn, Cọc Sáu, Khe Chàm II và Đông Đá Mài chiếm trên 94% tổng lượng thải. Theo số liệu thống kê thực tế, tổng lượng đất đá thải toàn vùng năm 2011 đạt 159,16 triệu m³, năm 2012 tăng lên 166,46 triệu m³ và năm 2013 đạt mức đỉnh 166,83 triệu m³. Điển hình tại mỏ Cọc Sáu, lượng đất đá thải tăng từ 36,9 triệu m³ năm 2011 lên 43,0 triệu m³ năm 2013 (tăng 16,5%); mỏ Đèo Nai duy trì mức thải 31,8 triệu m³/năm; mỏ Cao Sơn đạt 27,0 triệu m³/năm. Hệ số bóc đất đá tại các mỏ lộ thiên Cẩm Phả dao động ở mức rất cao, từ 3 đến 13 m³ đất đá trên mỗi tấn than nguyên khai. Bên cạnh đó, lượng rác thải sinh hoạt từ lực lượng lao động 1.000 đến 3.000 công nhân mỗi mỏ phát sinh từ 0,8 đến 2,4 tấn/ngày nhưng chưa có quy trình thu gom phân loại triệt để.

Thứ hai, chất thải rắn khai thác than gây biến dạng địa mạo nghiêm trọng và kích hoạt hàng loạt tai biến môi trường. Các bãi thải Đông Cao Sơn, Nam Đèo Nai, Cọc Sáu đã hình thành những dãy núi nhân tạo cao trên 200 m với góc dốc sườn tầng lên tới 35 độ, trong khi các moong khai thác lộ thiên tạo nên những hố sâu địa hình âm từ -50 m đến -150 m dưới mực nước biển. Tình trạng bồi lắng và trượt lở đất đá đã vùi lấp 69 ha đất nông nghiệp tại Cẩm Phả (trong đó có 30 ha đất trồng lúa), làm thay đổi căn bản hệ thống thủy văn tự nhiên, bồi lấp lòng sông Diễn Vọng khiến nhà máy nước sạch công suất 30 tỷ đồng mất nguồn cấp nước thô. Trầm tích đất đá mỏ trôi theo dòng chảy ra biển trong nhiều năm đã đẩy đường bờ biển lấn ra từ 300 đến 700 m, làm bồi tụ nâng cao đáy biển gần đảo Khỉ và hủy hoại nghiêm trọng các thảm rừng ngập mặn sú vẹt ven bờ vịnh Bái Tử Long.

Thứ ba, sự hình thành dòng thải axit và ô nhiễm hóa học từ chất thải mỏ đạt mức báo động. Nước thẩm thấu qua các bãi thải và moong khai thác có tính axit cao với độ pH chỉ từ 2,5 đến 6,8, độ khoáng hóa từ 350 đến 860 mg/l và hàm lượng ion sunfat chiếm 60% đến 90%. Hàng năm, khu vực mỏ than Cẩm Phả thải ra môi trường biển ven bờ hơn 2.500 tấn ion SO4²⁻, 8 tấn NH4⁺, 5 tấn Fe³⁺ và khoảng 8 triệu m³ nước thải mỏ mang tính ăn mòn kim loại, gây suy thoái nghiêm trọng hệ sinh thái rạn san hô ven vịnh.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng trên xuất phát từ việc áp dụng công nghệ khai thác lộ thiên truyền thống với công nghệ bốc xúc, nổ mìn làm vỡ vụn đất đá (hạt kích thước 50-80 mm chiếm 80%), cùng phương thức đổ thải bằng ô tô - xe gạt tạo mái dốc tự do thiếu đầm nén. Hệ số bóc đất đá tại Cẩm Phả cao gấp 1,5 đến 2 lần so với mức bình quân của các mỏ lộ thiên trên thế giới (vốn chỉ dao động khoảng 5 đến 6 tấn đất đá/tấn than).

Khi phân tích động thái phát thải, các dữ liệu về khối lượng đất đá thải giai đoạn 2011 - 2013 cần được biểu diễn dưới dạng biểu đồ cột chồng kết hợp đồ thị đường xu hướng để phản ánh sự tương quan giữa sản lượng than khai thác và hệ số bóc đất đá ngày càng tăng khi các mỏ xuống sâu. Đồng thời, cấu trúc không gian bãi thải nên được mô phỏng qua các mặt cắt địa hình đa tầng với các thông số chiều rộng mặt tầng (35-40 m đối với tầng công tác, 15-17 m đối với tầng tạm nghỉ) nhằm làm rõ sự cần thiết của giải pháp phân tầng giảm áp lực cơ học.

So sánh với mô hình quản lý chất thải mỏ tại các nước phát triển thuộc khối OECD, nơi tỷ lệ tái chế chất thải mỏ đạt trên 20% và quy trình cải tạo phục hồi môi trường được thực hiện song song với tiến độ bóc vỉa, công tác quản lý tại Cẩm Phả vẫn mang tính thụ động, giải pháp xử lý trượt lở chủ yếu mang tính đối phó theo kiểu sạt lở đến đâu bóc xúc dọn dẹp đến đó.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để bài toán chất thải rắn và hướng tới phát triển bền vững ngành than vùng Cẩm Phả, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  • Tái cấu trúc mô hình tổ chức quản lý môi trường: Kiện toàn bộ máy quản lý môi trường chuyên trách theo mô hình hai cấp tại Tập đoàn TKV và các công ty than thành viên (Cao Sơn, Đèo Nai, Cọc Sáu). Thiết lập hệ thống giám sát môi trường tự động, phân định trách nhiệm cụ thể của từng phòng ban kỹ thuật, hướng tới mục tiêu 100% các mỏ áp dụng hệ thống quản lý môi trường theo tiêu chuẩn ISO 14001 trong giai đoạn 2015 - 2020.
  • Cải tiến công nghệ khai thác và đồng bộ hóa thiết bị: Đẩy mạnh áp dụng hệ thống khai thác khấu theo lớp đứng tại tất cả các mỏ lộ thiên lớn nhằm nâng góc dốc bờ công tác lên 25 đến 27 độ, giúp giảm mạnh khối lượng đất đá bóc ban đầu. Thay thế dần việc vận chuyển bằng ô tô tự đổ sang hệ thống vận tải liên hợp ô tô - băng tải rót thải tại mỏ Đèo Nai và Cọc Sáu nhằm giảm thiểu phát tán bụi và khí thải độc hại.
  • Phục hồi sinh thái và gia cố công trình bãi thải: Triển khai trồng phủ xanh sinh học bằng cỏ Vetiver kết hợp cây keo tai tượng trên toàn bộ các tầng bãi thải đã dừng đổ như Nam Đèo Nai, Mông Giăng và Đông Cao Sơn để chống xói mòn bề mặt. Đồng thời, đầu tư xây dựng hệ thống đập chắn bê tông cốt thép kiên cố tại chân bãi thải và hệ thống mương gom nước axit mỏ về trạm xử lý nước tập trung trước khi xả ra môi trường biển.
  • Tuần hoàn và tái sử dụng chất thải rắn: Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh cùng Tập đoàn TKV cần xây dựng cơ chế pháp lý cho phép tái sử dụng nguồn đất đá thải mỏ (khối lượng khoảng 150 triệu m³/năm) làm vật liệu san lấp mặt bằng cho các dự án hạ tầng đô thị ven biển, đường cao tốc và sản xuất vật liệu xây dựng không nung, giảm áp lực lưu chứa tại các bãi thải trên bờ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cán bộ quản lý môi trường và lãnh đạo Tập đoàn TKV cùng các công ty than: Cung cấp bức tranh toàn cảnh về định mức phát thải, cấu trúc bãi thải và cơ sở khoa học để tái cơ cấu quy hoạch đổ thải, phòng ngừa sự cố sạt lở tại các bãi mỏ Cẩm Phả.
  • Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Giúp Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Ủy ban nhân dân thành phố Cẩm Phả có thêm căn cứ thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), xây dựng đề án đóng cửa mỏ và phê duyệt phương án cải tạo, phục hồi môi trường mỏ khoáng sản.
  • Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành Môi trường, Kỹ thuật Mỏ: Tài liệu tham khảo hữu ích về phương pháp tiếp cận liên ngành, ứng dụng hệ thống lý thuyết quản lý tài nguyên dựa vào cộng đồng và kỹ thuật xử lý dữ liệu phát thải mỏ thực tế.
  • Các doanh nghiệp tư vấn quy hoạch và xây dựng hạ tầng: Tìm kiếm giải pháp kỹ thuật về sử dụng vật liệu đất đá mỏ thay thế cát san lấp, đón đầu xu hướng kinh tế tuần hoàn trong công nghiệp khai khoáng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao khối lượng chất thải rắn phát sinh tại các mỏ than Cẩm Phả lại ở mức khổng lồ?

Khối lượng phát thải lớn do đặc thù khai thác lộ thiên chiếm tỷ trọng cao (55-65% sản lượng) kết hợp hệ số bóc đất đá rất cao, dao động từ 3 đến 13 m³ đất đá trên mỗi tấn than. Hàng năm, toàn vùng Cẩm Phả bóc xúc và thải ra ngoài môi trường hơn 166 triệu m³ đất đá mỏ.

Hoạt động đổ thải đất đá mỏ gây ra những rủi ro môi trường nghiêm trọng nào tại Cẩm Phả?

Đổ thải bừa bãi tạo nên các bãi thải cao trên 200 m với mái dốc 35 độ, dễ dẫn đến thảm họa sạt lở đất đá như sự cố bãi thải Khe Dè năm 2006. Ngoài ra, bùn đất bồi lấp 69 ha đất nông nghiệp, làm khô cạn sông Diễn Vọng và làm biến dạng địa hình ven bờ vịnh Bái Tử Long.

Nước rỉ từ bãi thải và moong khai thác than Cẩm Phả có độc hại không?

Nước mỏ tại đây có tính axit mạnh với độ pH từ 2,5 đến 6,8, hàm lượng ion sunfat chiếm 60-90% và tổng độ khoáng hóa từ 350 đến 860 mg/l. Lượng nước thải này chứa nhiều kim loại nặng (Fe³⁺, NH4⁺), có tính ăn mòn kim loại cao và phá hủy hệ sinh thái biển ven bờ.

Giải pháp sinh học nào được đề xuất hiệu quả nhất để hoàn nguyên bãi thải mỏ than?

Nghiên cứu khẳng định việc trồng cỏ Vetiver trên các sườn tầng bãi thải (như đã thử nghiệm thành công tại bãi thải Chính Bắc – Núi Béo) kết hợp trồng cây lâm nghiệp bản địa giúp cố định đất đá, chống xói mòn rửa trôi bề mặt và từng bước tái tạo thảm thực vật tự nhiên.

Việc chuyển đổi từ khai thác lộ thiên sang hầm lò có giúp giảm phát sinh chất thải rắn không?

Khai thác hầm lò phát sinh lượng đất đá thải ít hơn đáng kể, chỉ từ 3 đến 4 tấn đất đá/tấn than so với mức 5 đến 6 tấn hoặc cao hơn ở mỏ lộ thiên. Việc ngành than Cẩm Phả chuyển dần sang công nghệ hầm lò sau năm 2020 sẽ giúp giảm áp lực diện tích đổ thải mặt đất.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng chất thải rắn mỏ than vùng Cẩm Phả với quy mô phát sinh cực lớn, vượt 166 triệu m³ đất đá thải mỗi năm và tích lũy trên 3,7 tỷ m³.
  • Nghiên cứu chỉ rõ các tác động môi trường cấp bách gồm sạt lở bãi thải cao trên 200 m, vùi lấp 69 ha đất canh tác, biến dạng đường bờ biển và ô nhiễm axit mỏ nghiêm trọng.
  • Đóng góp khoa học cốt lõi của tác giả là việc xác lập hệ thống giải pháp liên ngành: kết hợp công nghệ khấu theo lớp đứng góc dốc 25-27 độ với giải pháp sinh học trồng cỏ Vetiver và thu hồi tái sử dụng đất đá thải làm vật liệu san lấp.
  • Lộ trình thực hiện cần ưu tiên củng cố an toàn các bãi thải xung yếu giai đoạn 2015 - 2020 và hoàn thiện chuyển dịch sang khai thác hầm lò đồng bộ trước năm 2030.
  • Các cấp quản lý và doanh nghiệp khai khoáng cần khẩn trương áp dụng khung giải pháp quản trị chất thải rắn tuần hoàn nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa phát triển an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường sinh thái bền vững.