Tổng quan nghiên cứu

Hoạt động khai thác khoáng sản than đá tại Việt Nam sở hữu bề dày lịch sử hơn 160 năm kể từ mốc khai phá đầu tiên vào năm 1840. Trải qua nhiều giai đoạn phát triển, đặc biệt là giai đoạn bùng nổ khai thác từ thập niên 1980 đến nay, ngành công nghiệp than đã đóng góp tỷ trọng lớn vào an ninh năng lượng quốc gia nhưng đồng thời để lại những hệ lụy nặng nề cho môi trường sinh thái. Cụm mỏ Khe Sim – Lộ Trí – Đèo Nai thuộc địa bàn thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh là một trong những trọng điểm khai thác than lộ thiên và hầm lò quy mô lớn, nơi chịu áp lực cộng hưởng từ di sản khai thác thời kỳ trước lẫn hoạt động sản xuất công suất cao hiện nay. Việc bóc xúc hàng chục triệu mét khối đất đá mỗi năm cùng hệ thống moong khai thác sâu hàng trăm mét đã làm biến dạng địa hình, gia tăng lượng bụi không khí, phát sinh nước thải mỏ có tính axit và suy giảm thảm thực vật nghiêm trọng.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của đề tài là giải quyết mâu thuẫn giữa khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường thông qua việc xây dựng hệ thống giải pháp hoàn nguyên mang tính đồng bộ. Mục tiêu cụ thể của luận văn hướng đến việc đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm các thành phần môi trường (đất, nước, không khí), phân tích các điểm nghẽn kỹ thuật tại khu mỏ Khe Sim – Lộ Trí – Đèo Nai, từ đó đề xuất quy trình cải tạo, phục hồi môi trường cuốn chiếu ngay trong quá trình sản xuất. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn đào tạo 2011 – 2013, có ý nghĩa thực tiễn to lớn khi định hình mục tiêu giảm thiểu từ 70% đến 85% tải lượng bụi phát tán, tái sử dụng trên 80% nguồn nước thải mỏ và từng bước phục hồi 100% diện tích các bãi thải đất đá, hướng tới mô hình kinh tế mỏ xanh và phát triển bền vững cho vùng Đông Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được thiết lập dựa trên sự giao thoa của 3 hệ thống lý thuyết then chốt: Lý thuyết phát triển bền vững trong khai thác khoáng sản, Lý thuyết phục hồi sinh thái cảnh quan mỏ và Hệ thống quản lý môi trường theo tiêu chuẩn ISO 14001. Khái niệm cốt lõi của đề tài xác định cải tạo và phục hồi môi trường mỏ không phải là hoạt động thụ động diễn ra khi đóng cửa mỏ, mà là một quy trình kỹ thuật - công nghệ chủ động được lồng ghép xuyên suốt từng công đoạn khai thác (khoan nổ mìn, bốc xúc, vận chuyển, đổ thải).

Bên cạnh đó, các mô hình lan truyền chất ô nhiễm không khí (mô hình Gauss cải biên) và mô hình cân bằng thủy văn moong mỏ được ứng dụng để dự báo tải lượng phát thải. Nghiên cứu cũng vận dụng khung pháp lý Việt Nam bao gồm Luật Khoáng sản 2010, Luật Bảo vệ Môi trường cùng hệ thống Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường không khí xung quanh, nước thải công nghiệp và chất thải rắn nhằm chuẩn hóa các tiêu chí đánh giá tác động.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp đồng bộ giữa nguồn dữ liệu thứ cấp (báo cáo sản xuất, chuỗi số liệu quan trắc từ năm 2005 đến 2012 của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam và Tổng công ty Đông Bắc) và nguồn dữ liệu sơ cấp thu thập thực địa trong giai đoạn 2011 – 2013. Cỡ mẫu nghiên cứu thực địa bao gồm 21 vị trí quan trắc môi trường đại diện, được phân bổ cụ thể: 8 điểm quan trắc chất lượng không khí và vi khí hậu xung quanh khai trường, 7 điểm quan trắc nước thải mỏ tại moong và suối tiếp nhận, 6 điểm quan trắc chất lượng đất và trầm tích bãi thải.

Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo tọa độ địa lý và theo đặc thù công nghệ khai thác (khu vực bốc xúc than Khe Sim, bãi thải Đèo Nai, tuyến đường chuyên dùng Lộ Trí) được lựa chọn nhằm bảo đảm tính đại diện cao nhất cho bức tranh ô nhiễm. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn TCVN và QCVN (như phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS xác định kim loại nặng, phương pháp trọng lượng xác định bụi tổng TSP, phương pháp đo màu xác định COD và BOD). Lý do lựa chọn phương pháp phân tích này là nhằm bảo đảm độ tin cậy khoa học, độ sai số dưới 5% và đáp ứng đầy đủ tính pháp lý khi đối chiếu với các quy chuẩn xả thải hiện hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu quan trắc thực địa tại cụm mỏ Khe Sim – Lộ Trí – Đèo Nai cho thấy 4 phát hiện quan trọng về mức độ suy thoái môi trường:

Thứ nhất, ô nhiễm bụi lơ lửng tổng số (TSP) là vấn đề cấp bách nhất. Nồng độ bụi tại khu vực xúc bốc đất đá và bunke tiếp nhận than dao động từ 1,25 mg/m3 đến 2,1 mg/m3, vượt quy chuẩn QCVN 05:2009/BTNMT từ 2,5 đến 4,2 lần. Trên các tuyến đường vận tải chuyên dùng Đèo Nai và Khe Chàm III, mật độ xe tải hạng nặng di chuyển liên tục khiến tải lượng bụi phát sinh trung bình đạt trên 1.500 tấn/năm trong mùa khô.

Thứ hai, nước thải mỏ từ moong khai thác lộ thiên và cửa lò hầm lò có lưu lượng trung bình từ 800 m3/h đến 1.500 m3/h, mang tính axit yếu với chỉ số pH dao động từ 4,2 đến 5,8. Hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) trong nước thải moong đạt mức 320 - 650 mg/l, vượt giới hạn cho phép từ 3,2 đến 6,5 lần, kèm theo nồng độ ion Fe tổng số và Mn hòa tan cao gấp 2 đến 3,5 lần quy chuẩn xả thải công nghiệp mỏ.

Thứ ba, sự mất ổn định địa hình và nguy cơ sạt lở bãi thải đất đá. Bãi thải Đèo Nai và Khe Sim có chiều cao nâng bãi vượt quá 150 mét với góc dốc tự nhiên của sườn bãi thải lên tới 35 - 38 độ, tiềm ẩn nguy cơ trôi trượt đất đá trong mùa mưa lũ với khối lượng sạt lở ước tính lên đến hàng chục nghìn mét khối nếu không có đê kè chắn chân bãi.

Thứ tư, hiệu quả thử nghiệm của các giải pháp công nghệ tại chỗ. Việc thử nghiệm giải pháp nổ mìn sử dụng túi nước và búa nước dập bụi kết hợp vòi phun sương cao áp tại phễu rót than đã giúp triệt tiêu tức thời từ 70% đến 82% lượng bụi phát sinh tại nguồn so với phương pháp nổ mìn truyền thống.

Thảo luận kết quả

Các nguyên nhân cốt lõi gây ô nhiễm xuất phát từ đặc thù địa chất chứa quặng pyrit sinh axit khi tiếp xúc với nước và oxy, kết hợp cùng quy trình khai thác lộ thiên quy mô lớn yêu cầu khối lượng bóc đất đá khổng lồ (hệ số bóc đất đá thường từ 8 đến 12 m3/tấn than). So sánh với các mỏ than lân cận tại vùng Hòn Gai và Uông Bí, mức độ ô nhiễm bụi tại Cẩm Phả có tính chất khốc liệt hơn do mật độ khai trường dày đặc và cự ly vận chuyển trung bình kéo dài từ 3 đến 7 km.

Dữ liệu quan trắc có thể được mô hình hóa trực quan qua bảng tổng hợp biến thiên nồng độ ion kim loại theo mùa và biểu đồ cột so sánh hiệu suất xử lý chất rắn lơ lửng giữa công nghệ bể lắng đơn thuần (hiệu suất chỉ đạt 45 - 50%) và công nghệ keo tụ lắng kết hợp mương đá vôi yếm khí (hiệu suất nâng lên 92 - 96%). Điều này chứng minh rằng việc áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến là giải pháp khả thi, mang lại giá trị sinh thái bền vững cho lưu vực suối Cẩm Tây và vịnh Bái Tử Long.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các phân tích khoa học, đề tài đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm cải tạo và phục hồi môi trường khu mỏ Khe Sim – Lộ Trí – Đèo Nai:

  1. Áp dụng đồng bộ giải pháp kỹ thuật kiểm soát bụi không khí: Triển khai kỹ thuật nổ mìn sử dụng túi nước chống bụi, lắp đặt hệ thống vòi phun sương cao áp tại 100% các bunke rót than và trạm nghiền sàng; thực hiện bê tông hóa hoặc rải cấp phối lu lèn 12 km tuyến đường vận chuyển than chính; vận hành đội xe tưới nước dập bụi chuyên dụng với tần suất tối thiểu 6 lượt/ngày trên mỗi cung đường. Target metric: Giảm thiểu 80% nồng độ bụi TSP xung quanh khai trường. Timeline: Hoàn thành trong vòng 12 tháng. Chủ thể: Công ty TNHH MTV Khe Sim và Công ty Cổ phần than Đèo Nai.

  2. Nâng cấp và xây mới hệ thống xử lý nước thải moong mỏ: Xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung công suất thiết kế 1.200 m3/h, ứng dụng công nghệ keo tụ bằng hóa chất PAC/PAM kết hợp mương đá vôi yếm khí trung hòa axit và hồ đầm lầy nhân tạo trồng cỏ sậy để khử kim loại nặng. Target metric: Đưa nồng độ TSS về dưới 50 mg/l, ổn định pH ở mức 6,5 - 8,5, tái sử dụng 85% nước sau xử lý cho sản xuất. Timeline: Giai đoạn 2014 – 2015. Chủ thể: Tổng công ty Đông Bắc và Công ty than Thống Nhất.

  3. Tái cấu trúc địa hình và trồng rừng phục hồi bãi thải: Cắt tầng bãi thải với chiều cao mỗi tầng từ 15 đến 20 mét, giật cấp đưa góc dốc mái taluy về dưới 28 độ; đắp đê rọ đá chắn chân bãi thải dài hơn 3.500 mét; phủ lớp đất màu dày 30 cm và trồng 180 ha cây bản địa kết hợp cây keo tai tượng, keo lá tràm xen cỏ vetiver chống xói mòn. Target metric: Phủ xanh 90% diện tích bãi thải ngừng hoạt động, triệt tiêu nguy cơ sạt lở. Timeline: Thực hiện cuốn chiếu trong 24 tháng. Chủ thể: Các doanh nghiệp khai thác mỏ phối hợp chính quyền địa phương thành phố Cẩm Phả.

  4. Hoàn thiện cơ chế quản lý và quan trắc môi trường tự động: Lắp đặt 3 trạm quan trắc không khí và nước thải tự động truyền dữ liệu liên tục 24/7; thực hiện nghiêm túc quỹ ký quỹ phục hồi môi trường theo Nghị định 29/2011/NĐ-CP; kiện toàn bộ phận chuyên trách môi trường tại từng phân xưởng. Target metric: Đạt 100% tuân thủ các quy định pháp luật về môi trường. Timeline: Giám sát định kỳ hàng quý từ năm 2014 trở đi. Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và Ban Môi trường Tập đoàn Vinacomin.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ quản lý kỹ thuật và môi trường tại các doanh nghiệp mỏ: Tiếp cận trực tiếp cẩm nang kỹ thuật xử lý bụi, nước thải và ổn định bãi thải thực tế, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa chi phí vận hành công trình bảo vệ môi trường từ 15% đến 25%.

  2. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sử dụng các căn cứ khoa học và số liệu quan trắc từ luận văn làm tài liệu thẩm định đề án cải tạo phục hồi môi trường, phê duyệt báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) tại các mỏ than khu vực Quảng Ninh.

  3. Chuyên gia tư vấn và kỹ sư thiết kế mỏ: Vận dụng mô hình tính toán mặt cắt ngang đường vận chuyển, thông số đê kè chắn bãi thải và công nghệ xử lý nước mỏ bằng đầm lầy nhân tạo vào các dự án quy hoạch mỏ mới hoặc mở rộng khai trường.

  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên khối ngành kỹ thuật môi trường: Luận văn là tài liệu tham khảo chất lượng cao về phương pháp luận nghiên cứu thực nghiệm mỏ, phân tích dữ liệu quan trắc và cách mạng hóa tư duy hoàn nguyên môi trường bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hoạt động khai thác than tại cụm Khe Sim – Lộ Trí – Đèo Nai gây ra tác động môi trường lớn nhất ở khâu nào? Khâu bốc xúc đất đá và vận chuyển than bằng xe tải nặng gây ra tác động môi trường nghiêm trọng nhất về bụi và biến dạng địa hình. Lượng đất đá thải bóc xúc chiếm hàng chục triệu mét khối mỗi năm, làm phát sinh nồng độ bụi TSP vượt ngưỡng quy chuẩn từ 2,5 đến 4,2 lần trên các cung đường vận chuyển chính.

  2. Kỹ thuật nổ mìn sử dụng túi nước và búa nước mang lại hiệu quả gì? Phương pháp này sử dụng các túi nước chèn trong lỗ mìn hoặc đặt búa nước tại gương nổ. Khi khối thuốc phát nổ, năng lượng nổ đồng thời làm phân tán các hạt nước thành màng sương mù dày đặc bao trùm khu vực nổ mìn, giúp dập tắt từ 70% đến 82% lượng bụi than và đất đá phát sinh ngay tại thời điểm kích nổ.

  3. Nước thải mỏ than Khe Sim được xử lý bằng công nghệ nào để đạt chuẩn xả thải? Nước thải moong được thu gom về trạm xử lý tập trung, trải qua quá trình trung hòa độ axit bằng mương đá vôi yếm khí, sục khí oxy hóa để khử sắt và mangan, sau đó bổ sung chất keo tụ PAC/PAM tại bể lắng nhanh và hoàn thiện qua hồ đầm lầy nhân tạo nhằm đưa hàm lượng TSS xuống dưới 50 mg/l.

  4. Loại cây trồng nào phù hợp nhất để phủ xanh các bãi thải đất đá mỏ than Cẩm Phả? Cây keo lá tràm, keo tai tượng và cỏ vetiver là những loài thực vật tối ưu nhất. Nhờ khả năng cố định đạm, chịu được điều kiện đất nghèo dinh dưỡng, độ pH thấp và hệ rễ ăn sâu bám chắc, các loài cây này giúp tăng tỷ lệ sống trên bãi thải lên trên 85% sau 12 tháng trồng và chống xói mòn hiệu quả.

  5. Vì sao cần tiến hành cải tạo phục hồi môi trường cuốn chiếu ngay trong quá trình khai thác? Tiến hành hoàn nguyên cuốn chiếu giúp doanh nghiệp tận dụng tối đa máy móc thiết bị đào đắp tại chỗ, giảm thiểu tới 30% chi phí vận chuyển đất san lấp bãi thải, đồng thời ngăn chặn kịp thời các rủi ro sạt lở bãi thải trong mùa mưa lũ thay vì tích lũy gánh nặng môi trường đến khi đóng cửa mỏ.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng ô nhiễm bụi, nước thải axit mỏ và suy thoái cảnh quan tại cụm mỏ than Khe Sim – Lộ Trí – Đèo Nai trong giai đoạn 2005 – 2013.
  • Xây dựng thành công hệ thống giải pháp kỹ thuật tích hợp gồm: nổ mìn túi nước dập bụi, trạm xử lý nước mỏ công suất 1.200 m3/h và quy hoạch mạng lưới giao thông mỏ đồng bộ.
  • Đề xuất mô hình cải tạo tầng dốc bãi thải dưới 28 độ kết hợp phủ xanh 180 ha bằng cây keo và cỏ vetiver nhằm phòng chống trôi trượt đất đá hiệu quả.
  • Hoàn thiện cơ chế quản lý môi trường mỏ theo hướng tiếp cận kinh tế tuần hoàn, chuyển từ phục hồi bị động sang chủ động hoàn nguyên cuốn chiếu.
  • Nghiên cứu đóng góp cơ sở dữ liệu quan trắc thực nghiệm giá trị, tạo tiền đề để ngành than phát triển hài hòa giữa khai thác kinh tế và bảo tồn sinh thái.

Kế hoạch tiếp theo cần tập trung số hóa mạng lưới quan trắc tự động và mở rộng ứng dụng quy trình hoàn nguyên này cho toàn bộ các mỏ than vùng Quảng Ninh trong giai đoạn 2014 – 2020. Các đơn vị khai thác khoáng sản cần chủ động áp dụng ngay các giải pháp kỹ thuật nêu trên để hiện thực hóa cam kết phát triển bền vững và bảo vệ môi trường mỏ ổn định lâu dài.