Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên đá vôi phong phú với diện tích phân bố chiếm gần 20% lãnh thổ đất liền (tương đương khoảng 60.000 km²), tập trung chủ yếu tại các tỉnh miền Bắc. Tổng trữ lượng đá vôi cả nước ước đạt 13 tỷ tấn, cùng tài nguyên dự báo lên tới 120 tỷ tấn. Tại tỉnh Lạng Sơn, tổng trữ lượng đã đánh giá đạt hàng chục triệu tấn và tiềm năng dự báo chạm mốc gần 1 tỷ tấn, tạo động lực to lớn cho ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và phát triển hạ tầng giao thông.

Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các hoạt động khai thác mỏ lộ thiên đã gây áp lực nặng nề lên môi trường sinh thái địa phương. Quá trình nổ mìn, bốc xúc, nghiền sàng và vận chuyển đá giải phóng lượng lớn bụi mịn, khí thải độc hại, tiếng ồn và rung chấn, làm suy thoái thảm thực vật và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống dân sinh. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm được đặt ra là nhận diện, định lượng chính xác các tác nhân gây ô nhiễm và đánh giá hiệu quả của hệ thống quản lý môi trường tại các mỏ khai thác đá vôi.

Nghiên cứu tập trung vào 02 khu vực mỏ điển hình tại tỉnh Lạng Sơn gồm: mỏ đá Đồng Mỏ (huyện Chi Lăng) với công suất 160.000 m³/năm và mỏ đá Chằm Đèo Phiếu (huyện Hữu Lũng) với công suất 220.000 m³/năm, thực hiện trong khung thời gian từ tháng 09/2018 đến tháng 05/2019. Thông qua việc khảo sát 104 phiếu điều tra cộng đồng kết hợp phân tích mẫu đo vi khí hậu, bụi và khí thải, luận văn xác lập cơ sở khoa học thực chứng nhằm kiểm soát tải lượng bụi phát thải lên tới hàng trăm tấn mỗi năm, nâng cao hiệu lực quản lý nhà nước và cung cấp giải pháp giảm thiểu ô nhiễm khả thi cho ngành khoáng sản địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường không khí kết hợp với mô hình chuỗi dây chuyền công nghệ khai thác mỏ lộ thiên (khoan phụt, nổ mìn định hướng, bốc xúc, nghiền sàng phân loại và vận tải). Đồng thời, phương pháp đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) được tích hợp để ước tính hệ số phát thải theo từng công đoạn sản xuất.

Ba khái niệm cốt lõi định hình khuôn khổ phân tích bao gồm:

  • Quá trình karst hóa địa chất: Sự hòa tan và biến đổi cấu trúc đá vôi cacbonat (chứa trên 95% CaCO3) tạo nên tính nhạy cảm sinh thái cao trước các tác động cơ học.
  • Bụi lơ lửng tổng số (TSP): Hạt vật chất phân tán trong khí quyển sinh ra từ quá trình phá vỡ liên kết cơ học của khối đá và quá trình ma sát giao thông.
  • Mức áp suất âm thanh tương đương (LAeq): Đại lượng đo lường cường độ rung chấn và sóng âm do máy nén khí, kẹp hàm đập thô và thuốc nổ công nghiệp ANFO gây ra.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng quy trình kết hợp giữa kế thừa số liệu thứ cấp và điều tra thực nghiệm hiện trường:

  • Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Thu thập 104 phiếu khảo sát xã hội học bằng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng tại 02 huyện tập trung mật độ khai thác cao nhất (36 phiếu tại huyện Chi Lăng và 68 phiếu tại huyện Hữu Lũng), đồng thời thực hiện 40 phiếu khảo sát chuyên sâu tại các cơ sở mỏ. Thiết kế mẫu này đảm bảo tính đại diện thống kê và phản ánh chân thực nhận thức của cộng đồng dân cư sinh sống trong bán kính 700 - 800m quanh khai trường.
  • Thu thập mẫu khí và âm học: Thiết lập 06 vị trí quan trắc cố định (KT1 đến KT3 tại mỏ Chằm Đèo Phiếu; KT4 đến KT6 tại mỏ Đồng Mỏ) phủ kín ba phân khu chức năng: khu khai trường nổ mìn, khu trạm nghiền sàng và tuyến đường vận chuyển nội mỏ. Thời điểm lấy mẫu tập trung vào các khung giờ cao điểm hoạt động sản xuất (10h - 12h và 16h - 18h).
  • Phương pháp phân tích và căn cứ kỹ thuật: Đo đạc vi khí hậu và tiếng ồn tại hiện trường theo QCVN 24:2016/BYT và QCVN 26:2016/BYT; lấy mẫu và phân tích bụi lơ lửng theo tiêu chuẩn TCVN 5067:1995; phân tích khí độc NO2 theo tiêu chuẩn ISO 6768:1998, SO2 theo phương pháp MASA 704-B:1989 và CO theo quy trình 52-TCN-352-89-BYT. Lý do lựa chọn các phương pháp chuẩn hóa này nhằm đảm bảo độ tin cậy tuyệt đối của dữ liệu thực nghiệm khi đối sánh với Quyết định 3733/2002/QĐ-BYT và các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu thực nghiệm và tính toán kỹ thuật tại 02 cơ sở mỏ mang lại các phát hiện trọng tâm sau:

Thứ nhất, nồng độ các chất ô nhiễm tức thời tại các điểm đo nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép của tiêu chuẩn vệ sinh lao động. Tại mỏ Chằm Đèo Phiếu, nồng độ bụi tổng số đo được ở mức dưới 2,68 mg/m³, CO dao động từ 0,109 đến 0,946 mg/m³, NO2 từ 0,46 đến 3,68 mg/m³ (đều thấp hơn giới hạn 8,0 mg/m³ theo QĐ 3733/2002/QĐ-BYT). Tại mỏ Đồng Mỏ, bụi lơ lửng ghi nhận từ 0,213 đến 0,377 mg/m³, khí SO2 và NO2 duy trì ở mức rất thấp, không vượt quá 0,2 mg/m³.

Thứ hai, tải lượng phát thải tích lũy hàng năm tạo áp lực môi trường cực lớn. Với công suất chế biến 594.000 tấn đá/năm tại mỏ Chằm Đèo Phiếu, hệ số phát thải WHO cho thấy công đoạn nổ mìn giải phóng 237,6 tấn bụi/năm (chiếm tỷ trọng áp đảo với cường độ 99 kg/h), công đoạn xúc bốc và vận chuyển đá nguyên liệu sinh ra 100,98 tấn bụi/năm (42,075 kg/h), và trạm đập nghiền đóng góp 83,16 tấn bụi/năm (34,65 kg/h). Hoạt động đốt cháy 94,6 tấn dầu diesel của hệ thống cơ giới đưa vào khí quyển 3.784 kg NOx, 1.513,6 kg CO và 325,4 kg bụi than mỗi năm; trong khi 76,2 tấn thuốc nổ ANFO phát sinh 5.715 kg CO2.

Thứ ba, sự lan truyền tiếng ồn có xu hướng suy giảm rõ rệt theo khoảng cách không gian. Tiếng ồn cực đại từ các phương tiện thi công cơ giới (xe tải, máy xúc, búa đập thủy lực) đạt ngưỡng 80 - 94 dBA ở khoảng cách 2m, giảm xuống còn 64 - 73 dBA ở cự ly 200m và duy trì trong khoảng 52 - 68 dBA ở cự ly 500m, đạt tiêu chuẩn QCVN 26:2010/BTNMT đối với khu vực thông thường trong khung giờ ban ngày.

Thứ tư, tồn tại độ lệch lớn giữa số liệu quan trắc vi khí hậu điểm và cảm nhận môi trường thực tế của người dân. Toàn bộ 40 phiếu khảo sát chuyên sâu tại cộng đồng xung quanh hai mỏ đều phản ánh sự khó chịu đối với tình trạng bụi cuốn mặt đường và rung chấn cục bộ trong các thời điểm nổ mìn định kỳ.

Thảo luận kết quả

Sự khác biệt giữa kết quả đo đạc đạt chuẩn và phản ánh bức xúc của người dân bắt nguồn từ tính chất gián đoạn của hoạt động nổ mìn. Các đợt nổ mìn chỉ diễn ra trong vài giây nhưng giải phóng một lượng bụi khổng lồ tức thời, tạo thành các đám mây bụi phát tán theo chiều gió trước khi lắng đọng, trong khi các mẫu khí lấy theo phương pháp tích phân trung bình giờ chưa phản ánh hết các đỉnh xung phát thải ngắn hạn.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ cột so sánh tương quan tải lượng bụi giữa các công đoạn sản xuất, kết hợp với đồ thị đường biểu diễn độ suy giảm mức ồn theo khoảng cách từ tâm nổ mìn ra bán kính 500m. Đồng thời, một bảng cân bằng vật chất chất thải rắn cho thấy lượng đất đá thải lên tới 4.000 m³/năm cùng 275 kg chất thải nguy hại (gồm 100 kg dầu thải và 150 kg ắc quy chì hỏng) đòi hỏi quy trình lưu giữ nghiêm ngặt.

So sánh với các nghiên cứu khai thác khoáng sản tại vùng Đông Bắc, điều kiện tiểu khí hậu tại Lạng Sơn với độ ẩm trung bình 68,8 - 70% và tốc độ gió nhẹ từ 0,4 đến 1,3 m/s là yếu tố hỗ trợ việc lắng đọng bụi tự nhiên, nhưng lại làm tích tụ khí thải cục bộ tại khu vực lòng chảo chân núi đá.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân tích định lượng, 04 giải pháp can thiệp kỹ thuật và quản lý môi trường đồng bộ được đề xuất:

  • Lắp đặt hệ thống giàn phun sương dập bụi tự động tại trạm nghiền sàng và bao che kín toàn bộ các băng tải chuyền đá Base, Subbase. Mục tiêu kỹ thuật là giảm thiểu 75 - 80% lượng bụi phát tán thứ cấp (tương đương cắt giảm khoảng 65 tấn bụi/năm tại xưởng chế biến). Thời gian hoàn thành trong Quý III/2020 do Doanh nghiệp khai thác mỏ chủ trì thực hiện.
  • Chuyển đổi công nghệ nổ mìn sang phương pháp vi sai phi điện, tính toán định mức thuốc nổ ANFO chính xác theo từng tầng cắt lớp nhỏ (chiều cao tầng 6 - 10m). Mục tiêu là giảm 30% lượng thuốc nổ sử dụng hàng năm, hạ thấp nồng độ khí CO2 và triệt tiêu sóng xung kích rung chấn xuống dưới mức 65 dBA tại khu vực dân cư. Thời gian áp dụng thử nghiệm và chuẩn hóa quy trình trong vòng 06 tháng bởi Đội ngũ kỹ thuật mỏ.
  • Xây dựng hệ thống rãnh gom kết hợp hồ lắng bậc 3 có diện tích tối thiểu 0,15 ha để thu gom và xử lý toàn bộ nước mưa chảy tràn, tách lọc triệt để 29 tấn bùn thải phát sinh trong mỗi chu kỳ 15 ngày; đồng thời thu gom định kỳ 275 kg chất thải nguy hại theo quy định Thông tư 12/2006/TT-BTNMT. Thời gian triển khai liên tục trong suốt vòng đời dự án do Ban quản lý mỏ chịu trách nhiệm.
  • Tăng cường cơ chế giám sát liên ngành và đầu tư trạm quan trắc bụi tự động liên tục kết nối dữ liệu về trung tâm điều hành. Nâng tần suất kiểm tra đột xuất của cơ quan chức năng lên tối thiểu 02 lần/năm tại các mỏ đá huyện Chi Lăng và Hữu Lũng. Thời gian thực hiện từ năm 2020 do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn chủ trì phối hợp cùng chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 04 nhóm đối tượng chính:

  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn, Chi cục Bảo vệ Môi trường, Phòng Tài nguyên Môi trường các huyện): Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng và phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm phục vụ công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), cấp phép khai thác và xây dựng quy hoạch khoáng sản giai đoạn 2020 - 2030.
  • Ban lãnh đạo và kỹ sư vận hành tại các doanh nghiệp khai khoáng: Đề tài cung cấp hướng dẫn kỹ thuật chi tiết về cải tiến quy trình công nghệ cắt tầng nhỏ, tối ưu hóa sơ đồ đập nghiền 2 cấp và 3 cấp nhằm giảm thiểu tổn thất nguyên liệu và tiết kiệm chi phí bảo vệ môi trường.
  • Các đơn vị tư vấn môi trường và chuyên gia lập báo cáo ĐTM: Nguồn tham khảo chuẩn xác về hệ số ô nhiễm chuyên ngành đá vôi xây dựng theo chuẩn WHO, cùng khung tính toán suy giảm tiếng ồn cơ giới và lan truyền khí nổ mìn.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên các ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên, Kỹ thuật Mỏ: Cẩm nang học thuật về phương pháp tích hợp giữa điều tra xã hội học định lượng (104 mẫu) và quan trắc hóa lý môi trường hiện trường.

Câu hỏi thường gặp

Hoạt động nào phát sinh tải lượng bụi lớn nhất trong toàn bộ chu trình khai thác đá vôi? Công đoạn nổ mìn phá đá tạo ra tải lượng bụi lớn nhất với hệ số 0,4 kg bụi/tấn sản phẩm, tương đương 237,6 tấn bụi/năm tại mỏ công suất 594.000 tấn. Tải lượng này cao gấp gần ba lần so với công đoạn nghiền sàng chế biến (0,14 kg bụi/tấn, đạt 83,16 tấn/năm).

Mức độ tiếng ồn từ khai trường khai thác đá lan truyền và suy giảm ra môi trường xung quanh như thế nào? Cường độ âm thanh từ các thiết bị cơ giới nặng (80 - 94 dBA ở khoảng cách 2m) suy giảm theo hàm logarit khoảng cách. Tại cự ly 200m, mức ồn giảm xuống 64 - 73 dBA và tiếp tục hạ xuống 52 - 68 dBA ở cự ly 500m, hoàn toàn tuân thủ giới hạn 70 dBA ban ngày của QCVN 26:2010/BTNMT.

Tại sao nồng độ quan trắc không khí đạt quy chuẩn nhưng người dân địa phương vẫn phản ánh tình trạng ô nhiễm? Số liệu quan trắc hóa lý phản ánh giá trị trung bình tại thời điểm đo đạc, trong khi ô nhiễm từ khai thác đá mang tính chất xung đột biến. Hoạt động nổ mìn diễn ra tức thời phát tán lượng bụi đậm đặc và sóng xung kích mạnh trong phạm vi ngắn, tác động trực tiếp đến tâm lý và sinh hoạt của người dân.

Chất thải nguy hại tại một mỏ khai thác đá vôi quy mô trung bình gồm những gì và khối lượng bao nhiêu? Ước tính một mỏ đá công suất 220.000 m³/năm phát sinh khoảng 275 kg chất thải nguy hại mỗi năm. Khối lượng này bao gồm 100 kg dầu nhớt thải từ máy cơ giới, 150 kg bình ắc quy chì hỏng, 20 kg giẻ lau dính dầu mỡ và 5 kg bóng đèn huỳnh quang hỏng.

Giải pháp nào được đánh giá mang lại hiệu quả cao nhất để kiểm soát bụi tại các trạm nghiền sàng? Biện pháp hiệu quả nhất là kết hợp bao che kín các cụm máy đập hàm, đập búa, sàng rung phân loại 3 lớp lưới và lắp đặt hệ thống vòi phun sương dập bụi áp lực cao tại các phễu cấp liệu rung, giúp triệt tiêu trên 75% bụi mịn ngay tại nguồn phát sinh.

Kết luận

  • Công trình đã hệ thống hóa và định lượng toàn diện hiện trạng phát thải môi trường không khí, tiếng ồn và chất thải rắn tại 02 mỏ đá vôi Chằm Đèo Phiếu và Đồng Mỏ trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn.
  • Kết quả quan trắc thực nghiệm cho thấy nồng độ vi khí hậu và khí độc (CO dưới 0,946 mg/m³, NO2 dưới 3,68 mg/m³) nằm trong giới hạn vệ sinh lao động, nhưng tải lượng bụi hàng năm phát sinh rất lớn (trên 421 tấn bụi tổng hợp/mỏ/năm).
  • Sự suy giảm tiếng ồn cơ giới đạt ngưỡng an toàn ở khoảng cách trên 200m, tuy nhiên tác động xung chấn nổ mìn đòi hỏi phải thay đổi sang công nghệ nổ vi sai định hướng phi điện.
  • Khảo sát 104 phiếu điều tra cộng đồng khẳng định yêu cầu cấp thiết phải tăng cường minh bạch thông tin quan trắc và giám sát môi trường định kỳ giữa doanh nghiệp và người dân.
  • Nghiên cứu đóng góp bộ giải pháp kỹ thuật khả thi, kết hợp giữa phun sương dập bụi, quy chuẩn hóa bãi chứa đất đá thải 4.000 m³/năm và nâng cao năng lực thanh kiểm tra môi trường mỏ.

Theo lộ trình khuyến nghị cho giai đoạn 2020 - 2025, các cơ sở khai thác đá vôi tại Lạng Sơn cần hoàn thành 100% việc lắp đặt hệ thống giảm thiểu bụi tại trạm nghiền và triển khai ký quỹ cải tạo phục hồi môi trường sau khai thác. Doanh nghiệp và các cơ quan quản lý cần phối hợp hành động ngay hôm nay để áp dụng các giải pháp công nghệ khai thác sạch hơn, hướng tới sự phát triển bền vững cho ngành công nghiệp vật liệu xây dựng tỉnh nhà.