自燃滑坡体发育特征及综合治理对策探讨

王向华，吴湘炬

(1.湖南省地质矿产勘查开发局四〇七队，湖南怀化 418000;2.怀化市国土资源局，湖南怀化 418000)

0 引言

2013年在湖南靖州县东面的金鸡岩采石场露天开采炭质板岩矿(俗称“石煤”)时，因采矿方法不当导致山体滑坡，滑体体积达80×104m3，前后缘高差达226 m，前缘宽度近320 m，后缘宽度达80 m，滑体厚度达10～25 m。由于滑坡的发生，造成滑体极其破碎。至2014年4月，在长期氧化作用下而产生自燃，大量的烟气冒出，造成了滑坡体附近空气污染十分严重，给当地居民的生产、生活造成了严重危害。为防止滑坡体对其前缘国防公路造成影响并防止自燃产生的含硫气体危害当地居民的生命安全、滑体渗出的地下水对县城供水水源地造成污染，有必要对该滑坡体进行综合治理［1-6］。

1 滑坡区地质环境条件

1.1 地形地貌

该滑坡处于靖州县城东面呈东西走向山脉的南坡金鸡岩地段，距靖州县城约5 km，其前缘为国防公路和长年性溪流，西面约4.5 km处为近南北流向的渠水，为靖州县城供水的水源地。滑坡所在山坡最高地形标高为624.30 m，最低地形标高为334.17 m，最大相对高差为290 m，地形坡度在35°～45°，上陡下缓。滑坡体最高标高为560 m，最低地形标高为334.17 m，最大高差226 m。滑坡所在山坡地形坡度陡，有利于岩土体滑动。

1.2 地层岩性

滑坡所在山坡分布的地层主要有第四系残坡积粉质黏土和寒武系下统牛蹄塘组炭质板岩。粉质黏土层厚度一般小于1.0 m，局部地段缺失。粉质黏土层含10%～20%的碎石，表层含少量腐植质，透水性较好，有利于降水入渗。下伏基岩为炭质板岩，强风化层厚度大，一般达5～10 m，强风化炭质板岩风化节理裂隙发育，岩石破碎，强度低。其下中至微风化炭质板岩多呈薄至中层状，炭质成份含量高，强度低，但隔水性较好。同时，在该山坡部位岩层产状为140°∠45°，岩层倾向与山坡坡向一致，岩层倾角约大于山坡坡度。同时，在炭质板岩层面之间夹有厚度1～2 cm的炭泥质层，为软弱夹层，且层面光滑。地层岩性条件有利于滑坡产生。

1.3 人类工程活动

该滑坡处原为私营炭质板岩矿。矿山顺山脚由下向上开采，于2013年在坡脚部位开挖形成了高达15～25 m、坡度达65°以上的近直立的临空面，并在前缘形成宽度近50m的平地。2014年年初，为扩大生产规模，采用平硐爆破的方法，在坡脚部位向坡体内开挖平硐，然后在平硐内进行爆破。爆破后使山坡坡体直接产生滑坡，大半个山体表层岩土体向下移动近50m而堆积于山坡上。

从上述地形地貌条件、地层岩性条件和人类工程活动条件分析可以看出，地形地貌、地层岩性是滑坡产生的内在因素，人类工程活动是滑坡发生的诱发因素。上述地质环境条件有利于滑坡产生。

2 滑坡发育特征

2.1 滑坡总体特征

该滑坡为牵引式顺向岩质滑坡，滑坡后所形成的松散堆积体主要为炭质板岩块石，结构松散。滑体前缘堆积在原有矿坪平地上。滑体前缘宽度约320m，后缘宽度为80 m，滑体长度约230 m，滑体厚度在10～25 m，平均厚度约15 m，总方量近80×104m3(图1)。滑坡后缘形成高约30 m的陡坎，两侧形成高度在10～20 m的滑壁，在坡体中部形成宽度约50 m的平台。前缘呈膨胀状。滑体表面呈上、下陡，中间缓，滑体前缘坡度约30°，后缘坡度在50°，中部坡度在15°～20°。松散堆积体的表层均为炭质板岩碎块。滑体后缘已形成岩质陡坎，高度达 30 m［7-9］。

图1 金鸡岩滑坡工程地质平面图［1］Fig．1 Engineering geology plan of the Jinji Rockslide1—寒武系下统牛蹄塘组;2—滑坡体界线及滑坡方向;3—矿区范围;4—岩层产状。

2.2 滑面特征

该滑坡体的滑动面为炭质板岩岩层面，产状为140°∠45°，其倾向与坡向一致，倾角大于坡角。从该滑坡体侧壁所揭露出的岩层面可以看出，炭质板岩岩层面光滑平整，并附有一层厚度仅几个毫米的炭泥质夹层，强度低，特别是遇水后快速软化呈泥状。该层较均匀地附于岩层面上。受软弱夹层的影响，岩层面粘结强度低，抗滑动能力弱。

2.3 滑床特征

该滑坡的滑床为中至微风化炭质板岩，滑床岩层产状为140°∠42°(图2)。滑床岩石强度低，为软质岩，易破碎，但在未破坏的情况下较完整，隔水性好，降水垂直渗入后至层面部位转为沿岩层面向下渗流，导致层面夹层软化。同时，滑床岩层面粘结强度低，也有利于上覆岩层滑动。

图2 滑坡工程地质剖面图［1］Fig．2 Engineering geology profile map of the Jinji Rockslide1—岩质板岩;2—滑坡堆积体;3—滑动面;4—寒武系下统牛蹄塘组;5—第四系残坡积层;6—岩层产状。

2.4 滑坡体自然前特征

滑坡发生后，滑体沿山坡自然堆积，目前处于较稳定状态。但滑坡体前缘全部为炭质板岩碎块，结构松散，在降水的侵蚀、冲刷下，容易引发前缘碎石继续向下滑动(图3)。

图3 滑坡体自燃前全貌Fig．3 The full view of the landslide before spontaneous combustion

2.5 滑坡体自燃后现状

该滑体从2013年年底开始自燃冒烟，至2014年年底整个滑体的不同部位均发生不同程度的自燃(图4)。自燃后在地表表现为大面积冒出白色、具有强烈刺激性的烟雾，并导致部份岩石被烧成石灰状。目前，从滑坡前缘至后缘，滑体内部均发生了自燃，大量的白色刺激性气体排出滑坡体外。

3 滑坡体自燃成因分析

图4 滑坡体自燃后全貌Fig．4 The full view of the landslide after spontaneous combustion

煤是一种重要燃料，但随着开采时间和开采量的增加，其储量越来越少，其价格也越来越高。在当前的农村地区，烧制建筑用砖的燃料逐渐被含炭量较高、发热量较低，但开采容易、价格便宜的炭质板岩(俗称“石煤”)所替代。

石煤与煤具有相同的性质，也具有相同的自燃条件。石煤与空气接触，会发生氧化反应，并放出热量［2］。发生氧化反应后，使石煤堆的温度升高。温度升高后，又加速了氧化反应速度。这样，就使石煤堆的温度越来越高。当温度超过自燃点时，就会自燃。石煤的自燃是通风不好热量积累的结果，但其外层热量能够得到散发，所以石煤的自燃都是从内部开始，逐渐向外扩展。形成石煤自然发火主要有以下3个因素:

(1)石煤的自燃倾向性:石煤的自燃倾向性是形成自然发火的内在因素，自燃倾向性越高，自然发火的可能性越大，自然发火期越短。

(2)合适的供氧条件:空气不仅使石煤氧化，又能带走因氧化生成的热量。供氧量不足，产生的热量就少;供氧量过大，热量不能积聚，所以供氧量不足或过大都不能形成自然发火。只有在合适的供氧条件下才可能自燃。

(3)良好的蓄热环境:石煤是热的不良导体，层越厚，越容易造成良好的热量集聚条件，同时形成自燃必须有一个时间过程，经过潜伏期、自热期而发生自然发火。

该矿区主要开采炭质板岩，俗称“石煤”，其主要成份及发热量如下表1，用于烧制建筑用砖。

未发生滑坡前，炭质板岩表层覆盖有较厚的残坡积粉质黏土、强至中风化炭质板岩，能隔绝氧气。而滑坡发生后，原有较完整的岩层被完全破碎，形成块石堆积，裂隙率急剧增大，裂隙连通性增强，有利于空气进入含炭量较高的炭质板岩中。从表1可以看出，该滑坡体中的炭质板岩发热量均大于1000卡/g，具备了自燃的条件。炭质板岩是热的不良导体，层越厚，越容易造成良好的热量集聚条件。同时，形成炭质板岩自燃必须有一个时间过程，经过潜伏期、自热期而发生自然发火。

表1 石煤(炭质板岩)矿石特征及有益有害成份表Table 1 Ore characteristics，beneficial and harmful ingredients of the stone coal(carbonaceous slate)

根据该矿区化学成份与发热量分析资料，在炭质板岩(俗称“石煤”)中硫含量为0.25～4.48%，P2O5含量0.28% ～0.75%，发热量在1023-1138卡/g。该地层发热量大，并含有易燃的S、P2O5等助燃剂，为石煤燃烧提供了有利条件。滑坡发生后，滑体岩石全部破碎呈块状、碎块状，裂隙快速增大并贯通，为空气的进入提供了通道。富含于炭质板岩中的S、P2O5等易燃物经空气氧化后产生热量，引发其中的炭燃烧。由于滑体面积大，且下部散热性差，温度高，易氧化自燃，从而造成整个滑体自下而上缓慢燃烧。因其含硫量高，自燃时同时释放出强刺激性的二氧化硫气体。

4 环境污染及防治对策

4.1 环境污染

燃烧产生的气体强烈刺鼻，导致滑体四周的树木死亡;浓烟刺激四周居民，造成附近居民无法在原地生活，已搬迁至外地。降雨渗入滑体后，在滑体前缘渗出地表，汇入滑体前缘的溪流，呈绿色、褐黄色，通过滑体前缘的溪流直接排入渠水中，造成渠江水被污染。

4.2 防治对策

对该滑坡的综合治理主要体现在防止滑坡体进一步滑移和滑坡体自燃规模扩大及渗滤液进一步污染河(溪)流。

4.2.1 滑坡体支护措施

主要采取放坡+重力式挡墙的方法进行支护处理［3］。先在滑坡体前缘设计重力式挡土墙，用于支挡滑坡体前缘进一步滑动，然后将滑坡体进行放坡，同时清除滑体后缘陡壁上的松散岩土体。整个滑坡体表层按4级台阶进行放坡，放坡坡率为1∶1.5～1∶1.7。

4.2.2 滑坡体灭火措施

主要目的是隔绝空气进入滑坡体内。采取处理措施有两种:

(1)帷幕灌浆

在四级台阶上钻孔进行帷幕灌浆，用于阻塞空气进入滑坡体内，防止滑坡松散堆积体继续自燃。灌浆材料为泥浆和阻燃剂，按一定的比例混合后通过高压泵压入滑坡体内。阻燃剂主要选用煤矿新型MHA高分子灭火阻燃剂。灌浆钻孔间距为1.5 m×1.5 m，钻孔深度直达滑动面以下3～5 m。灌浆过程中，通过泥浆泵的压力进行控制，直至达到设计压力要求。

(2)覆土还绿

待所有的压浆孔压完浆并灭火后，在滑体表层覆盖粘性土。覆土分三层，第一层厚度0.3 m，沿铺设面全部压实或夯实。在第一层压实完后再覆盖第二层，第二层厚0.3 m，全部铺完后进行适当夯实。第三层铺上10～30 cm厚的耕作土层。铺完一定时间后，再测定滑体内部温度，当达到正常值后再种上树木，并播种草籽，达到全坡面绿化的目的。覆土还绿工程应当在全部灭火，且滑体内部温度达到正常值后再进行，在该时间段内应进行定期监测。

4.2.3 污染水处理措施

(1)截排水沟

在滑体后缘和滑体两侧修建截排水沟，将降雨在两侧和滑体顶部山坡所形成的地表水流引入截水沟中，防止降水大量渗入滑坡体内而造成地下水污染。

(2)污染水处理

滑坡体前缘为长年性溪流。先将溪流改道，避免溪水与滑体前缘渗出的地下水混合。然后在冲沟下游边缘修建污水处理池，集中收集处理滑体前缘渗出的地下水，并随时取样进行分析。当达到当地水质标准后再排放。污染水处理应进行专项设计。

4.2.4 监测措施

主要包括滑体内部温度监测和水质监测、滑体变形监测。

内部温度监测:在灭火工程完工后，在滑体不同台阶部位各施工2个滑体地温温度观测孔，用于观测温度变化情况。

水质监测:定期采取滑体渗出的地下水、溪水和处理后的水样进行分析，了解污染成分随时间的变化规律，为后期水处理提供指导。

滑体变形监测:一方面监测滑体的移动变形，另一方面监测滑体表面的沉陷变形。通过变形监测，随时采取针对性措施进行处理。

5 结语

该滑坡综合治理工程目前处于后期，通过采取抗滑、灌浆、覆土、污水处理等综合处理措施后，起火冒烟面积已减少，滑体前缘渗出的地下水量也减少，并进行了集中收集处理，经多次处理后已达到了排放标准。综合治理工程所采取的措施已起到了有效的作用。

在湘西南地区，分布有面积较广的寒武系炭质板岩和炭质页岩(石煤资源)，在开采过程中应加强环境保护意识。

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