自燃滑坡體發(fā)育特征及綜合治理對(duì)策探討

王向華，吳湘炬

(1.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四〇七隊(duì)，湖南懷化 418000;2.懷化市國(guó)土資源局，湖南懷化 418000)

0 引言

2013年在湖南靖州縣東面的金雞巖采石場(chǎng)露天開(kāi)采炭質(zhì)板巖礦(俗稱(chēng)“石煤”)時(shí)，因采礦方法不當(dāng)導(dǎo)致山體滑坡，滑體體積達(dá)80×104m3，前后緣高差達(dá)226 m，前緣寬度近320 m，后緣寬度達(dá)80 m，滑體厚度達(dá)10～25 m。由于滑坡的發(fā)生，造成滑體極其破碎。至2014年4月，在長(zhǎng)期氧化作用下而產(chǎn)生自燃，大量的煙氣冒出，造成了滑坡體附近空氣污染十分嚴(yán)重，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活造成了嚴(yán)重危害。為防止滑坡體對(duì)其前緣國(guó)防公路造成影響并防止自燃產(chǎn)生的含硫氣體危害當(dāng)?shù)鼐用竦纳踩?、滑體滲出的地下水對(duì)縣城供水水源地造成污染，有必要對(duì)該滑坡體進(jìn)行綜合治理［1-6］。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

該滑坡處于靖州縣城東面呈東西走向山脈的南坡金雞巖地段，距靖州縣城約5 km，其前緣為國(guó)防公路和長(zhǎng)年性溪流，西面約4.5 km處為近南北流向的渠水，為靖州縣城供水的水源地。滑坡所在山坡最高地形標(biāo)高為624.30 m，最低地形標(biāo)高為334.17 m，最大相對(duì)高差為290 m，地形坡度在35°～45°，上陡下緩?；麦w最高標(biāo)高為560 m，最低地形標(biāo)高為334.17 m，最大高差226 m。滑坡所在山坡地形坡度陡，有利于巖土體滑動(dòng)。

1.2 地層巖性

滑坡所在山坡分布的地層主要有第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組炭質(zhì)板巖。粉質(zhì)黏土層厚度一般小于1.0 m，局部地段缺失。粉質(zhì)黏土層含10%～20%的碎石，表層含少量腐植質(zhì)，透水性較好，有利于降水入滲。下伏基巖為炭質(zhì)板巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，一般達(dá)5～10 m，強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)板巖風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，強(qiáng)度低。其下中至微風(fēng)化炭質(zhì)板巖多呈薄至中層狀，炭質(zhì)成份含量高，強(qiáng)度低，但隔水性較好。同時(shí)，在該山坡部位巖層產(chǎn)狀為140°∠45°，巖層傾向與山坡坡向一致，巖層傾角約大于山坡坡度。同時(shí)，在炭質(zhì)板巖層面之間夾有厚度1～2 cm的炭泥質(zhì)層，為軟弱夾層，且層面光滑。地層巖性條件有利于滑坡產(chǎn)生。

1.3 人類(lèi)工程活動(dòng)

該滑坡處原為私營(yíng)炭質(zhì)板巖礦。礦山順山腳由下向上開(kāi)采，于2013年在坡腳部位開(kāi)挖形成了高達(dá)15～25 m、坡度達(dá)65°以上的近直立的臨空面，并在前緣形成寬度近50m的平地。2014年年初，為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，采用平硐爆破的方法，在坡腳部位向坡體內(nèi)開(kāi)挖平硐，然后在平硐內(nèi)進(jìn)行爆破。爆破后使山坡坡體直接產(chǎn)生滑坡，大半個(gè)山體表層巖土體向下移動(dòng)近50m而堆積于山坡上。

從上述地形地貌條件、地層巖性條件和人類(lèi)工程活動(dòng)條件分析可以看出，地形地貌、地層巖性是滑坡產(chǎn)生的內(nèi)在因素，人類(lèi)工程活動(dòng)是滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素。上述地質(zhì)環(huán)境條件有利于滑坡產(chǎn)生。

2 滑坡發(fā)育特征

2.1 滑坡總體特征

該滑坡為牽引式順向巖質(zhì)滑坡，滑坡后所形成的松散堆積體主要為炭質(zhì)板巖塊石，結(jié)構(gòu)松散。滑體前緣堆積在原有礦坪平地上。滑體前緣寬度約320m，后緣寬度為80 m，滑體長(zhǎng)度約230 m，滑體厚度在10～25 m，平均厚度約15 m，總方量近80×104m3(圖1)?；潞缶壭纬筛呒s30 m的陡坎，兩側(cè)形成高度在10～20 m的滑壁，在坡體中部形成寬度約50 m的平臺(tái)。前緣呈膨脹狀?；w表面呈上、下陡，中間緩，滑體前緣坡度約30°，后緣坡度在50°，中部坡度在15°～20°。松散堆積體的表層均為炭質(zhì)板巖碎塊。滑體后緣已形成巖質(zhì)陡坎，高度達(dá) 30 m［7-9］。

圖1 金雞巖滑坡工程地質(zhì)平面圖［1］Fig．1 Engineering geology plan of the Jinji Rockslide1—寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組;2—滑坡體界線及滑坡方向;3—礦區(qū)范圍;4—巖層產(chǎn)狀。

2.2 滑面特征

該滑坡體的滑動(dòng)面為炭質(zhì)板巖巖層面，產(chǎn)狀為140°∠45°，其傾向與坡向一致，傾角大于坡角。從該滑坡體側(cè)壁所揭露出的巖層面可以看出，炭質(zhì)板巖巖層面光滑平整，并附有一層厚度僅幾個(gè)毫米的炭泥質(zhì)夾層，強(qiáng)度低，特別是遇水后快速軟化呈泥狀。該層較均勻地附于巖層面上。受軟弱夾層的影響，巖層面粘結(jié)強(qiáng)度低，抗滑動(dòng)能力弱。

2.3 滑床特征

該滑坡的滑床為中至微風(fēng)化炭質(zhì)板巖，滑床巖層產(chǎn)狀為140°∠42°(圖2)?；矌r石強(qiáng)度低，為軟質(zhì)巖，易破碎，但在未破壞的情況下較完整，隔水性好，降水垂直滲入后至層面部位轉(zhuǎn)為沿巖層面向下滲流，導(dǎo)致層面夾層軟化。同時(shí)，滑床巖層面粘結(jié)強(qiáng)度低，也有利于上覆巖層滑動(dòng)。

圖2 滑坡工程地質(zhì)剖面圖［1］Fig．2 Engineering geology profile map of the Jinji Rockslide1—巖質(zhì)板巖;2—滑坡堆積體;3—滑動(dòng)面;4—寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組;5—第四系殘坡積層;6—巖層產(chǎn)狀。

2.4 滑坡體自然前特征

滑坡發(fā)生后，滑體沿山坡自然堆積，目前處于較穩(wěn)定狀態(tài)。但滑坡體前緣全部為炭質(zhì)板巖碎塊，結(jié)構(gòu)松散，在降水的侵蝕、沖刷下，容易引發(fā)前緣碎石繼續(xù)向下滑動(dòng)(圖3)。

圖3 滑坡體自燃前全貌Fig．3 The full view of the landslide before spontaneous combustion

2.5 滑坡體自燃后現(xiàn)狀

該滑體從2013年年底開(kāi)始自燃冒煙，至2014年年底整個(gè)滑體的不同部位均發(fā)生不同程度的自燃(圖4)。自燃后在地表表現(xiàn)為大面積冒出白色、具有強(qiáng)烈刺激性的煙霧，并導(dǎo)致部份巖石被燒成石灰狀。目前，從滑坡前緣至后緣，滑體內(nèi)部均發(fā)生了自燃，大量的白色刺激性氣體排出滑坡體外。

3 滑坡體自燃成因分析

圖4 滑坡體自燃后全貌Fig．4 The full view of the landslide after spontaneous combustion

煤是一種重要燃料，但隨著開(kāi)采時(shí)間和開(kāi)采量的增加，其儲(chǔ)量越來(lái)越少，其價(jià)格也越來(lái)越高。在當(dāng)前的農(nóng)村地區(qū)，燒制建筑用磚的燃料逐漸被含炭量較高、發(fā)熱量較低，但開(kāi)采容易、價(jià)格便宜的炭質(zhì)板巖(俗稱(chēng)“石煤”)所替代。

石煤與煤具有相同的性質(zhì)，也具有相同的自燃條件。石煤與空氣接觸，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，并放出熱量［2］。發(fā)生氧化反應(yīng)后，使石煤堆的溫度升高。溫度升高后，又加速了氧化反應(yīng)速度。這樣，就使石煤堆的溫度越來(lái)越高。當(dāng)溫度超過(guò)自燃點(diǎn)時(shí)，就會(huì)自燃。石煤的自燃是通風(fēng)不好熱量積累的結(jié)果，但其外層熱量能夠得到散發(fā)，所以石煤的自燃都是從內(nèi)部開(kāi)始，逐漸向外擴(kuò)展。形成石煤自然發(fā)火主要有以下3個(gè)因素:

(1)石煤的自燃傾向性:石煤的自燃傾向性是形成自然發(fā)火的內(nèi)在因素，自燃傾向性越高，自然發(fā)火的可能性越大，自然發(fā)火期越短。

(2)合適的供氧條件:空氣不僅使石煤氧化，又能帶走因氧化生成的熱量。供氧量不足，產(chǎn)生的熱量就少;供氧量過(guò)大，熱量不能積聚，所以供氧量不足或過(guò)大都不能形成自然發(fā)火。只有在合適的供氧條件下才可能自燃。

(3)良好的蓄熱環(huán)境:石煤是熱的不良導(dǎo)體，層越厚，越容易造成良好的熱量集聚條件，同時(shí)形成自燃必須有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，經(jīng)過(guò)潛伏期、自熱期而發(fā)生自然發(fā)火。

該礦區(qū)主要開(kāi)采炭質(zhì)板巖，俗稱(chēng)“石煤”，其主要成份及發(fā)熱量如下表1，用于燒制建筑用磚。

未發(fā)生滑坡前，炭質(zhì)板巖表層覆蓋有較厚的殘坡積粉質(zhì)黏土、強(qiáng)至中風(fēng)化炭質(zhì)板巖，能隔絕氧氣。而滑坡發(fā)生后，原有較完整的巖層被完全破碎，形成塊石堆積，裂隙率急劇增大，裂隙連通性增強(qiáng)，有利于空氣進(jìn)入含炭量較高的炭質(zhì)板巖中。從表1可以看出，該滑坡體中的炭質(zhì)板巖發(fā)熱量均大于1000卡/g，具備了自燃的條件。炭質(zhì)板巖是熱的不良導(dǎo)體，層越厚，越容易造成良好的熱量集聚條件。同時(shí)，形成炭質(zhì)板巖自燃必須有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，經(jīng)過(guò)潛伏期、自熱期而發(fā)生自然發(fā)火。

表1 石煤(炭質(zhì)板巖)礦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)

根據(jù)該礦區(qū)化學(xué)成份與發(fā)熱量分析資料，在炭質(zhì)板巖(俗稱(chēng)“石煤”)中硫含量為0.25～4.48%，P2O5含量0.28% ～0.75%，發(fā)熱量在1023-1138卡/g。該地層發(fā)熱量大，并含有易燃的S、P2O5等助燃劑，為石煤燃燒提供了有利條件?；掳l(fā)生后，滑體巖石全部破碎呈塊狀、碎塊狀，裂隙快速增大并貫通，為空氣的進(jìn)入提供了通道。富含于炭質(zhì)板巖中的S、P2O5等易燃物經(jīng)空氣氧化后產(chǎn)生熱量，引發(fā)其中的炭燃燒。由于滑體面積大，且下部散熱性差，溫度高，易氧化自燃，從而造成整個(gè)滑體自下而上緩慢燃燒。因其含硫量高，自燃時(shí)同時(shí)釋放出強(qiáng)刺激性的二氧化硫氣體。

4 環(huán)境污染及防治對(duì)策

4.1 環(huán)境污染

燃燒產(chǎn)生的氣體強(qiáng)烈刺鼻，導(dǎo)致滑體四周的樹(shù)木死亡;濃煙刺激四周居民，造成附近居民無(wú)法在原地生活，已搬遷至外地。降雨滲入滑體后，在滑體前緣滲出地表，匯入滑體前緣的溪流，呈綠色、褐黃色，通過(guò)滑體前緣的溪流直接排入渠水中，造成渠江水被污染。

4.2 防治對(duì)策

對(duì)該滑坡的綜合治理主要體現(xiàn)在防止滑坡體進(jìn)一步滑移和滑坡體自燃規(guī)模擴(kuò)大及滲濾液進(jìn)一步污染河(溪)流。

4.2.1 滑坡體支護(hù)措施

主要采取放坡+重力式擋墻的方法進(jìn)行支護(hù)處理［3］。先在滑坡體前緣設(shè)計(jì)重力式擋土墻，用于支擋滑坡體前緣進(jìn)一步滑動(dòng)，然后將滑坡體進(jìn)行放坡，同時(shí)清除滑體后緣陡壁上的松散巖土體。整個(gè)滑坡體表層按4級(jí)臺(tái)階進(jìn)行放坡，放坡坡率為1∶1.5～1∶1.7。

4.2.2 滑坡體滅火措施

主要目的是隔絕空氣進(jìn)入滑坡體內(nèi)。采取處理措施有兩種:

(1)帷幕灌漿

在四級(jí)臺(tái)階上鉆孔進(jìn)行帷幕灌漿，用于阻塞空氣進(jìn)入滑坡體內(nèi)，防止滑坡松散堆積體繼續(xù)自燃。灌漿材料為泥漿和阻燃劑，按一定的比例混合后通過(guò)高壓泵壓入滑坡體內(nèi)。阻燃劑主要選用煤礦新型MHA高分子滅火阻燃劑。灌漿鉆孔間距為1.5 m×1.5 m，鉆孔深度直達(dá)滑動(dòng)面以下3～5 m。灌漿過(guò)程中，通過(guò)泥漿泵的壓力進(jìn)行控制，直至達(dá)到設(shè)計(jì)壓力要求。

(2)覆土還綠

待所有的壓漿孔壓完漿并滅火后，在滑體表層覆蓋粘性土。覆土分三層，第一層厚度0.3 m，沿鋪設(shè)面全部壓實(shí)或夯實(shí)。在第一層壓實(shí)完后再覆蓋第二層，第二層厚0.3 m，全部鋪完后進(jìn)行適當(dāng)夯實(shí)。第三層鋪上10～30 cm厚的耕作土層。鋪完一定時(shí)間后，再測(cè)定滑體內(nèi)部溫度，當(dāng)達(dá)到正常值后再種上樹(shù)木，并播種草籽，達(dá)到全坡面綠化的目的。覆土還綠工程應(yīng)當(dāng)在全部滅火，且滑體內(nèi)部溫度達(dá)到正常值后再進(jìn)行，在該時(shí)間段內(nèi)應(yīng)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。

4.2.3 污染水處理措施

(1)截排水溝

在滑體后緣和滑體兩側(cè)修建截排水溝，將降雨在兩側(cè)和滑體頂部山坡所形成的地表水流引入截水溝中，防止降水大量滲入滑坡體內(nèi)而造成地下水污染。

(2)污染水處理

滑坡體前緣為長(zhǎng)年性溪流。先將溪流改道，避免溪水與滑體前緣滲出的地下水混合。然后在沖溝下游邊緣修建污水處理池，集中收集處理滑體前緣滲出的地下水，并隨時(shí)取樣進(jìn)行分析。當(dāng)達(dá)到當(dāng)?shù)厮|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后再排放。污染水處理應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)。

4.2.4 監(jiān)測(cè)措施

主要包括滑體內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)、滑體變形監(jiān)測(cè)。

內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè):在滅火工程完工后，在滑體不同臺(tái)階部位各施工2個(gè)滑體地溫溫度觀測(cè)孔，用于觀測(cè)溫度變化情況。

水質(zhì)監(jiān)測(cè):定期采取滑體滲出的地下水、溪水和處理后的水樣進(jìn)行分析，了解污染成分隨時(shí)間的變化規(guī)律，為后期水處理提供指導(dǎo)。

滑體變形監(jiān)測(cè):一方面監(jiān)測(cè)滑體的移動(dòng)變形，另一方面監(jiān)測(cè)滑體表面的沉陷變形。通過(guò)變形監(jiān)測(cè)，隨時(shí)采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)語(yǔ)

該滑坡綜合治理工程目前處于后期，通過(guò)采取抗滑、灌漿、覆土、污水處理等綜合處理措施后，起火冒煙面積已減少，滑體前緣滲出的地下水量也減少，并進(jìn)行了集中收集處理，經(jīng)多次處理后已達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。綜合治理工程所采取的措施已起到了有效的作用。

在湘西南地區(qū)，分布有面積較廣的寒武系炭質(zhì)板巖和炭質(zhì)頁(yè)巖(石煤資源)，在開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

［1］王來(lái)貴，劉向峰，姚再興，等.大中型露天煤礦閉坑地質(zhì)災(zāi)害淺析［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2002，13(3):51-54.WANG Laigui，LIU Xiangfeng，YAO Zaixing，et al.Study on geological hazards of closed large-medium open coal pit［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2002，13(3):51-54.

［2］胡凱衡，丁明濤.滑坡泥石流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架體系［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2013，24(2):26-30.Discussion on framework of landslide and debris-flow risk assessments［J］. The Chinese Journalof Geological Hazard and Control，2013，24(2):26-30.

［3］王濤，吳樹(shù)仁，石菊松，等.滑坡強(qiáng)度與能級(jí)的概念辨析及評(píng)估方法探討［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2013，40(2):92-100.WANG Tao，WU Shuren，SHI Jusong，et al.A study of concept discrimination and assessment methods of landslide intensity and magnitude［J］.Hydrogeology＆ Engineering Geology，2013，40(2):92-100.

［4］趙國(guó)通，朱小龍，馬佰衡.河北省崩塌滑坡滯后于降雨的地質(zhì)背景分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2015，42(2):51-55.ZHAO Guotong， ZHU Xiaolong， MA Baiheng.Geological background analysis of the collapse and landslide lagging behind rainfall in Hebei provice［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2015，42(2):51-55.

［5］黃雯，方瓊，王國(guó)衛(wèi)，等.湖南茶陵滑坡空間預(yù)警的降雨臨界值初步分析［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2014，25(3):38-42.HUANG Wen，F(xiàn)ANG Qiong，WANG Guowei，et al.Preliminary study on the critical rainfall for landslide space early warning in chaling county of Hunan province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2014，25(3):38-42.

［6］陽(yáng)岳龍，廖靜男，林劍.湖南郴州市山洪災(zāi)害的特征及成因分析［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2008，19(3):34-38.YANG Yuelong， LIAO Jingnan， LIN Jian.The genesis and feature of mountain torrent disaster in Chenzhou city，Hunan province［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2014，25(3):38-42.

［7］楊建興.金雞巖采石場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性鑒定報(bào)告［R］.湖南懷化:湖南省建設(shè)工程勘察院，2013.YANG Jianxing.The identify report of the Jinji rock quarry side slope stability［R］.Huaihua，Hunan:Institute of Hunan Construction Project Exploration，2013.

［8］肖華.靖州縣金雞巖滑坡自燃地質(zhì)災(zāi)害滅火及應(yīng)急防治工程初步方案［R］.湖南長(zhǎng)沙:湖南省地質(zhì)建設(shè)工程(集團(tuán))總公司，2014.XIAO Hua. The preliminary blue printoffire extinction and emergencyprevention oflandslide spontaneous combustion in the Jinji Rock，Jingzhou county［R］.Changsha，Hunan:Hunan Geological Construction Project(group)Head Office，2014.

［9］郭鵬.煤自燃的原理與防治處理［R］.山西大同:大同中新能源有限公司，2007.GUO Peng.The theory and preventive treatment of coal spontaneous combustion［R］.Datong，Shanxi:Datong Zhongxin Energy Co.Ltd，2007.