Текст книги "Катастрофы: неистовая Земля"
Автор книги: Тони Уолтхэм
сообщить о нарушении
Текущая страница: 19 (всего у книги 20 страниц)
Проблемы при разработке месторождений угля
Добыча угля занимает особое место в промышленном мире, во-первых, в связи с огромными масштабами и большой экономической важностью угольной промышленности, а во-вторых, потому, что угледобытчики подвергают свою жизнь повышенной опасности. Большинство шахтеров всего мира занято в угледобывающей промышленности, поэтому вдвойне досадно, что именно этот процесс гораздо опаснее извлечения любого другого полезного ископаемого. Это объясняется отнюдь не низким уровнем методов разработки и техники безопасности, а определенными чертами геологических обстановок, в которых встречается уголь, в частности его связью со взрывными и ядовитыми газами, а также залеганием в толщах структурно слабых осадочных пород. Уголь образуется вследствие бактериального разложения отмершей растительности, и одним из многочисленных побочных продуктов являются различные газы, в том числе чрезвычайно легко воспламеняющийся метан. Во многих случаях углеобразо-вания газы выделяются и улетучиваются, однако нередко любые пористые породы – сам уголь или песчаник – могут улавливать метан, даже если он находится под высоким давлением. Выделяющийся в угольных шахтах газ может быть ядовитым, а, смешиваясь с воздухом, становится взрывоопасным. Некоторые угольные пласты содержат очень большие количества газа, тогда как в других он практически отсутствует. Легко измерить объем газа, выделяющегося из любого угольного пласта, однако обычно бывает невозможно установить, почему именно данный слой содержит газ. На основании геологических данных нельзя, к сожалению, заранее сказать, существует ли опасность появления газа в данной угольной шахте или такой опасности нет.
Добыча угля – это единственный вид подземных работ, при которых следует опасаться возникновения взрывных газов. Обычно при проходке туннелей в угленосных районах можно встретить газ, однако быстрая облицовка штрека бетоном почти полностью устраняет всякую опасность. Кроме угля газ сопутствует нефти, которая также образуется вследствие разложения органических, но уже преимущественно животных, остатков. Гидротехнический канал в Сан-Фернандо близ Лос-Анджелеса (Калифорния) был построен в 1971 г. в очень пористых песчаниках, содержащих нефть и природный газ. Сначала произошло несколько слабых взрывов газа, а затем последовал более сильный, унесший 16 человеческих жизней. Некоторые люди погибли при самом взрыве, другие – при пожаре, последовавшем за ним, третьи задохнулись в смертоносной смеси газов.
Взрываться в шахтах может и угольная пыль, находящаяся в воздухе: смешиваясь с соответствующим количеством воздуха, она становится столь же опасной, как динамит. Взрыв угольной пыли, происшедший в апреле 1942 г. на угольном руднике Хон-кейко в Китае, по праву считается самой страшной подземной катастрофой – при этом взрыве погибло 1572 шахтера. В какой-то мере опасность угольной пыли можно свести к минимуму, смешивая ее с инертной известняковой пылью; но газ, если он есть в угольном пласте, полностью удалить из выработок невозможно. Единственный путь борьбы с ним – это тщательное планирование вентиляционных систем и создание запасных выходов как для газов, так и для шахтеров. Значительные успехи, достигнутые в этом направлении, позволили заметно снизить число жертв несчастных случаев; в прошлом веке взрывы регулярно уносили множество человеческих жизней, в современных же шахтах они проявляются гораздо слабее и происходят реже.
Налаженная вентиляция позволяет легко справляться с постоянными и предсказуемыми просачиваниями газа. Но значительную опасность таят отдельные «выбросы» включений газа, находящегося под давлением, когда газ буквально взрывается, вырываясь из угольных пластов. В 1971 г. при прорыве газа в угольном руднике Синхейдр в Уэльсе погибло шесть шахтеров. Даже при ретроспективном рассмотрении оказалось, что эту катастрофу невозможно было предвидеть. Свести к минимуму воздействие газов можно было лишь при помощи огромного числа буровых скважин и вентиляционных установок, но даже в этом случае весьма сомнительно, что человеческих жертв удалось бы избежать.
Выработка крупных участков в горизонтальных или слабо наклоненных пластах неизбежно создает определенную опасность обрушения пород. Уголь обычно приурочен к толщам осадочных пород, представляющих собой переслаивание относительно рыхлых сланцев и достаточно крепких – при условии отсутствия трещин – песчаников. Такое сочетание пород весьма непрочно, и поэтому опасность существует при разработке любых угольных месторождений. Хотя крупные обрушения, как можно надеяться, стали достоянием прошлого благодаря улучшению техники безопасности, небольшие камнепады, вероятно, не прекратятся никогда, в одной только Великобритании они ежегодно уносят в среднем 13 человеческих жизней.
В 1837 г. на угольном руднике Уоркингтон на северо-западе Англии вели выемку угля в пластах, залегающих под морским дном. Кровлю выработок поддерживали целики угля, для этого около 35 % угля оставляли в шахте. В целях экономии управляющий шахты приказал свести мощность целиков к минимуму. Это вообще бывает крайне опасно, а в Уоркингтоне делать такой шаг просто было нельзя, и 28 июля произошло неизбежное. Некоторые целики угля обвалились; кровля обрушилась; из-за разрушения пород в ней образовались трещины, дошедшие до самого морского дна, и в них устремилась морская вода. . С берега был виден водоворот, возникший в море над этим участком. В этот день в шахте утонуло 27 мужчин и мальчиков. Этой катастрофы могло бы не быть, поскольку надежные размеры целиков определяются как функция прочности угля и мощности покрова пород. Теоретические достижения в области горной механики и применение современных методов добычи по существу устранили опасность больших обрушений.
Однако незначительные обрушения кровли заранее предсказать почти невозможно, даже если этот «малый масштаб» достаточен, чтобы раздавить человека. Опыт работ в Северной Америке и Европе показал, что для предвидения возможного обрушения внимание должно быть обращено как на густоту трещин отдельности, так и на характеристики пород, залегающих в кровле. Например, если под массивным песчаником залегает маломощный пласт сланца, образующий кровлю угольного пласта, этот сланец обычно обрушается. В том случае, если в песчанике имеются зоны разломов, кровля становится слабой и из рыхлых сланцев часто выпадают конкреции железняка. Что ни говори, лишь бдительный глаз шахтера, прораба или рудничного геолога может дать наиболее точную оценку ситуации в каждом конкретном случае, однако при этом правильное понимание всего множества наблюдаемых геологических факторов будет играть весьма положительную роль.
Основную опасность при добыче угля таят газ и горные породы, на третьем месте после них стоит вода. Высокая водопроницаемость многих сопряженных с угольными пластами пород, особенно песчаников, делает присутствие воды в угольной шахте практически неизбежным. Приток воды даже из наиболее пористых песчаников вряд ли может угрожать жизни, однако он может нанести урон с экономической точки зрения, поскольку необходимо прерывать работы и постоянно откачивать воду. После того как шахта заброшена и откачка прекращена, водопроницаемость песчаников ведет к быстрому затоплению старых горных выработок до уровня местного водного зеркала. Поскольку с целью выемки максимального количества угля группы шахт располагают очень близко, существует опасность при проходке нового шт, река попасть в старые выработки-.
В 1973 г. вода прорвалась в угольный рудник Лофтхауз в Йоркшире и погибло семь шахтеров. Катастрофа произошла потому, что главные выработки уперлись в затопленные галереи заброшенных шахт. Это было допущено из-за плохого знания плана старых рудников; никто и не предполагал, какая угроза нависла над Лофтхаузом. Следует отметить, что в данном случае не было соблюдено одно из основных правил любого геологического исследования – предварительно изучать имеющиеся материалы. Ознакомление с планом заброшенной шахты во время расследования катастрофы показало, что при более детальном изучении старых документов жертв можно было бы избежать.
Гораздо более ужасная трагедия разыгралась в конце 1975 г. в угольном руднике Часнала в штате Бихар (Индия), когда при затоплении погибло 372 шахтера. Угольный пласт здесь круто наклонен, и вода из огромной затопленной открытой выработки прорвалась через штрек на глубине 150 м в подземные галереи. При таких масштабах затопления у шахтеров, трудившихся в главных выработках на глубине 300 м, никаких шансов на спасение не было. В данном случае о старой открытой выработке знали и была оставлена зона угля, игравшая роль барьера между водой и действующей шахтой. Но то ли барьер был недостаточно толстым для угля с такой степенью прочности, то ли уголь оказался более выветрелым и разрушенным, чем ожидалось, то ли глубина старой открытой выработки была больше, чем предполагалось, – во всяком случае затопление было допущено прежде всего из-за недостаточного знания геологической обстановки в районе шахты. Когда дело касается затапливаемых горных выработок, подобная неграмотность может обернуться катастрофой.
Возможно, спорным является вопрос, кто именно виноват в катастрофах, происшедших в шахтах Часнала и Лофтхауз. В подобных случаях трудно указать на кого-то определенного. Видимо, в этих катастрофах повинны и геологи, и горные инженеры, и управляющие шахт, и маркшейдеры.
В 1970 г. в угольный рудник Зелёнка в Польше прорвалась вода из расположенного на поверхности водоема и утонуло пять шахтеров. Было проведено расследование, в результате которого рудничный геолог, прораб, главный инженер и управляющий шахты были осуждены. В данном случае суд, очевидно, исходил из того, что трагедии в Зелёнке могло бы не быть, если бы эти лица должным образом выполняли свои обязанности. Несомненно, катастрофы такого рода можно было избежать.
В 1938 г. разведочная буровая скважина показала, что в неразрабатываемой части угленосного бассейна Нью-Камнок на северной оконечности Южных нагорий в Шотландии залегает мощный угольный пласт. Для его разработки в 1942 г. был открыт угольный рудник Нокшиннох-Касл. Два ствола шахты находились близко один к другому, от них отходили штреки, пройденные в пустой породе и игравшие роль подземных переходов. По ним можно было проникнуть в различные выработки, где велась выемка угля. Все угольные пласты падали на север, и в дальнейшем можно было бы вести выемку угля в этом направлении на гораздо большей глубине. К западу от этого участка находилась старая, заброшенная шахта, а на востоке новые выработки были ограничены зоной разломов.
До 1950 г. выемка угля в основном велась вверх по падению пород в южном и юго-восточном направлении. Месторождение разрабатывалось камерно-столбовым способом, при этом галереи шириной 5 м были пройдены в виде решетки, центры ячеек которой отстояли друг от друга на 30 м. Таким образом, извлекалась лишь одна треть угля, а две трети оставлялись для укрепления кровли. Высота штреков была около 2 м; в кровле тоже оставляли некоторое количество угля, которым поддерживался залегавший непосредственно на угле довольно рыхлый сланец. При нормальном использовании рудничных стоек никакой угрозы обрушения кровли не существовало.
В 1950 г. выемка угля велась в основном вокруг главного подходного пути штрека 5, следовавшего наклонно вверх по падению в направлении главного разлома на юге. Выбраться из этих выработок можно было, только вернувшись вниз на уровень транспортных галерей западной шахты, а оттуда – к основанию ствола. Так же как и в других угольных бассейнах этой части Шотландии, геология шахты была непростой. На геологических картах в непосредственной близости от шахты были отмечены обнажения валунной глины, аллювия, торфа, гравия. Однако о мощности приповерхностных отложений ничего не было известно.
Угольный пласт рассекали несколько небольших разломов; пласт падал на север, причем по направлению к югу падение его становилось все более крутым. Было известно, что на юге имеется крупный разлом со значительным (более 300 м) смещением, и ожидалось, что он ограничит в этом направлении угленосный бассейн. Однако можно было лишь высказывать предположения относительно детального геологического строения участка за пределами выработок, и работы в штреке 5 продолжались, отчасти для разведки участка на юге-востоке. Предполагалось, что главный пласт на руднике Нокшиннох заканчивается у зоны дробления, протягивающейся вдоль главного разлома. В апреле 1950 г. отдел планирования при Комитете по делам угольных шахт рассчитал на основании падения угольного пласта, что это произойдет примерно на глубине 30 м от поверхности земли. Однако к югу падение пласта становилось еще более крутым, и вскоре всем работавшим в шахте стало ясно, что штрек в угольном пласте дойдет до земной поверхности, еще не достигнув зоны разлома. Руководство шахты даже полагало, что это будет весьма полезно для доступа к руднику и для его вентиляции.
13 августа 1950 г. на забое штрека 5 был произведен взрыв; он вскрыл границу коренных пород и перекрывающих их рыхлых отложений, из которых в шахту начала сочиться вода. Особой тревоги это не вызвало; были установлены дополнительные стойки для укрепления кровли шахты и работы в штреке временно прекращены; в течение недели никаких изменений не произошло. Тем временем маркшейдеры определили, что кровля в точке прорыва находилась на 11 м ниже поверхности земли. Утром 7 сентября после проливного дождя, шедшего на протяжении всей ночи, было замечено, что приток воды в шахту усилился. Основания стоек, укреплявших кровлю, покоились на обломках рыхлых пород; эти породы были быстро вымыты водой. Некоторые стойки рухнули, а вечером того же дня в штреке обрушился большой участок кровли. Одновременно наверху, над месторождением, образовалась неглубокая впадина, было решено отгородить этот участок поверхности. Шахтеры же продолжали работу.
В половине восьмого в шахте раздался «ужасный рев» и в штрек 5 обрушилась огромная масса насыщенной водой породы. По штреку потекла похожая на патоку река черного шлама, заливая все выработки. Грязь и торф заполнили проходы на северной стороне штрека и все галереи, ведшие к стволу; эта масса поднялась по главному стволу шахты и достигла глубины 8 м от его устья. В очистных выработках у верхнего края штрека 5 работали 11 человек; все они погибли в этом грязевом потоке. Еще два человека, стоявшие у конвейерных лент в нижнем конце штрека 5, были окружены жидким шламом и умерли медленной смертью. Шестерым шахтерам удалось подняться наверх по стволу шахты, но 116 человек сумели лишь пробраться к западному концу шахты, где они были впоследствии окружены шламом, заполнившим все галереи, ведущие к главному стволу. Благодаря счастливой случайности шахтеры оказались в той части шахты, которая находилась на расстоянии всего 8 м от горизонтальной выработки в заброшенной угольной копи Банк.
В течение двух суток проводились четко организованные и полные драматизма спасательные работы. Был пробит туннель, соединивший обе шахты, и все 116 шахтеров целыми и невредимыми вышли по запасному выходу из заполненных газом выработок, протягивавшихся более чем на 1,5 км. Успех спасательной операции заставил забыть о том, что это была катастрофа, в которой погибло 13 человек.
Рассматривая случай в шахте Нокшиннох, следует задавать вопрос, не как произошла эта катастрофа, а почему она произошла. Расследование показало, что основной ее причиной было отсутствие согласованности в действиях разных служб. У планировщиков имелась геологическая карта района, и они знали, что в районе месторождения есть торфяная залежь. Однако они полагали, что угольный пласт простирается до разлома, а не до земной поверхности, и дали указание продолжать работы в штреке 5. У руководства шахты геологической карты не было, но оно знало, что при проходке этого штрека шахтеры выйдут на поверхность земли, а не к разлому. Поскольку согласно указаниям отдела планирования работы в штреке 5 должны были продолжаться, руководство шахты не видело никаких оснований, чтобы их прекратить.
Обе названные группы должностных лиц ошибались в отношении геологии этого участка. Отдел планирования исходил из прогноза равномерного падения угольного пласта на протяжении 300 м в направлении ожидаемого пересечения пласта угля и зоны разлома. При этом не учитывалось, что слои горных пород изгибаются при движении против плоскости разлома; при таком крупном разломе, как тот, что существовал к югу от Нокшинноха, угольный пласт вполне мог круто подняться в южном направлении. Кроме того, не принималось во внимание, что в районе, столь сложном в структурном отношении, вполне могли встретиться другие складки или разломы. Планировщики же были абсолютно уверены в правильности своих прогнозов. С другой стороны, руководство шахты ограничилось тем, что просто следило, как штрек 5 приближается к земной поверхности. А ведь было совершенно ясно, что вблизи ее есть вероятность встретить отложения, которые, учитывая историю оледенений данного района, могут представлять определенную опасность.
В ледниковую эпоху вся территория Шотландии была покрыта ледниками. Район Нокшиннох находится на северном конце узкой ледниковой долины Глен-Афтон, где развиты валунные глины, мощность которых не была точно установлена. В этих условиях невозможно предсказать, какими именно будут приповерхностные отложения, и следовало бы тщательно проверить направление штрека 5. Фермер – владелец поля над штреком – знал о существовании торфяного слоя. Ему было известно, что земля здесь очень рыхлая и что на мокром участке растут камыши. Он видел торф и в канавах, окружавших поле, но фермера никто не спросил… Маркшейдеры, проверявшие уровень поверхности, установили, что «грунт несколько пропитан водой». Тем не менее никто не только не взглянул на геологическую карту, но даже не удосужился взять в руки лопату и сделать закопушку, чтобы посмотреть, что же там залегает.
Одна из рекомендаций, выработанных в ходе расследования катастрофы в шахте Нокшиннох, заключалась в следующем: ни одна горная выработка не должна приближаться к земной поверхности менее чем на 45 м, пока геология участка не будет изучена бурением или другими надежными методами; к этим методам может быть отнесена сейсморазведка. Кроме того, было рекомендовано еще до начала горных работ детально изучать геологию вышележащего участка.
Если бы в Нокшиннохе кто-нибудь, знавший расположение штрека 5, задумался над геологической обстановкой на этом участке, несчастья могло бы не быть. Если бы кто-нибудь хотя бы несколько минут побродил по полю, заглянул в канавы и бросил взгляд на геологическую карту или просто поболтал с фермером, тринадцать человеческих жизней были бы спасены. .
Следует еще раз подчеркнуть основные правила геологических исследований. Первым этапом при решении любой геологической проблемы являются чтение карты, проверка всех возможных источников информации, отбор проб грунта, а затем – анализ всех вероятных последствий. Понять геологию погребенных пород обычно бывает нелегко; это почти невозможно сделать, если не будут пробурены десятки скважин. Очень часто мы имеем дело с огромным количеством фрагментарной информации, по которой необходимо установить истинное положение вещей. Если неправильно подобрать факты или же упустить какой-либо из них, то составить общую картину не удастся. А при строительстве и планировании неполнота геологической картины нередко приводит к катастрофе.
Будущее
Катастрофы в Лётшберге и Нокшиннохе служат примерами того, к чему приводит игнорирование геологических условий. Однако эти несчастья уже в прошлом, а сооружение туннеля Сейкан – это будущее. Строительство невероятного подводного туннеля в Японии еще не завершено, поэтому пока его нельзя рассматривать как пример успешной проходки, тем более что уже возникал ряд сложностей, связанных с проблемами затопления.
С другой стороны, туннель Сейкан совершенно уникален. При его строительстве уже удалось пройти грунт гораздо более трудный, чем в Нокшиннохе и Лётшберге. Когда сооружение этого туннеля будет завершено, он станет олицетворением победы человека в борьбе с непокорными грунтами. Эта победа стала возможной только при современном уровне развития гражданского строительства.
Ход работ в туннеле Сейкан позволяет предполагать, что строительство будет завершено успешно. Это рискованное предприятие основано на результатах 25-летних геологических исследований и на анализе материалов, полученных при бурении множества скважин.
Если строительство туннеля Сейкан удастся успешно завершить, тогда практически любые другие работы под землей можно считать обычным делом при условии должного внимания к геологической обстановке. И наоборот, если при проведении любых горных работ илг; проходке туннелей в будущем произойдет катастрофа, вызванная особенностями грунтов, то причиной будет плохое знание геологии.
Но послужат ли прошлые катастрофы должным уроком или же человек по-прежнему не будет обращать внимания на геологическую обстановку и станет виновником новых бедствий?
