Катастрофы: неистовая Земля

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 углеобразования 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 штрека 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.