Розробка калійних і соляних родовищ пов'язана зі специфічними ризиками, якими ми вміємо управляти, але повністю контролювати їх ніхто не в змозі, - вважає директор Гірничого інституту УрО РАН Аркадій Красноштейн ...
Фото: В'ячеслав Кочетков
- Аркадій Євгенович, чому прориви води на Верхньокамському родовищі призводять до втрати вже другого рудника?
- Соляні шахти - це два-три пласта сумарної потужності десяти-п'ятнадцяти метрів, які знаходяться на глибині приблизно 400 метрів. Над ними розташовуються водоносні горизонти, вони відокремлені від розроблюваних пластів водозахисної товщею з декількох шарів соляно-мергелістих складу. Поки ця товща виконує свої функції - не пропускає воду в підземні пустоти, - все в порядку. Однак на соляних шахтах періодично з цієї водозахисної товщею виникають проблеми. До теперішнього часу в світі затоплено вже понад 80 рудників. При невеликих притоках води з якихось локальних водяних або розсолів лінз рідина ще можна відкачати, направити в спеціалізовані резервуари, але, якщо обсяги великі і вони надходять з великих водоносних горизонтів, соляна копальня практично гарантовано чекає смерть. На відміну від інших мінералів сіль швидко розчиняється в воді, тому перепинити їй шлях не виходить - вона промиває для себе нові шляхи.
Зазвичай рудник може піддатися затоплення через досить тривалий час після початку відпрацювання, коли виникає велика площа оголення, коли формується багато небезпечних ділянок. Що сприяє накопиченню внутрішніх напружень в пластах, що викликають підвищені деформації і призводять до розривів і тріщин в водозахисної товщі. Так що це природний процес.
- Спочатку не було розуміння тієї загрози, яку несуть підземні виробки?
- Коли починалася розробка Верхнекамского родовища, в тридцяті-п'ятдесяті роки минулого століття, рівень уявлень про геологію родовища був у порівнянні з нинішнім як знання першокласника і десятикласника. Кілька десятиліть тому вважалося, що якщо водозахистна товща становить 50 метрів, то все добре, якщо сотню - взагалі ні про що не треба думати, ніяких системних досліджень її властивостей просто не проводилося. Хоча в водозахисної товщі бувають аномалії, пов'язані, наприклад, з заміщенням міцніших порід на менш міцні. В процесі розробки можуть виникнути січні вертикальні і горизонтальні тріщини, розшарування. Раніше вважалося, що якщо між відпрацьованими камерами залишати цілики достатньої ширини, тобто незаймані ділянки породи, то вони не допустять великих осідань і стояти будуть вічно. Згодом з'ясувалося, що цілики все-таки руйнуються, а поверхня над ними починає просідати. Тим більше якщо рудник затоплений - тоді цілики частково розчиняються і зменшуються в розмірах.
Всі ці факти підштовхнули рудники до збільшення обсягів гідрозакладки вироблених просторів - особливо під міською забудовою. Стали звертати значну увагу на сейсморозвідку і інші методи геолого-геофізичного дослідження масиву. Почали виділяти ділянки з підвищеною сейсмічністю, що дозволило оперативно управляти закладними роботами. Завдяки цьому осідання істотно зменшуються, це дало можливість, зокрема, зберегти водозахисну товщу і врятувати перший і другий Солікамського рудники від затоплення.
Якщо при затопленні рудника проникнення розсолів почалося з капели, яка з'явилася в районі ведення гірських робіт БКПРУ-3 і була відразу ж виявлена, то на руднику БКПРУ-1 визначити точне місце розриву ВЗТ було неможливо. Ми знали лише, що він знаходиться в межах третьої або четвертої західної панелі, з якими пов'язаний рассолосборнік гідрозакладки, а це величезна територія площею понад квадратного кілометра.
Спробую пояснити геологію і механіку процесу, який привів до утворення розриву. Особливість небезпечного району, де стався прорив і пішов провал, в тому, що він знаходиться між двома великомасштабними рудними целиками.
На півночі - охоронний цілик під промзони, а на південному сході - цілик в формі циліндра діаметром 250 метрів навколо свердловини № 17, пробуреної ще в 1928 році. Коли осідання йде рівномірно на великій площі, воно не так небезпечно. Куди гірше, якщо одна ділянка істотно осяде, а інший ні - тоді в місці з'єднання цих двох ділянок можуть виникнути напруження розтягу, які призводять до утворення вертикальних тріщин. У нашому випадку охоронні цілики представляли собою більш жорсткі опори, між якими осідав ділянку, вони не мали такого міцного підстави, і в місцях їх з'єднань виникла напруга, а потім і розрив. Таким чином, особливості геологічної будови надсольових пластів і розташування охоронних ціликів визначили місце порушення водозахисної товщі і формування провалу.
У ті десять днів, коли почалося затоплення рудника і велася боротьба за його порятунок, ми поглиблено вивчили геологічну будову даної ділянки і з'ясували, що маємо справу з незвичайною аномалією. Є нормативна документація, яка описує геологічні аномалії і визначає для кожного їх типу свої заходи охорони, але дана аномалія ні під один з виділених типів не підпадають. Вона характеризувалася такими ознаками: була виявлена субвертікальная межа висотою близько 60 метрів і довжиною більше двох кілометрів між міцними мергелями і пластичної глиною; в районі свердловини № 17 зафіксовано перегин поверхні соляного дзеркала з крутого на пологий, що викликало утворення зон стиснення та зсувів; верхня частина карналлітовая зони заміщена галітом, що призвело до розущільнення водозахисної товщі.
Ці особливості будови і визначили виникнення розриву з подальшим утворенням воронки.
У випадку ж з рудником БКПРУ-1 величезні обсяги води, проникаючи через тріщину в водозахисної товщі, цю соляну товщу поступово розчиняли і розмивали, створюючи в ній зростаючу за розміром карстову порожнину. В районі її освіти стався сильний і нерівномірне просідання поверхні. Ширина і довжина воронки близько 400 метрів, а глибина на даний час близько 120 метрів.
- Що зараз відбувається під землею? Є загрози місту?
- Основний обсяг вироблених просторів практично заповнений розсолом, шахтні стовбури засипані. На сусідні рудники затоплення не може поширитися, адже по контуру всього шахтного поля знаходяться бар'єрні цілики шириною 200 метрів. Їх вода розчинити не може. А ось у верхній, купольної частини відпрацьовуються пластів є окремі гірничі виробки, які виявилися відрізаними від стовбурів. Там залишався повітря, його в процесі затоплення вдалося частково вивести на поверхню по спеціально прокладених трубопроводах. Але з часом внутрішнє обвалення порід заблокувало відведення газу, що призвело до утворення газових бульбашок, що перебувають під наростаючим тиском розсолів. Зовсім не факт, що концентрація горючих газів в міхурах досить велика для вибухонебезпечних газоповітряної суміші. Поки ми виводили гази через четвертий стовбур, концентрація горючих сумішей там не перевищувала один відсоток. Зараз розрахункове значення концентрації становить менше чотирьох відсотків. Цей газ поки не є вибухонебезпечним. Проте треба виключити вихід його на поверхню. У всій цій зоні здійснюється моніторинг газового складу пріпочвенном шару повітря. При істотному зростанні рівня концентрації горючих газів будуть прийматися термінових заходів.
Тепер що стосується просідань поверхні. Потрапила в шахту вода частково розчиняє соляні цілики, поки рідина не досягне стану насиченого розсолу. З одного боку, це дещо послаблює опорні цілики, що особливо небезпечно для ділянок, що містять карналлит. Якщо калійно-натрієвих солей в літрі води може розчинитися до 300-400 грамів, то у карналлита - магнієвої солі - розчинність на порядок вище, аж 2,7 кілограма на літр. Якщо насичений натрієм і калієм розсіл підніметься до карналлита, він буде продовжувати розчиняти карналлит, а надлишок калійно-натрієвих солей випаде в осад. З іншого боку, коли рудник буде заповнений водою, осідання поверхні істотно сповільняться, навіть з урахуванням розчинення ціликів. Тиск розсолів на горизонті рудника близько 18 атмосфер. Це тиск перешкоджає осіданню покрівлі виробок. До того ж треба розуміти, що, коли немає вільного руху води, процес розчинення розтягується на десятки років і катастрофічною небезпеки не представляє, швидкість осідання поверхні вже істотно знижується. За допомогою німецького супутника реалізована система майданного моніторингу процесів осідань - з точністю до перших міліметрів і дозволом 3,5 на 3,5 метра ми отримуємо раз в 11 днів картину осідання практично по всьому місту.
Фото: В'ячеслав Кочетков
Андрій Мотовилов, мер м Березники:
- Процеси, які будуть відбуватися під землею і відіб'ються на наземних будівлях і спорудах, носять досить довгостроковий характер. Заспокоюватися не можна, оскільки ситуація знаходиться в розвитку, говорити про те, що все закінчилося, - рано.
Є кілька потенційних ризиків несприятливого розвитку ситуації в зв'язку з аварією.
Перший ризик - це газові бульбашки, які утворилися в затопленому руднику. Прогноз по бульбашок було дано вченими на самому початку затоплення. Були змонтовані трубопроводи і виведені під покрівлю в найвищих частинах виробок для відводу газів. У якийсь момент вони перестали працювати, починають їх вже не було ніякої можливості, тому бульбашки все-таки зібралися, але не в тому обсязі, в якому прогнозувалося. Сьогодні ведеться досить щільний моніторинг газу в грунті і в надпочвенном шарі повітря, який показує, що на сьогоднішній день концентрація горючих і вибухонебезпечних газів невелика, нижче гранично допустимих позначок.
Другий ризик пов'язаний із захисною дамбою водосховища. Поки вчені стверджують, що дамбі нічого не загрожує. Як будуть розвиватися події далі, покажуть спостереження за осіданням по гребеню дамби і прогнози розвитку ситуації під землею.
Третій ризик пов'язаний із зношеним житловим фондом. У міру природного зносу стійкість будівель, їх стійкість до осідань грунту знижується, ризик руйнувань зростає. Нові розселення людей не виключені, ми будемо оперативно приймати рішення, щоб забезпечити безпеку жителів.
Четвертий ризик пов'язаний із загрозою міських комунікацій, прокладених в землі. Земля осідає, є межі по вигинах у різних матеріалів. Локальні аварії тут не виключені, але ми до них готові. А глобальні аварії не підтверджені прогнозами фахівців.