О гибели людей на руднике «Таймырском» и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

Шахты и карьеры как зоны повышенной опасности

Статья написана по следам гибели людей на руднике «Таймырском» 22-го октября 2019г.

Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
12 ноября 2019, Санкт-Петербург

Так сложилось, что вся моя сознательная жизнь связана с разработкой устройств и методик, позволяющих прогнозировать катастрофы (и аварии, если вы считаете, что это не одно и то же) на шахтах (рудниках, карьерах, разрезах...). Получив высшее радиотехническое образование, я первые 6 лет работы в ЛГИ, на кафедре Радиоэлектроники (1969-1975) занимался разработкой аппаратуры, позволяющей большегрузным 40-тонным автосамосвалам типа Белаз работать на карьерах Кировской области (плато Расвумчорр) в условиях нулевой видимости.

Что такое нулевая видимость? Это когда стоишь перед фарами этой огромной машины и не видишь, горят они или нет. Причина такой ситуации в том, что дорога, по которой вывозят на-гора полезные ископаемые из карьера, бывает проложена на уровне облаков. Водители едут с открытой дверцей, чтобы, глядя вниз, видеть, не подходят ли колеса машины слишком близко к обрыву. Раз в год эти машины срываются в пропасть.

Как сделать, чтобы водитель знал свое положение относительно скалы, с одной стороны, и обрыва - с другой... Понятно, что для этого годится только радиолокационное устройство, поскольку в облаках информацию можно получить только с помощью электромагнитного поля.

В начале 70-х годов было решено попробовать сделать такое радиолокационное устройство, которое выполняло бы две функции. Первая - это определение наличия помехи перед автомобилем, чтобы ни с кем не столкнуться, и определение расстояния до этой помехи. И вторая - определение собственного местонахождения автомобиля относительно дороги, на которой он находится.

За основу был принят принцип радиовысотометрии, используемый в авиации еще с довоенных времен. Принцип действия радиовысотомеров очень простой. С самолета идет непрерывное излучение радиоволн с частотной их модуляцией. Принимаемый эхо-сигнал отличается по частоте от излученного, и различие этих частот определяется расстоянием до отражающей границы. То есть, до поверхности Земли.

Схема радиовысотомера предельно проста, и летчик имеет информацию о расстоянии до Земли независимо от наличия облаков. В 70-х годах в Мире было больше десятка мощных фирм, которые пытались на этом же принципе построить автомобильный дальномер, который позволил бы выйти на беспилотное вождение автомобилей. Эти фирмы в своих рекламах сообщали о том, что они близки к решению этой задачи, а у меня вот ничего не получалось. Устройство, которое я собрал, прекрасно работало в лаборатории, а в натурных условиях то и дело происходили сбои, причина которых была не понятна.

После двух лет попыток создания подобной системы на СВЧ-диапазоне в моей лаборатории произошло ЧП. У меня уже был билет на самолет, чтобы лететь к Заказчику испытывать устройство в полевых условиях, как вдруг в результате ошибки коллег мой прибор сгорел буквально до состояния угля, и мой двухлетний труд пропал. Вот как было оправдаться перед заказчиком за потерю двух лет?... Это был сильнейший удар по моей голове. А я уже знал к тому времени, что для того, чтобы в голову пришла приличная мысль, по ней необходимо крепко ударить.

В результате этой встряски я понял, почему эта задача в таком виде в принципе не могла быть выполнена. Ведь  при работе самолетного радиовысотомера мы имеем одну-единственную отражающую поверхность - это поверхность Земли. А когда мы определяем расстояние до какого-то препятствия на дороге, то отражающих поверхностей может оказаться несколько, и результирующее показание будет равно сумме всех расстояний до встречных машин.

Ну что ж, главное в любом деле - это понимание. И на реализацию новой схемы, учитывающей особенности использования устройства в дорожных условиях, ушел всего год. Задача была решена блестяще, и устройство, установленное на БЕЛАЗе, удовлетворило Заказчика на 100 процентов. Но...

Несмотря на постоянно гибнущих водителей и приказы министра о срочном внедрении, до серийного производства аппаратуры дело так и не дошло. Как оказалось, СВЧ устройства для гражданских нужд могут изготавливаться только в том случае, если они уже использовались военными и уже сняты с вооружения... Этот закон преодолеть не удалось. Так что машины благополучно падают в пропасть до сих пор.

Следующим моим заданием была разработка аппаратуры и методики, позволяющих прогнозировать обрушение пород кровли в угольных шахтах. Это происходит регулярно, и в масштабе всего Мира, чуть ли не ежедневно. И людей от этого гибнет видимо-невидимо.

Предполагалось, что задача должна быть решена с помощью какого-либо акустического метода. И первый же спуск в шахту с простейшей аппаратурой дал потрясающий результат. Было обнаружено, что породные слои по акустическим характеристикам являются колебательными системами. Упругими колебательными системами (УКС).

Ну конечно, я тогда понимал в акустике гораздо меньше, чем сейчас. Но что такое обнаружить в конце ХХ века неизвестную колебательную систему, я тогда понял сразу. Во-первых, потому что имел радиотехническое образование, и знал, как произошло предыдущее открытие колебательной системы. А именно, L-C колебательного контура. Его открыл лорд Кельвин ровно за 100 лет до того, как нами была обнаружена упругая колебательная система.

По определению лорда Кельвина, колебательная система - это объект, который на ударное воздействие отзывается затухающим синусоидальным (гармоническим) сигналом. Думаю, достаточно будет сказать, что если бы не был открыт L-C колебательный контур, то не было бы у нас  вообще никакой радиотехники, никаких приемников-передатчиков и прочих телефонов-телевизоров.

Обнаружение УКС тоже имеет неслабые последствия. Одно из них позволяет определять по величине частоты f0 сигнала, возникающего в результате ударного воздействия по породному слою, толщину (как говорят геологи, мощность) h этого породного слоя.

Зависимость между f0, скоростью распространения поля упругих колебаний в горных породах V и h выглядит следующим образом:

h = V / 2 f0     (1)

А надо сказать, что других неразрушающих методов определения мощностей породных слоев в их естественном залегании не существует.

Начиная с этого момента я 16 лет проработал в угольных шахтах, уточняя приведенное выше соотношение и подбираясь к прогнозированию устойчивости кровли угольного пласта. Практически каждый спуск в шахту давал новые результаты, на разгадывание которых иной раз уходили годы.

Так, возьмем соотношение (1). h и f0 - с этим всё понятно. А как узнать скорость распространения поля упругих колебаний V в породном слое? Вообще-то это несложно. Вырезать кусочек горной породы, привезти его в лабораторию и с помощью ультразвуковой аппаратуры померить скорость V. Но тогда это уже не будет экспресс-методом. Но ведь есть же справочники, скажут мне. Ну что ж, возьмем самый популярный справочник свойств горных пород [1]. Но одна только строка из этого справочника отвадила меня от него раз и навсегда. Там написано, что V для мелкозернистого прочного песчаника равна от 1900 до 7000м/с в зависимости от месторождения. Но если это так, то всё выше написанное теряет смысл. И тогда я решил самостоятельно, по всем правилам метрологии померить V во всех образцах горных породах, которые мне могла предоставить одна из лабораторий кафедры геологии Горного института.

Исследование образцов этих пород показало, что близкие по размерам образцы, обладающие толщиной 15-20 мм, имеют примерно одинаковую скорость, равную 5000м/с±5%. И тогда соотношение (1) приобретает следующий вид:

h = 2500 / f0     (1)

Главный вывод из этой истории заключался в том, что все опубликованные в литературе данные, касающиеся акустики, необходимо проверять.

Начиная с 1977-го года я непрерывно проводил измерения в шахтах в самых различных условиях, но по-настоящему понимать результаты этих измерений я начал только после 93-го года, когда мы стали работать исключительно с поверхности Земли.

Так, существует уверенность в том, что обрушение пород в выработанном пространстве определяется наличием поверхностей ослабленного механического контакта (ОМК)[2]. Считается, что эти поверхности ОМК обусловлены сменой литотипов, наличием тонких и сверхтонких прослоек - углистых, слюдяных, а также поверхностей скольжения.

Поскольку прошло уже 40 лет с момента моего преступления, я уже могу в нем признаться. Многократно я забирался в обрушенное пространство, чтобы увидеть следы этих поверхностей ОМК. Но чаще всего я видел, что их нет. Более того, часто я видел расслоение прочных песчаников. Плиточки, на которые песчаник разрушался, не имели никаких промежуточных материалов. Это определяли шахтные геологи своими методами. В результате, причина расслоения пород, предшествующая их обрушению, осталась не найденной.

В середине 70-х годов произошел случай, который показал, что бурение восстающими скважинами может не дать информацию, достаточную для прогнозирования обрушения пород, залегающих в кровле. Шахта Распадская, которая была самой большой в СССР и самой оснащенной, была единственной шахтой, которая могла бурить из выработок восстающие скважины для прогнозирования зон вывалообразования. И вот, в одном из штреков было обнаружено, что в кровле залегает 17м прочного песчаника.

Понятно, что такую выработку никто крепить не будет. Если только для инспекции, деревянными стойками с подхватами. Наши же измерения показали, что породы кровли в некоторой зоне мелкослоисты, и мы дали заключение, что в этой зоне следует поставить нормальную крепь. Однако шахтные геологи сказали категорическое «нет». Дескать, если такие выработки крепить, то уголь станет золотым. И мне не оставалось ничего другого как написать докладную директору шахты. Ведь если прочный песчаник оказался в мелкослоистом виде, уже нельзя надеяться на то, что он удержит основную кровлю в случае подвижек, предшествующих обрушению. Меня, естественно, выгнали с шахты и рекомендовали больше туда не приезжать.

Месяца через два после этого мне позвонили с этой шахты и сообщили, что породы кровли в том самом месте обрушились, и если бы не крепь, которую они, слава Богу, все-таки поставили, то было бы много, как говорят в шахтах, нулей. Дело в том, что произошло это при пересменке, и в момент обрушения пород кровли в этой зоне встретились две бригады.

Потом оказалось, что там была зона тектонического нарушения.

С 1973-го по 1993-й год я читал курс шахтной геофизики студентам 5-го курса горного факультета ЛГИ, а также шахтным геологам, приезжавшим со всех шахт СССР, на факультете повышения квалификации. Не знаю, насколько для геологов были полезны мои лекции, а вот для меня контакты с ними - даже очень. Когда у меня возникали вопросы по шахтным проблемам, я обращался к ним. Передо мной сидели люди, обладавшие опытом и знаниями обо всех шахтах СССР.

И вот, как-то раз я задал им такой вопрос. «Вот если бы какой-нибудь геофизик задал вам вопрос, что именно вам нужнее всего иметь от геофизиков, что бы вы им сказали?» И мгновенный ответ, явно наболевший у всех:

- Прогноз тектоники!

И всё оставшееся время этой лекции было посвящено этой теме. Только это не было моей лекцией. Я был слушателем. В результате этого занятия я понял следующее:

Зона тектоники - это вывалообразование, это зона выхода метана и воды, это внезапный выброс угля и газа, это пучение почвы. И наконец, это прорисовка на стенках выработок косых как бы шрамов. Их называют следами плоскостей сместителей.

Но ведь это всё - следствия каких-то явлений. А вот каких?

Как считали геологи - это следствие повышенного напряженного состояния и горного давления. Вот тут у нас возникло некоторое несогласие.

Поскольку ни напряженное состояние, ни горное давление (что, вообще-то, одно и то же) не могут быть ни замерены, ни даже просто метрологически корректно определены, то в дальнейшем мы их упоминать не будем. И мы об этом договорились твердо. Так же твердо, как то, что физика (и геофизика) - это совокупность физических эффектов, и всё, чем мы можем оперировать, должно опираться на экспериментальные данные.

И никому тогда, и мне в том числе, не могло прийти в голову, что вся моя последующая жизнь будет посвящена изучению зон тектонических нарушений.

В 1993-м году нам пришлось покинуть Горный институт, и мы восприняли это как большую неприятность, поскольку при этом мы потеряли возможность работать на шахтах. Но это событие проявилось в дальнейшем как величайшая удача, так как, осуществляя измерения, подобные тем, что мы 16 лет делали на шахтах, но с поверхности Земли, с газона, мы обнаружили неизвестный раньше геологический объект. Этот объект характеризуется определенными очертаниями выявляемых объектов на мониторе нашей аппаратуры. А именно, имеет воронкообразную форму. Пример такого объекта приведен на рис.1.

Пример такого объекта приведен на рис.1.
Рис. 1

Ось абсцисс соответствует рулетке, вдоль которой мы делали измерения (в данном случае, через каждый метр). Ось ординат получена в результате пересчета частот в глубину с помощью выражения (1).

Очень важным моментом была радоновая съемка, которая была сделана вдоль профиля, сделанного с помощью нашей аппаратуры ССП (спектрально-сейсморазведочного профилирования). Наличие повышенного уровня радона над каждым воронкообразным объектом свидетельствует о том, что эта структура каким-то образом связана с околоядерным пространством, и геологи и геофизики, к которым мы обращались за консультациями, порекомендовали нам эти объекты назвать зонами тектонических нарушений (ЗТН).

Как оказалось, в ЗТН разрушаются все инженерные сооружения, оказавшиеся в пределах этих зон, а также и сами горные породы. Воронкообразные объекты возникают в результате сползания сверху вниз разрушающихся пород. И вот эти колонны из воронкообразных объектов пронизывает все подземные сооружения, находящиеся на вертикали к ЗТН. И, таким образом, обнаружив ЗТН при работе с поверхности Земли, мы можем быть уверены, что на вертикали к этим зонам подземная выработка окажется в ЗТН независимо от  того, на какой она глубине.

Вот так и исполнилась мечта шахтных геологов иметь прогноз тектоники. И для этого даже не нужно спускаться в шахту.

Естественно, возникало сомнение, действительно ли эти воронкообразные объекты соответствуют ЗТН. Но вот уж больше 10 лет несколько горных предприятий работают при постоянном наблюдении с применением ССП, и действительно, каждый раз эти воронкообразные объекты имеют свойства ЗТН.

Длительное время было не ясно, откуда возникают столь значительные усилия, которые разрушают и инженерные сооружения, и горные породы в пределах ЗТН. Это стало понятно, когда выяснилось, что ЗТН обусловлены трещинами, которые возникают в околоядерном пространстве в результате постоянно увеличивающегося давления и температуры, и пронизывают всю кору Земли, всю нашу планету до самой поверхности.

Поскольку вся толща Земли представляет собой совокупность колебательных систем, то раскрыв каждой трещины представляет собой совокупность гармонических (синусоидальных) затухающих процессов. При трещинообразовании возникает процесс, который геодезисты называют планетарной пульсацией. Планетарная пульсация многократно увеличивает погрешность геодезических измерений.

Вот наличие этой пульсации и является механизмом разрушения.

Планетарная пульсация представляет собой как бы покачивание горных пород в пределах ЗТН. Шахтеры очень образно называют этот процесс жеванием. Когда прочнейшие объекты становятся мелкослоистыми, шахтеры говорят, что они сжёваны горным давлением.

Этот механизм разрушений - механизм раскачки. И эта раскачка приводит к возникновению мелкой слоистости в прочных породах. Разрушения при этом будут тем большими, чем прочнее материалы оказываются в ЗТН. Так, железобетонные плиты, так называемые, плавающие основания инженерных сооружений, в этих зонах трещат, как скорлупа грецких орехов.

Свойства ЗТН являются основным объектом нашего изучения в течение последних 26 лет. Непрерывно набирая факты разрушения инженерных сооружений в ЗТН, мы следим за информацией о влиянии ЗТН на шахты и прочие горные объекты.

В 1997 году было обнаружено, что в ЗТН можно получать родниковую воду. Эта находка имела большое значение в развитии понимания механизма водоснабжения нашей планеты в целом. Так, всегда было совершенно непонятно, откуда вода вообще на Земле. При своем рождении Земля была горячая и сухая, а сейчас воды больше, чем суши. Откуда она взялась?! Гидрогеологи твердят, что из туч. Но это противоречит фактам. На Земле существует масса родников, из которых вода выходит под давлением. Причем в самых безводных регионах. Чтобы было давление, нужен подпор. Вода из туч подпора не имеет, и эта вода - так называемая, верховая.

Обнаруженный таким образом источник воды на Земле подтверждает гипотезу Ларина В.Н. [3], который предположил, что ядро Земли состоит в основном из водорода и кислорода. Высокая температура и давление - это условие для синтезирования воды из этих двух газов. Синтезированная в околоядерном пространстве вода устремляется в трещины, которые выводят ее на поверхность Земли.

Определяя точки водопритока для снабжения людей водой, мы заметили, что нередко вместе с водой из скважины выходят газы. Удалось определить, что среди газов присутствует, наряду с радоном, метан, водород и целый ряд других газов. Наличие этих газов в ЗТН приводит к формированию геопатогенных зон. И нередко жители домов, оказавшихся в геопатогенной зоне, по этой причине болеют очень тяжелыми заболеваниями.

Я, признаться, раньше был уверен, что метан в атмосферу шахт поступает из угольных пластов. Да и сами шахтеры мне объясняли, что в угле растворен метан, и когда уголь разрушается, то этот метан высвобождается и устремляется в атмосферу шахты. Но вот сейчас я уже знаю множество выходов метана из скважин даже там, где залежи угля нет. Это одно из подтверждений того, что углеводороды так же, как и вода, поступают из околоядерного пространства.

Как правило, ЗТН имеют небольшие размеры и примерно круглую форму в плане. Они находятся довольно близко друг от друга. Когда трещины в коре Земли оказываются слишком близкими друг к другу, они объединяются в одну ЗТН, которая может иметь удлиненную форму.

Мы работали на всех континентах и во всех климатических условиях, и у нас сложилось впечатление, что на Земле нет территорий, не имеющих ЗТН. Это следует учитывать при решении проблем водоснабжения.

При прослеживании с поверхности Земли ЗТН, влияющих на подземные выработки, необходимо проходить профили, расположенные достаточно близко друг к другу. По нашей практике, для надежного выявления ЗТН, ССП-профили должны быть не дальше один от другого, чем 5м.

Как только не гибнут шахтеры. В огне внезапно вспыхивающего метана и от отравления газами (чаще всего метаном), от внезапного затопления горных выработок, которые случаются в ЗТН. Но чаще всего от обрушения пород. Выходя утром из дома, шахтеры никогда не уверены, что вернутся.

 «Причиной гибели трех работников на руднике «Таймырский», скорее всего, стала нехватка кислорода. В районе трагедии его содержание составило около двух процентов». Так сообщается на сайте «Норникеля» (рудник «Таймырский» входит в Заполярный филиал компании). Причина этого ЧП нам понятна. Люди погибли не из-за того, что было мало кислорода, а из-за того, что было много других газов. Того же метана. Значит, они как-то пропустили ЗТН, из которой только и может выходить газ. Но кроме того, я думаю, все люди, работающие под землей, должны иметь при себе аппаратуру типа газоанализаторов.

Сейчас, когда это стало возможно, необходимо заранее выявлять ЗТН, и предпринимать меры по своевременной откачке газов, выходящих в ЗТН.

На угольных шахтах, к сожалению, ССП не используют. Поэтому частая гибель шахтеров там является неизбежной.

Ничуть не менее актуальна проблема с безопасностью при разработке карьеров (или угольных разрезов). Чаще всего там происходит обрушение пород при движении карьерного транспорта. Обрушение происходит, когда трасса проходит через ЗТН...

В случаях аварий одновременно с обрушением пород из ЗТН выходит повышенный уровень газов, что часто приводит к гибели людей. Следовательно, при упреждающем выявлении ЗТН необходимо не только возводить специальную крепь для поддержания кровли, но и обеспечивать повышенный уровень притока воздуха в аварийную зону.

Думаю, что никто со мной не будет спорить, что если появился шанс уменьшить риск при подземных работах и при строительстве инженерных сооружений, то им необходимо широко пользоваться... Но до тех пор, пока ученые горных организаций занимаются не наукой, а наукообразием, надеяться не на что.

Литература

  1. Справочник «Физические свойства горных пород и полезных ископаемых под редакцией» под редакцией Дортман Н.Б.
  2. Андреев В.П., Гликман А.Г. Геоакустический метод выявления поверхностей ослабленных механических   контактов. // ”Уголь”.-1985.-  № 9.-с.52-54.
  3. Ларин В.Н. Наша Земля (происхождение, состав, строение и развитие изначально гидридной Земли). М. «Агар» 2005, - 248 с., табл., ил.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"

Реклама на сайте: