Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

• Название: Катастрофы: неистовая Земля
• Автор: Тони Уолтхэм
• Издательство: Недра
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

В популярной форме рассмотрена геология крупных катастроф: землетрясений, вулканических извержений, оползней, прорывов вод, провалов грунта и других опасных для людей явлений природы. Подробно описаны наиболее крупные катастрофы и их последствия. Автор раскрывает причины этих бедствий, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от катастроф или для уменьшения причиняемых ими разрушений.

---

Вулканический пепел послужил также причиной трагического обрушения туннеля Уилсон на острове Оаху — одном из Гавайских островов. Этот туннель был построен в 1954 г., по нему проходила главная магистраль, ведущая к северу от города Гонолулу. Почти по всей своей протяженности туннель был пройден в вулканической лаве, которая, как известно, является почти идеальной средой для горных выработок. Работы начались с северного конца туннеля, а с приближением к южному краю вулканическая лава неожиданно сменилась рыхлым глиноподобным вулканическим пеплом и обломочными отложениями. Однако выемка породы продолжалась по всей площади забоя, и дополнительных мер по укреплению подземной выработки принято не было.

В туннеле начались обрушения кровли; проседание происходило и на земной поверхности, в 30 м над туннелем. В июле 1954 г. случилось два обвала, но человеческих жертв, к счастью, не было. В августе, при работах по расчистке, произошел третий обвал и погибло пять рабочих. С тех пор проходку в обрушившемся грунте и в оставшейся ненарушенной глине вели несколькими небольшими параллельными штреками; благодаря применению этого метода обрушений в дальнейшем не было.

Несомненно, следовало ожидать, что кровля в таком рыхлом материале, какой встретился в туннеле Уилсон, будет весьма неустойчивой. Но определить степень прочности кровли туннеля, проектируемого в более твердых и плотных породах, не так легко. Туннель Скогн — гидротехнический канал в центральной Норвегии — был пройден в древней метаморфической породе, и тем не менее он обрушился. Впоследствии поняли причину, но, к сожалению, было уже слишком поздно. Оказалось, что обрушение было вызвано разрыхлением пород, происшедшим вследствие того, что некоторые минералы были преобразованы в монтмо-риллонитовую глину.

В некоторых случаях подвижки грунта неизбежны независимо от типа породы; более того, бороться с ними практически невозможно.

Когда породы залегают на большой глубине, они сжаты под действием огромных давлений. Если эти давления частично уменьшаются в одном направлении (например, когда ведется выемка породы при строительстве туннеля или шахты), обычно происходит смещение пород в образовавшееся пустое пространство. На небольшой глубине ослабление давления может вызвать подвижки рыхлых глин, но твердые породы, такие как гранит, остаются без изменений. Однако на глубине сотен и тысяч метров давления достаточно высоки, чтобы деформировать любую породу. Симплонский туннель в Швейцарии проходит под горным хребтом на глубине около 2 км; на одном из участков его стены медленно, но неумолимо оползают.

На золотых рудниках южной Африки, достигших еще большей глубины, стенки не деформируются постепенно, а резко опрокидываются в горные выработки. Эти так называемые горные удары обычно случаются через некоторое время после проходки штольни. Благодаря упругости породы медленное оползание идет до тех пор, пока не будет превышен предел прочности, после чего и следует горный удар.

Другой тип неизбежного смещения пород наблюдается в шахтах, где при разработке рудных месторождений остаются огромные пустоты (очистные забои), которые могут быть поддержаны целиками и крепями лишь в течение ограниченного времени. Нет необходимости, да и весьма нежелательно с экономической точки зрения оставлять в целиках слишком большое количество руды, после того как эксплуатация шахты закончена. Но если постепенное обрушение заброшенных забоев охватит также толщу перекрывающих пород, последствия могут привести к катастрофе, как это случилось на медном руднике Муфулира.

Муфулира находится в очень богатом «медном поясе» Замбии. С 1933 г. на этом руднике велась разработка мощного наклонного пласта богатой медной руды. Рудное тело круто падает на северо-восток, и мощность его достигает 36 м. Как и обычно, вход в шахту и все технические установки располагались в ненарушенном 1лежачем боку рудного тела. По мере того как извлекалась руда, заброшенные наклонные забои обрушались, и в конце концов последствия постепенного обрушения пород висячего бока достигли поверхности земли. Дробильная и рудоперерабатывающая установки на шахте давали огромное количество отходов, главным образом в виде тонкого шлама; в течение многих лет пустую породу выгружали над висячим боком шахты. Это преследовало сразу две цели: удалить пустую породу от шахтных установок и засыпать болото, грозившее малярией. По мере того как висячий бок шахты продолжал проседать, на земной поверхности образовывались озера, которые также заполнялись отходами; к 1956 г. этим мелким обломочным материалом был засыпан бассейн глубиной 12 м.

В обычных нормальных условиях помещение отходов со стороны висячего бока пласта было бы абсолютно безопасным. Поскольку породы обрушивались внутрь шахты, в ее кровле возникали трещины, направленные к поверхности земли, размер которых должен был уменьшаться с удалением от горных выработок. В том случае, когда горные выработки находятся на глубине 300 м и более, как на руднике Муфулира, любые трещины, выходящие на поверхность, будут настолько узкими, что их быстро закупорят наносы. Однако на шахте Муфулира условия не были нормальными. Непосредственно над рудным телом залегала маломощная зона кварцитов, а над ней, до самой земной поверхности, массивные доломиты.

Первые предвестники катастрофы появились в конце 1968 г., когда в покрове отходов образовалась воронка диаметром 60 м. Можно было предположить, что под ней возникла огромная полость, поглотившая исчезнувший материал. Однако этому факту не придали никакого значения, и отходы продолжали сгружать в воронку. В апреле 1970 г. из трещины в кровле шахты на глубине 525 м полилась грязь; сделали ее анализ, но никаких признаков присутствия в ней материала отвалов обнаружено не было, хотя грязь и содержала частицы почвы, что указывало на ее непосредственную связь с поверхностью. Должно быть, в разрушающихся породах кровли возникло очень много трещин и пустот, если осадки с поверхности смогли проникнуть до такой глубины. Однако и в данном случае масштабам трещинообразования и опасным последствиям этого процесса не придали должного значения. В течение лета 1970 г. в шахте неоднократно обнаруживали грязевые экструзии, а наверху, где сгружались отходы, появились новые воронки. Эти воронки по-прежнему заполняли, и горные работы внизу, в шахте, продолжались.

25 сентября 1970 г. произошла катастрофа: поток, состоявший из воды, грязи и материала отходов, прорвал кровлю пород на глубине 525 м от земной поверхности и устремился в шахту. Жидкий грязеподобный материал проник через горные выработки в нижележащие горизонты и сильно их разрушил. Самые же нижние галереи шахты, находившиеся на глубине более 800 м, были до самой кровли заполнены водой вперемешку с осадками. Погибло 89 шахтеров — одни из них утонули, другие были погребены жидкой лавиной.

На поверхности земли, там где сгружались отходы производства, образовалась огромная воронка — 300 м в поперечнике и 15 м глубиной. Размеры воронки свидетельствовали о том, что под землей исчезло 700 000 м3 вещества, однако в шахту попало всего 280 000 м3. Даже если сделать скидку на сжатие, огромное количество осадков поглотили трещины и каверны в доломите.

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.