Печальная теория в изложении Красноштейна

Если при затоплении рудника проникновение рассолов началось с капели, которая появилась в районе ведения горных работ БКПРУ-3 и была сразу же обнаружена, то на руднике БКПРУ-1 определить точное место разрыва ВЗТ было невозможно. Мы знали лишь, что он находится в пределах третьей или четвертой западной панели, с которыми связан рассолосборник гидрозакладки, а это огромная территория площадью более квадратного километра.

Приток воды был обнаружен в рассолосборнике, связанном с этими панелями, и поначалу составлял 600–800 кубометров в час. Эти рассолы успешно откачивали, была надежда, что вода поступает из каких-то небольших полостей или это закладочный рассол. Причину и источник можно определить по химическому составу: жидкость растворяет те минералы, которые находятся на ее пути, или может соответствовать составу гидрозакладочных рассолов — наличие сероводорода и пониженная концентрация калия свидетельствуют о связи поступающих вод с рассольным горизонтом. 28 октября приток резко вырос и буквально в течение нескольких часов достиг 1600 кубометров в час. Стало ясно, что мы имеем дело с прорывом водозащитной толщи и спасти рудник уже невозможно.

Попытаюсь объяснить геологию и механику процесса, который привел к образованию разрыва. Особенность опасного района, где случился прорыв и последовавший провал, в том, что он находится между двумя крупномасштабными рудными целиками.

На севере — охранный целик под промзоной, а на юго-востоке — целик в форме цилиндра диаметром 250 метров вокруг скважины № 17, пробуренной еще в 1928 году. Когда оседание идет равномерно на большой площади, оно не так опасно. Куда хуже, если один участок существенно осядет, а другой нет — тогда в месте соединения этих двух участков могут возникнуть растягивающие напряжения, которые приводят к образованию вертикальных трещин. В нашем случае охранные целики представляли собой более жесткие опоры, между которыми оседал участок, они не имели такого прочного основания, и в местах их соединений возникло напряжение, а затем и разрыв. Таким образом, особенности геологического строения надсолевых пластов и расположение охранных целиков определили место нарушения водозащитной толщи и формирования провала.

В те десять дней, когда началось затопление рудника и велась борьба за его спасение, мы углубленно изучили геологическое строение данного участка и выяснили, что имеем дело с необычной аномалией. Есть нормативная документация, которая описывает геологические аномалии и определяет для каждого их типа свои меры охраны, но данная аномалия ни под один из выделенных типов не подпадала. Она характеризовалась следующими признаками: была обнаружена субвертикальная граница высотой около 60 метров и длиной более двух километров между прочными мергелями и пластичной глиной; в районе скважины № 17 зафиксирован перегиб поверхности соляного зеркала с крутого на пологий, что вызвало образование зон сжатия и сдвиговых деформаций; верхняя часть карналлитовой зоны замещена галитом, что привело к разуплотнению водозащитной толщи.

Эти особенности строения и предопределили возникновение разрыва с последующим образованием воронки.

— Чем отличалась авария 2006 года от аварии на третьем руднике компании в 1986 году?
— На обоих затопленных рудниках образовались мульды, или провалы, воронки, но механизм их образования был разный. Третий рудник вел добычу всего 12 лет, поэтому выработанное пространство было сравнительно небольшим — порядка 16–18 миллионов кубических метров против 80–85 миллионов на БКПРУ-1. Никаких катастрофических оседаний там не было, затопление шло постепенно, с января по апрель 1986 года, и до марта рудник еще работал, люди справлялись с откачкой рассолов, пытались спасти технику. После того как рудник был практически полностью затоплен, с поверхности начали бурить разведочные скважины, чтобы попытаться изучить причины затопления. Во время бурения скважины встретился газовый пузырь. Газ сдетонировал, последовал катастрофический взрыв, и образовалась воронка с крутыми бортами глубиной примерно сто метров и длиной около двухсот.

В случае же с рудником БКПРУ-1 огромные объемы воды, проникая через трещину в водозащитной толще, эту соляную толщу постепенно растворяли и размывали, создавая в ней растущую по размеру карстовую полость. В районе ее образования произошло сильное и неравномерное проседание поверхности. Ширина и длина воронки около 400 метров, а глубина на настоящее время около 120 метров.

— Что сейчас происходит под землей? Есть угрозы городу?
— Основной объем выработанных пространств практически заполнен рассолом, шахтные стволы засыпаны. На соседние рудники затопление не может распространиться, ведь по контуру всего шахтного поля находятся барьерные целики шириной 200 метров. Их вода растворить не может. А вот в верхней, купольной части отрабатываемых пластов есть отдельные горные выработки, которые оказались отрезанными от стволов. Там оставался воздух, его в процессе затопления удалось частично вывести на поверхность по специально проложенным трубопроводам. Но со временем внутреннее обрушение пород заблокировало отвод газа, что привело к образованию газовых пузырей, находящихся под нарастающим давлением рассолов. Совсем не факт, что концентрация горючих газов в пузырях достаточно велика для образования взрывоопасной газовоздушной смеси. Пока мы выводили газы через четвертый ствол, концентрация горючих смесей там не превышала один процент. Сейчас расчетное значение концентрации составляет менее четырех процентов. Этот газ пока не является взрывоопасным. Тем не менее надо исключить выход его на поверхность. Во всей этой зоне осуществляется мониторинг газового состава припочвенного слоя воздуха. При существенном росте уровня концентрации горючих газов будут приниматься срочные меры.

Теперь что касается проседаний поверхности. Попавшая в шахту вода частично растворяет соляные целики, пока жидкость не достигнет состояния насыщенного рассола. С одной стороны, это несколько ослабляет опорные целики, что особенно опасно для участков, содержащих карналлит. Если калийно-натриевых солей в литре воды может раствориться до 300–400 граммов, то у карналлита — магниевой соли — растворимость на порядок выше, аж 2,7 килограмма на литр. Если насыщенный натрием и калием рассол поднимется до карналлита, он будет продолжать растворять карналлит, а избыток калийно-натриевых солей выпадет в осадок. С другой стороны, когда рудник будет заполнен водой, оседания поверхности существенно замедлятся, даже с учетом растворения целиков. Давление рассолов на горизонте рудника около 18 атмосфер. Это давление препятствует оседанию кровли выработок. К тому же надо понимать, что, когда нет свободного движения воды, процесс растворения растягивается на десятки лет и катастрофической опасности не представляет, скорость оседания поверхности уже существенно снижается. С помощью немецкого спутника реализована система площадного мониторинга процессов оседаний — с точностью до первых миллиметров и разрешением 3,5 на 3,5 метра мы получаем раз в 11 дней картину оседания практически по всему городу.

Текст: Александр Ивантер, Иван Рубанов, «Эксперт»
Илл. из архива "Иной газеты"