Скачать (52,2 Кб)

Газ соляных пластов

Кандидат технических наук В. В. Мещеряков
Химия и Жизнь №10, 1982 г., с. 35-37

СОБЫТИЯ И АКТЫ

Начнем с документа. "... В камере разворота находится комбайн ПК-8 (вес 58 тонн), отброшенный на 110 метров. Камера на треть засыпана породой. Комбайн прижат к кровле камеры и расклинен между самоходным вагоном и стенкой. Многие тяжелые детали сорваны. Рама комбайна и правая гусеница разбиты. Бункер-перегружатель (вес 7,2 тонн) отброшен на 120 м; корпус и рама деформированы, электродвигатель с редуктором сорваны..."

И все это - результат "деятельности" всего лишь одной мульды погружения. Но что такое эти мульды?

В калийных шахтах Белоруссии разноцветные слои породы обычно тянутся горизонтально и основательно, как в добротно выложенном фундаменте. Но не зря говорится, что в тихом омуте черти водятся. Именно здесь время от времени шахтеры натыкаются на небольшие - всего-то 10-15 метров в диаметре - необычные по строению структуры: воронкообразное, внезапное и резкое погружение слоев. Это и есть мульды погружения. Часть специалистов считают этот термин не совсем корректным, однако другого названия у этих своеобразных геологических структур пока нет.

Так выглядит мульда погружения на 600-метровой глубине. Розовые слои - сильвинита KCl·NaCl, голубые - каменной соли NaCl, желтые включения - карналлит КСl·MgCl₂·6Н₂О, темные - глина

При взгляде на мульду сверху можно было бы разглядеть систему почти правильных концентрических окружностей. Лишь трещины нарушают гармонию.

Слои сильвинита, образующие воронку, разделены трещинами на отдельные сравнительно небольшие блоки. Трещины расходятся прямо от центра. В них - проникшие из верхних слоев глина и карналлит. В центре мульды - вообще разноцветная мешанина...

Вот эти подземные воронки и есть причина мощных газовых выбросов, сокрушительная сила которых отражена в приведенной выше выписке из акта. Откуда берется газ, трудно сказать. Он же годами мигрирует под землей, собирается в газонепроницаемых ловушках, а когда вырывается наружу - удержу ему нет.

Описанная выше авария - далеко не самая страшная. Подолгу помнятся иные, куда более разрушительные "шутки" мульд.

Июль 1953 г. Калийный рудник "Менценграбен" в ГДР. Калийные соли на этом руднике добывали взрывным способом. Ход работ в то утро не предвещал неожиданностей. Как обычно, заложили в шурфы взрывчатку, проверили, не осталось ли кого в подземных выработках, исправна ли сеть проводов. Старший взрывник нажал кнопку. Ничего необычного не заметили поначалу и в глухих взрывах, загрохотавших глубоко под землей. И вдруг из ствола, по которому в шахту подавали воздух, вырвалась мощнейшая газовая струя. В мгновение ока она пробила дыру почти в десять квадратных метров в железобетонном перекрытии надшахтного здания. Рев вырывающегося газа не смолкал около получаса. В калийном пласте образовалась полость длиной около 60, шириной от 12 до 15 и высотой в 12 метров. Было выброшено до 65 тысяч тонн соли и 700 тысяч кубометров газа. Хорошо еще, что в отличие от газовых выбросов на угольных шахтах газ здесь состоял в основном из негорючего и невзрывоопасного азота. Но и так ликвидация всех последствий аварии на руднике "Менценграбен" заняла три месяца. Во многих научно-исследовательских институтах изучают это грозное явление, ищут способы предотвратить его. Газовые выбросы на угольных и калийных пластах во многом сходны. Уравнения, описывающие эти выбросы, отличаются лишь коэффициентами. Но ведь нет же в угольных пластах геологических нарушений, подобных мульдам погружения. В том, что именно они - причина катастроф на калийных рудниках, сомнения нет. И на большинстве калийных месторождений их нет. А вот в Белоруссии есть.

В чем причина такой исключительности, если верно утверждение, что условия образования калийных месторождений везде примерно одинаковы? И все же главное, ради чего изучают мульды, - это попытка противостоять их разрушительной силе.

МУЛЬДА ВООЧИЮ

На глубине 600 метров быстро едет по горным выработкам автомобиль с группой научных сотрудников. Путь неблизкий - семь километров. Там - вентиляционный штрек, при проходке которого обнаружена очередная мульда.

Как выглядит мульда, описано выше. Но сейчас ее спрессованный чудовищными давлениями монолит нарушен пробуренными по нашей просьбе двухметровыми шпурами. Мы - это группа сотрудников Института галлургии.

Чтобы пробурить шпуры в обычной калийной соли, нужно 20-30 минут. Шпуры в мульде потребовали двухсменного труда нескольких рабочих. Да еще какого труда! Нам рассказали, что через каждые 5-10 см проходки электросверло начинало трясти. Иной раз удары были настолько сильными, что буровой инструмент выбивало из рук. Это "работали" газовые включения.

Мы проводили эксперимент по искусственному инициированию, провоцированию выброса.

Наконец все готово: шпуры набиты взрывчаткой, геофизики за двумя бетонными перемычками настроили регистрирующую аппаратуру. Собранные со всего участка в безопасное место рабочие подшучивают за нашими спинами: "Опять наука мудрит. Бросьте вы, ребята, ничего не получится: эта штука только тогда, когда черту вздумается, выбрасывает фортели". Мы отмалчиваемся.

Пересчитав в последний раз всех по головам, начальник участка дает команду на взрыв.

Сначала - нормальный хлесткий удар. Потом - мерный, грозно нарастающий гул, словно совсем рядом (а мы чуть ли не в полукилометре от места взрыва) взревели двигатели реактивного самолета. Зашаталась почва под ногами, да не толчками, как мы ждали, а гигантским раскачиванием. Медленным, с большой амплитудой: вверх-вниз, влево-вправо. Острое ощущение пугающей легкости человеческого тела... А затем, все-таки просочившись через закрытый проем последней перемычки, до нас добрался и сам выброс - волна пыли и мелких осколков породы. Удалось! Вот только подумать ничего не успели: после секундной передышки выброс повторился с такой силой, что нервы не выдержали. Мы бежали. В скорости многомудрые геофизики ничуть не уступили бывалым шахтерам. Наконец кто-то сообразил, что до подъемника - километры, а за спиной у нас все тихо и спокойно. И изрек тогда предварительно вновь тщательно пересчитав всех по головам, начальник участка; "Вот это стихия", - и опять помянул черта А ведь эту стихию удалось спровоцировать: выброс произошел не когда "черт вздумается", а по нашей инициативе.

Со скоростью звука - за полторы секунды газ переместил по выработке 1200 тонн соли.

"ОТКУДА ДРОВИШКИ"

Вред, нанесенный спровоцированные выбросом, несравненно меньше, чем выбросом спонтанным. А главное, на опыте было подтверждено, что опасную мульду погружения, если обращаться с ней деликатно, зная ее нрав, можно подорвать, как пролежавшую в земле со времен войны авиабомбу.

Но это - лишь часть проблемы. М ведь не знаем точно, что такое мульды как они образовались. Теории, ответившей на эти вопросы со всеми нюансами, пока нет. Многое объясняется процессами выщелачивания - вымывания соляных поре, водной. Многое, но не все. Из-за этих процессов под сильвинитовыми слоями могли конечно, образоваться пустоты, куда просели, погрузились лежавшие выше пласты.

Однако не зря термин "мульда погружения" геологи обычно ставят в кавычки. Представление о мульдах как результате выщелачивания было бы убедительным если бы мы знали, откуда и каким образом поступала вода и куда она ушла, насытившись солью. Породы-то вокруг мульд нарушены.

А вот еще безответные вопросы: почему не выщелачивается сильвинит, оказавшийся в центре мульды? отчего породы здесь сильно раздроблены и так тщательно перемешаны? Да и многочисленные трещины (системы трещин!) вряд ли могли образоваться в процессе медленного оседания слоев. Образование трещин более вероятно при быстром приложении нагрузки, при ударе ... Но на шестисотметровой глубине условий для этого нет.

Впрочем, всегда ли эти слои залегали так глубоко? Было же время, когда эти соляные слои только что образовались! Давно это было - когда на месте сегодняшней суши бушевали древние моря...

Размеры мульд - очень малы для тел, образовавшихся в геологических процессах. Это обстоятельство (в совокупности с другими) делает правомерным построение метеоритной гипотезы.

ПРИШЕЛЬЦЫ ВИНОВАТЫ

В разрезе облик типичного метеоритного кратера и типичной мульды - удивительно схожи: те же системы трещин, те же области раздробленных и переуплотненных пород! И сходство это не только внешнее. Свойства пород в мульдах, как и в метеоритных кратерах, резко отличаются от обычных. Плотность их в центре мульды доходит до 2,53 г/см³, в нормальных же слоях - не превышает 2,2 г/см³. Скорость распространения звука в мульдах значительно - на тысячу метров в секунду - меньше, чем в окружающих нормальных породах. Да и газонасыщенность пород в мульдах на два-три порядка выше, чем вокруг.

Мой коллега и товарищ Леонид Былино, изучавший химический состав мульд, нашел, что хлористого магния в них в 50 раз, а глины, гипса и доломита - в 10 раз больше, чем в основных пластах. Зато хлористого калия меньше...

Метеоритная гипотеза тоже не на все вопросы дает ответ. Содержание железа в мульде оказалось в 2-3 раза выше, чем за ее пределами, а вот кремния и никеля - очень мало, сотые доли процента. Эти данные - не в пользу метеоритной гипотезы: результаты измерений соизмеримы с ошибками анализа.

И все же лично мне представляется весьма вероятной такая картина. Над поверхностью древнего соленого озера на высоте в несколько километров взорвалось, рассыпавшись на десятки осколков, крупное метеоритное тело. Озеро было неглубоким с толстым слоем ила на дне, а под илом находились слой карналлита, глины и еще ниже - сильвинита с каменной солью. Осколки большого метеорита пробили слои ила и карналлита, выбросив вместе с ними какую-то часть сильвинита и каменной соли из нижних слоев. Средние слои были захвачены при ударе и увлечены в глубину, а нижние частично разрушены (отсюда трещины), а частично переуплотнились.

Заполнение образовавшегося кратера шло в последовательности, обратной выбросу. Проникли в него и ил, и рассолы, и первичный карналлит. Проникли и, перемешавшись, распределились по трещинам. А дальше шел долгий процесс созревания мульды: уплотнялись и залечивались трещины, сжимались газы - мульда медленно превращалась в некое подобие сжатой пружины, готовой распрямиться при малейшем нарушении сложившегося веками равновесия. Распрямиться и мгновенно выплеснуть хранящуюся миллионы лет энергию пришельца из космоса.

Кратер ударного происхождения. Не правда ли, похоже на мульду? 1 - зона испарения, 2 - зона плавления, 3 - зона пластических деформаций, 4 - зона тонкого дробления, 5 - зона трещин, 6 - ненарушенные породы фундамента

Вероятно, нарисованная нами картина сильно упрощена. Возможно, мульды погружения образовались по-другому. Одно можно сказать наверняка: мульды становятся все более "раздражительными" и потому опасными. Чтобы надежно укрощать их, надо знать про них как можно больше.