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.
Добыча угля — это единственный вид подземных работ, при которых следует опасаться возникновения взрывных газов. Обычно при проходке туннелей в угленосных районах можно встретить газ, однако быстрая облицовка штрека бетоном почти полностью устраняет всякую опасность. Кроме угля газ сопутствует нефти, которая также образуется вследствие разложения органических, но уже преимущественно животных, остатков. Гидротехнический канал в Сан-Фернандо близ Лос-Анджелеса (Калифорния) был построен в 1971 г. в очень пористых песчаниках, содержащих нефть и природный газ. Сначала произошло несколько слабых взрывов газа, а затем последовал более сильный, унесший 16 человеческих жизней. Некоторые люди погибли при самом взрыве, другие — при пожаре, последовавшем за ним, третьи задохнулись в смертоносной смеси газов.
Взрываться в шахтах может и угольная пыль, находящаяся в воздухе: смешиваясь с соответствующим количеством воздуха, она становится столь же опасной, как динамит. Взрыв угольной пыли, происшедший в апреле 1942 г. на угольном руднике Хон-кейко в Китае, по праву считается самой страшной подземной катастрофой — при этом взрыве погибло 1572 шахтера. В какой-то мере опасность угольной пыли можно свести к минимуму, смешивая ее с инертной известняковой пылью; но газ, если он есть в угольном пласте, полностью удалить из выработок невозможно. Единственный путь борьбы с ним — это тщательное планирование вентиляционных систем и создание запасных выходов как для газов, так и для шахтеров. Значительные успехи, достигнутые в этом направлении, позволили заметно снизить число жертв несчастных случаев; в прошлом веке взрывы регулярно уносили множество человеческих жизней, в современных же шахтах они проявляются гораздо слабее и происходят реже.
Налаженная вентиляция позволяет легко справляться с постоянными и предсказуемыми просачиваниями газа. Но значительную опасность таят отдельные «выбросы» включений газа, находящегося под давлением, когда газ буквально взрывается, вырываясь из угольных пластов. В 1971 г. при прорыве газа в угольном руднике Синхейдр в Уэльсе погибло шесть шахтеров. Даже при ретроспективном рассмотрении оказалось, что эту катастрофу невозможно было предвидеть. Свести к минимуму воздействие газов можно было лишь при помощи огромного числа буровых скважин и вентиляционных установок, но даже в этом случае весьма сомнительно, что человеческих жертв удалось бы избежать.
Выработка крупных участков в горизонтальных или слабо наклоненных пластах неизбежно создает определенную опасность обрушения пород. Уголь обычно приурочен к толщам осадочных пород, представляющих собой переслаивание относительно рыхлых сланцев и достаточно крепких — при условии отсутствия трещин — песчаников. Такое сочетание пород весьма непрочно, и поэтому опасность существует при разработке любых угольных месторождений. Хотя крупные обрушения, как можно надеяться, стали достоянием прошлого благодаря улучшению техники безопасности, небольшие камнепады, вероятно, не прекратятся никогда, в одной только Великобритании они ежегодно уносят в среднем 13 человеческих жизней.
В 1837 г. на угольном руднике Уоркингтон на северо-западе Англии вели выемку угля в пластах, залегающих под морским дном. Кровлю выработок поддерживали целики угля, для этого около 35 % угля оставляли в шахте. В целях экономии управляющий шахты приказал свести мощность целиков к минимуму. Это вообще бывает крайне опасно, а в Уоркингтоне делать такой шаг просто было нельзя, и 28 июля произошло неизбежное. Некоторые целики угля обвалились; кровля обрушилась; из-за разрушения пород в ней образовались трещины, дошедшие до самого морского дна, и в них устремилась морская вода. . С берега был виден водоворот, возникший в море над этим участком. В этот день в шахте утонуло 27 мужчин и мальчиков. Этой катастрофы могло бы не быть, поскольку надежные размеры целиков определяются как функция прочности угля и мощности покрова пород. Теоретические достижения в области горной механики и применение современных методов добычи по существу устранили опасность больших обрушений.
Однако незначительные обрушения кровли заранее предсказать почти невозможно, даже если этот «малый масштаб» достаточен, чтобы раздавить человека. Опыт работ в Северной Америке и Европе показал, что для предвидения возможного обрушения внимание должно быть обращено как на густоту трещин отдельности, так и на характеристики пород, залегающих в кровле. Например, если под массивным
