Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

При расследовании причин катастрофы установили, что вода прорвалась из водонасыщенных доломитов, перекрывавших шахту, а столь грандиозные масштабы наводнения объясняются двумя факторами — почти 700-метровым напором воды и кавернозностыо доломитов. Однако вода преодолела и кварциты мощностью около 30 м, отделявшие шахту от доломитов.

Разработка месторождения осуществлялась путем выемки золотоносных пород. При этом, естественно, нарушалась целостность пород в кровле выработок. Несмотря на то что при проходке сооружались крепи, определенные подвижки блоков породы в кровле были неизбежными. Кроме того, недалеко от места прорыва воды разрабатываемые золотоносные породы и перекрывающие их доломиты были рассечены крупным разломом, направление которого могло определять развитие каверн в доломите, локализацию зон трещин и сдвигов пород, залегающих в кровле выработок. Возможно, сыграли свою роль и слабые толчки, наблюдавшиеся в ночь перед прорывом воды. Во всяком случае, образование трещины в водонепроницаемом барьере кварцитов между насыщенным водой доломитом и шахтой вполне объяснимо.

Возникает вопрос: можно ли было предсказать это затопление? Пессимисты утверждают, что проведение горных работ под водо-насыщенным кавернозным доломитом делало катастрофу неизбежной, однако это не так. Если в кровле залегает водонепроницаемый кварцит, горные работы можно вести в течение многих лет и при этом будут наблюдаться лишь слабые протечки.

К сожалению, наука о механике пород еще не достигла того уровня, когда горным инженерам до начала возведения подземных сооружений могла бы быть предложена надежная количественная оценка всех шансов за и против. Если сопротивление отдельных пород и можно определить, то до сих пор не существует достоверного способа предсказания устойчивости тысяч трещин, которые скрыты в породах глубоко от поверхности земли. При планировании работ в шахте инженеры полагались лишь на свой опыт; было решено рискнуть, и в данном случае — напрасно. Правильное решение заключалось в отводе вод из доломитов блока Банк. Однако по предварительным расчетам специалистов эта операция казалась слишком дорогостоящей, и ее решили не осуществлять. Доломиты были осушены только после затопления шахты, поскольку добычу золота надо было продолжать и другого выхода не было.

«Рокхед» — это термин, которым пользуются шахтеры и инженеры для обозначения подземной границы между твердыми, консолидированными породами и вышележащими неуплотненными осадками. Этот раздел может находиться как на небольшой глубине —¦ под маломощным слоем почвы, так и на значительной глубине — под рыхлыми осадками. В последнем случае это создает серьезную угрозу для проходчиков туннелей и шахтеров: если туннель или штрек неожиданно выйдет из твердых пород в слабые, рыхлые, подвижные осадки (обычно это песок или глина), насыщенные водой под высоким давлением, неизбежна катастрофа. Как проходчикам туннелей, так и шахтерам необходимо знать, где на данном участке залегает нижняя граница рыхлых отложений. Если этот рубеж относительно плоский, особых проблем не возникает, однако форма его может быть очень сложной. Обычно эта форма отражает погребенный рельеф местности, существовавший здесь до захоронения его под перекрывающими осадками. Чтобы выявить строение этой поверхности, необходимо знать прошлые процессы, влиявшие на формирование рельефа, которые в свою очередь зависят от движений земной коры и от климатических условий. Многочисленные оледенения и перемены климата в течение последних нескольких миллионов лет еще больше затрудняют осуществление подобных реконструкций.

Самая грозная опасность подстерегает шахтеров и проходчиков туннелей там, где ложе выполненной осадками древней долины неожиданно резко опускается на большую глубину. С поверхности же форму таких погребенных долин и положение их днища установить почти невозможно. В 1907 г. в горах Юра (Швейцария) велось строительство туннеля Вайссенштайн. Однако. проектировщики совершенно не учли, что на одном из участков существовала погребенная долина. Когда же при проходке туннеля строители достигли этой долины, сдержать насыщенные водой осадки оказалось весьма непросто.

Ложе погребенных долин может располагаться ниже современного уровня моря — на глубине базиса эрозии, существовавшего в ледниковый период, когда уровень моря был гораздо ниже, чем сейчас. Последующее повышение уровня моря сопровождалось отложением осадков в древней долине. Под рекой Тайн в Ньюкасле (Англия) имеется выполненная осадками значительная по протяженности долина глубиной 40 м; при добыче угля в многочисленных мелких шахтах района эту долину издавна старались по мере возможности избегать.

Очень трудно определить местонахождение погребенных долин там, где они не соответствуют очертаниям современных долин. При сооружении гидротехнического канала Ваггиталь под долиной Швендибах в Швейцарии предполагали, что рыхлые осадки достигают значительной глубины. Поэтому по линии будущего канала была заложена серия горных выработок, одна из которых вскрыла границу коренных и рыхлых пород на глубине 12 м. Канал предполагалось вести на глубине 30 м, поэтому разведочные горные работы продолжали, и другая выработка — в 50 м к северу от первой — вошла в погребенную долину, расположенную на проектной глубине закладки канала. Во избежание катастрофы строительные работы были законсервированы.

Самые глубокие и опасные погребенные долины приурочены к районам, подвергавшимся оледенению. Это объясняется тем, что достаточно мощные ледники при своем движении через уже существовавшие долины могли перемещаться вверх по склонам, переуглубляя отдельные их участки. При отступлении ледника происходит накопление переносимых водой осадков и заполнение ими углубленных частей долины. Это — одна из основных проблем, с которой сталкиваются инженеры при строительстве туннелей, поскольку многие районы Европы и Северной Америки в ледниковую эпоху были охвачены оледенением. В Колмене (Канадские Скалистые горы) шахтеры-угольщики обнаружили погребенную долину, заполненную рыхлыми осадками и погружающуюся почти на 90 м под реку Кроуснест. Во время строительства знаменитого туннеля Сен-Готард в Швейцарских Альпах чуть не произошла катастрофа, когда вели проходку под долиной Андерматт на глубине 300 м и на расстоянии около 3 км от северного устья туннеля. В 70-х годах XIX века ничего не было известно о погребенной долине, она была обнаружена лишь 70 лет спустя при помощи буровых скважин. Глубина погребенной долины Андерматт достигает 270 м, слагающие ее водонасыщенные пески и глины протягиваются на 40 м в пределы туннеля.