Внешние видеофайлы

Обрушение угольной шахты «Коулбрук» — крупнейшая техногенная катастрофа в горной промышленности Южно-Африканской Республики — произошло 21 января 1960 года. Из 438 горняков, находившихся под землёй в зоне катастрофы, выжил лишь один . Главной причиной обрушения стало извлечение из шахты бо́льшей доли угля, чем позволяли геологические условия и применявшиеся технологии. Руководители систематически уменьшали размеры неизвлекаемых целиков и межкамерных барьеров , поддерживавших своды, тем самым уменьшая их несущую способность. В конце 1959 года случайное обрушение отработанного, недействовавшего опытного участка шахты спровоцировало разлом долеритовой плиты, располагавшейся над угольным пластом . Опасность осталась незамеченной, и 24 дня спустя в окрестности аварийного участка произошла серия катастрофических обрушений целиков и барьеров, уничтожившая всю восточную часть шахты — 324 гектара горных выработок .

Предыстория

Шахта «Коулбрук» ( англ. Coalbrook ) была заложена в 1905 году на землях в 100 км к югу от Йоханнесбурга , в черте современного города Сасолбург . Запасы угля на этом месторождении состоят из трёх пластов . Наиболее ценный пласт № 2 , мощностью около 6 м , лежит на глубине около 140 м от поверхности и практически не имеет падения , за исключением труднодоступных областей на окраинах месторождения . Выше и ниже него расположены пласты № 1 и № 3 , мощностью до 2 м и до 3 м соответственно, отделённые от пласта № 2 слоями сланцев и известняка . Между пластом № 1 и поверхностью залегает плита из твёрдого долерита мощностью около 40 м .

В первые десятилетия работы шахты добыча угля велась исключительно на пласте № 2 по без обрушения отработанных выработок. План выработки был составлен консервативно: расстояние между осями смежных камер составляло 24,4 м , а ширина каждой камеры не превышала 7,3 м — таким образом, остававшиеся после очистки столбы (опорные межкамерные целики ) имели размеры не менее 14×14 м . Ширина барьеров (ленточных целиков) между смежными панелями составляла также 24,4 м , а высота забоя — всего 2,4 м . Добыча остававшейся, верхней части пласта не производилась из-за низкого качества этих углей, а из используемой нижней части более половины запасов оставалось в целиках . С 1932 года руководство шахты начало последовательно уплотнять выработки . К 1949 году расстояние между центрами камер сократилось до 18,3 м , с соответствующим уменьшением размеров межкамерных целиков, а толщина межпанельных целиков — до 12,2 м . Производилась и дополнительная выемка «карманов» угля из опорных столбов, ещё более ослаблявшая их несущую способность . Благодаря этим мерам к 1950 году добыча угля выросла до 1600 тонн в сутки .

Абсолютное большинство рабочих шахты были чернокожими выходцами из соседнего Басутоленда и восточно-африканских владений Португалии . Места бригадиров, инструкторов и мастеров-взрывников были законодательно закреплены за белыми ; фактически же опасные взрывные работы также выполняли чернокожие . Большинство чернокожих работников учились профессии на рабочих местах. Профессиональную подготовку получали лишь немногие, специально отобранные и прошедшие особые испытания рабочие, занимавшие места звеньевых ( англ. boss boys ) на подземных работах и контролировавшие массы рядовых африканцев .

В 1950 году владельцы шахты выиграли конкурс на поставку угля новой электростанции , запланированной к строительству в . Для выполнения контракта следовало в течение четырёх лет строительства довести добычу угля «Коулбруком» до 10 тысяч тонн в сутки, однако приглашённые энергетиками эксперты усомнились в возможностях шахты . По их мнению, слабая несущая способность пласта № 2 не позволяла увеличить высоту забоя свыше 2,9 м , при этом как минимум 60 % угля из этого слоя следовало оставлять в целиках . Владельцы с экспертами не согласились, и начали форсированно наращивать добычу . Размеры шахтного поля увеличились до 5,6 км по оси запад — восток и до 3,7 км по оси север — юг . К 1957 году высота забоя выросла по всей шахте до 4,3 м , а в отдельных её участках до 5,5 м — что вызвало череду локальных, пока не катастрофических, обрушений . После вмешательства горных инспекторов компания вынужденно уменьшила высоту забоя до 4,3 м ; годовая добыча 1958 года составила «всего» 2,26 млн тонн — в 17 раз больше, чем в 1954 году .

Эксперимент

Владельцы шахты, недовольные достигнутыми объёмами, решили нарастить их за счёт повторной проходки старых выработок — с увеличением высоты забоя и с частичной выборкой оставленных ранее целиков . Для проверки этого решения они провели опытную повторную очистку отработанного в 1952 году участка № 10 , расположенного на северной окраине шахтного поля . С запада к нему примыкал ещё не тронутый проходкой пласт, с востока располагались основные действующие участки шахты . С точки зрения безопасности и корректности эксперимента его следовало проводить на более старых участках, расположенных на западе шахтного поля, но по соображениям удобства работ руководство выбрало именно десятый участок .

Опытные работы — очистка верхней части пласта, уменьшение габаритов целиков, выемка «карманов» из уменьшенных целиков — затронули площадь в 3 га и благополучно завершились к марту 1959 года . За время эксперимента не произошло никаких чрезвычайных происшествий, и руководство дало добро на распространение новой практики на всю территорию участка . Тем временем в примыкавших к нему участках также продолжалась добыча, последовательно ослаблявшая несущую способность пласта . Никаких средств измерить или хотя бы оценить её на шахте не было — инженеры полагались лишь на собственный слух и зрение .

Около 19:00 28 декабря 1959 года десятый участок обрушился. Отработанный «опытный полигон» был навсегда погребён массами породы . По счастливой случайности инцидент пришёлся на нерабочую смену, когда на участке не было ни одного шахтёра . Лишь один человек, находившийся далеко от места обрушения, был сбит с ног неожиданным потоком воздуха и получил травмы . Опрос рабочих, занятых в предшествовавшую дневную смену на смежном участке, не выявил каких-либо признаков надвигающегося обрушения . После обрушения на этом участке были явно слышны шумы деформирующихся сводов и целиков, но за три дня они полностью стихли . Компания предпочла сохранить происшествие в тайне, а посетивший шахту 11 января инспектор не обнаружил ничего подозрительного .

Катастрофа

Расстановка персонала на 16:00 21 января	Распространение обрушения, между 19:00 и 19:20 21 января	Завершение обрушения, после 19:20 21 января

Около 16:00 21 января 1960 года шахтёры, работавшие под землёй к западу от участка № 10 , услышали громкий шум — своего рода «выстрелы», доносившиеся со стороны обрушившихся в декабре выработок, — и характерный треск оседающих от чрезмерной нагрузки целиков . Старший смены остановил работы и вывел людей из забоев; по пути они были сбиты с ног сильным порывом воздуха со стороны участка № 10 . Около 16:20 аналогичные шумы и хлопки наблюдались к югу от участка № 10 . В 16:45 сейсмографы зарегистрировали подземный толчок магнитудой 0,5 по шкале Рихтера . Начальник подземных работ и исполняющий обязанности директора шахты (сам директор в этот день был в отпуске) немедленно спустились под землю для выяснения обстановки. Как оказалось, все вентиляционные перемычки в окрестности участка № 10 были уничтожены . В воздухе нарастала концентрация метана , но не было следов угарного газа — что исключало версию о взрыве рудничных газов . На поверхности земли над участком № 10 образовался провал .

Оценив обстановку, менеджеры сделали вывод, что провал снял избыточное напряжение , накапливавшееся в породах над участком № 10 , и оно более не представляет опасности . Два участка, непосредственно примыкавшие к участку № 10 , были закрыты и эвакуированы, остальные продолжили работу . Небольшая группа горняков приступила к восстановлению вентиляционных перемычек, а большинство были по-прежнему сосредоточены в двух противоположных, изолированных участках на северо-западе и на восточной окраине шахтного поля . Никто на шахте не знал, что в это же время на поверхности разрасталась трещина, достигшая к 18:30 длины в 1,2 км . По позднейшим сообщениям левой газеты , группа из пяти шахтёров-африканцев попыталась бежать на поверхность, но была остановлена охраной . Двое непокорных отправились под арест, трое согласились вернуться в шахту, но в последний момент сумели вырваться на свободу . Вероятно, полагает профессор Дурбанского университета Деннис Шауффер, шахтёры догадались о грозящей катастрофе по необычному, паническому поведению крыс . Менеджеры, по мнению Шауффера, спускались под землю не для решения технических вопросов, но для принуждения шахтёров к работе .

В начале восьмого часа вечера рабочие, восстанавливавшие вентиляционные перемычки, услышали нарастающий грохот со стороны аварийного десятого участка; в то же время приборы зафиксировали выброс метана . Шахтёры бросились бежать, но по пути были сбиты с ног мощным потоком воздуха и пыли . Ураганный вихрь не стихал в течение десяти минут, не давая людям подняться; в 19:26 сейсмографы зафиксировали начало пятиминутной серии подземных толчков магнитудой 1,0 по шкале Рихтера . Когда вихрь постепенно спал, люди бросились бежать . Как выяснилось позже, все ремонтники и все рабочие северо-западных участков сумели благополучно выйти на поверхность; из 438 рабочих восточных участков не выбрался ни один . Руководители шахты вновь спустились под землю и обнаружили, что все проходы к восточным участкам завалены обрушенной породой . Лишь один из 438 пропавших, занятый на откатке угля к центральному копру , был найден живым и выведен на поверхность .

Обследование поверхности показало, что провал над участком № 10 достиг диаметра 150 м и глубины от 1,8 до 2,1 м . К востоку от него, на площади примерно 324 га , расползлась сеть трещин, а уровень поверхности опустился в среднем на 0,5 м . Так стало ясно, что подземное обрушение затронуло всю восточную часть шахтного поля. Опорные целики, подобно костям домино , один за другим разрушились под нагрузкой. Цепная реакция останавливалась, лишь дойдя до границы выработки, либо до старых выработок с широкими целиками .

Попытки спасения

Спасательная операция, продолжавшаяся несколько недель, привлекла внимание репортёров всех центральных газет и радиостанций страны , а также особого отдела ( англ. Special Branch ) южноафриканской полиции . Спасатели сразу поняли, что добраться в восточные участки шахты можно только с поверхности. На окраине шахтного поля были развёрнуты буровые установки , срочно доставленные с соседних шахт . Долеритовая плита долго не поддавалась буровым коронкам ; лишь через одиннадцать дней после катастрофы первая скважина достигла пустот в месте, где недавно шла добыча угля . Опущенный в скважину микрофон зафиксировал лишь звук падающих капель воды . Датчики других скважин обнаружили полностью затопленные пустоты, высокую концентрацию метана, но никаких признаков жизни .

Несколько дней спустя операция была свёрнута; 437 человек были признаны погибшими. В их числе было шесть белых шахтёров и 210 чернокожих выходцев из восточно-африканских владений Португалии ; остальные погибшие принадлежали к южноафриканским племенам из Басутоленда . Вдовы белых шахтёров получили пожизненные пенсии в размере от 30 до 75 южноафриканских фунтов в месяц . Вдовам чернокожих достались лишь разовые пособия, не превышавшие 252 южноафриканских фунтов , выплачивавшиеся ежемесячно по 3—4 фунта .

По данным краеведа Хорста Мюллера, шахта возобновила добычу угля 18 марта 1960 года. В марте 1961 года произошло очередное обрушение, и северная часть шахты вместе с главным, северным, стволом была навсегда закрыта. Добыча в южной части шахтного поля, которую обслуживал особый южный ствол, продолжалась до 1990 года .

Выводы

По воспоминаниям журналиста , уже в первые дни после катастрофы возникли устойчивые слухи, что её причиной стало извлечение бо́льшей доли угля, чем позволяла несущая способность породы . Государственные органы в целом поддержали это мнение, но преследовать владельцев и менеджеров шахты не стали , ограничившись рекомендациями на будущее . Мнение об избыточной выемке угля и недостаточном запасе прочности «оптимизированных» целиков стало преобладающим в среде профессиональных шахтёров . В рамках этой гипотезы непосредственным «виновником» происшедшего стал разлом долеритовой плиты над участком № 10 . В нормальных условиях плита воспринимала и перераспределяла нагрузку от вышележащих слоёв породы, предохраняя опорные целики от чрезмерных нагрузок . После первого разлома некогда монолитная плита треснула и превратилась в пару несвязанных консолей ; после второго разлома свободные концы этих консолей сдавили и разрушили перегруженные, малогабаритные целики восточных участков, вызвав цепную реакцию обрушения . Крупногабаритные целики старых западных и южных участков устояли . Малогабаритные целики северо-западных участков также выдержали нагрузку, так как были защищены массивными межпанельными барьерами .

Горнякам срочно требовалась надёжная методика расчёта прочности опорных целиков; связанная проблема прочности шахтных сводов до поры до времени оставалась на втором плане . Давно известные формулы сопротивления материалов плохо подходили для угольных шахт из-за большого разброса характеристик углей и отсутствия методик экстраполяции характеристик образцов на большие массивы целиков и барьеров . Исследователи сосредоточились, с одной стороны, на испытаниях прочностных свойств углей, а с другой — на статистической обработке данных об уже состоявшихся обрушениях . В 1967 году работавшие в Южной Африке и А. Манро, обобщив характеристики 27 обрушившихся и 92 исправных целиков, предложили эмпирическую , ставшую классической . C подачи Саламона в обиход горняков англоязычного мира вошло понятие «коэффициента безопасности» ( англ. safety factor ) — безразмерной характеристики целика, характеризующей вероятность его обрушения .

Эмпирическая методика Саламона, опиравшаяся лишь на статистику обрушений, не нуждалась в точных измерениях и трудоёмких вычислениях, но имела принципиальный недостаток — зависимость от выборки исторических данных, положенных в основу модели . По этой причине в последующие десятилетия методика несколько раз уточнялась с учётом новейших данных . С 1990-х годов исследователи применяют раздельный учёт статистики по шахтам с прочными и со слабыми углями (к которым относятся все шахты ваальского бассейна , в том числе «Коулбрук») . По оценкам начала XXI века, последовательное применение норм безопасности, восходящих к методике Саламона — Манро, позволило снизить вероятность обрушений южноафриканских шахт в четыре раза, ценой потери примерно 600 миллионов тонн угля в неизвлекаемых целиках .

Комментарии

Примечания

Литература

• Городниченко В. И., Дмитриев А. П. . — М. : Горная книга, 2016. — ISBN 9785986724348 .
• С. Didier. // Rapport Scientifique INERIS, 2013, 2012-2013. — 2013. — P. 70—72.
• J. N. van der Merwe. // The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. — 2006. — Vol. 106, № December. — P. 857—868. Автор — сотрудник отделения горного дела, металлургии и геологии Университета Претории .
• J. N. van der Merwe. // South African Colliery Managers Association. — 2013. — P. 1—9. Автор — сотрудник отделения горного дела, металлургии и геологии Университета Претории .
• H. J. Simons. // Africa Today. — 1961. — P. 41—55.
• Schauffer, Dennis. // E-Leader Warsaw 2018. — 2018. — P. 1—6. Автор — профессор emeritus университета Квазулу-Наталь в Дурбане .