ПОЧЕМУ ВЗРЫВАЮТСЯ УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ?

Г.Полевщиков
доктор технических наук,
заведующий лабораторией проблем
газопроявлений в угольных шахтах
Института угля и углехимии СО РАН

Случайность — проявившая
себя закономерность

Статистика показывает, что в России каждый миллион тонн добытого угля сопряжен с гибелью одного шахтера. В порядке травмирующей значимости причин имеем следующую последовательность: обвалы и обрушения горных пород, машины и механизмы, транспорт, электроснабжение, взрывы метана и т.д. Даже катастрофические последствия взрывов метана в период 1995–2000 гг. не внесли принципиальных изменений в этот мрачный рейтинг. Причиной большей информированности общественности в части газовой опасности шахт является большее поражающее действие каждого взрыва по сравнению с прочими видами аварий. Известны случаи, когда авария распространяется до поверхности с разрушением надшахтного здания. Социальное звучание отдельной катастрофы достигает масштабов, приводящих к увольнению по собственному желанию значительного числа горнорабочих, снижению престижности подземных профессий.

Что лежит в основе этих катастроф? И главное, что делается в направлении сближения с мировым уровнем газовой безопасности угольных шахт?

Прежде всего следует исключить удобную ссылку на снижение дисциплины труда. Начавшийся с перестройкой период "анархии" в угольной промышленности закончился в первой половине 90-х годов. Катастроф не было. Вторая половина, принесшая только от взрывов метана гибель около 100 шахтеров, объективно характеризуется стабилизацией кадрового состава шахт и угольных компаний, ростом объемов добычи угля, производительности труда.

Нельзя считать воспламенение метана и чистой случайностью. Точнее другая позиция: "Случайность — проявившая себя закономерность". Для видения ее развития, понимания законов настоящего и правильного отношения к будущему необходимо вернуться на десятки лет назад, включая систему знаний.

Метан — друг и враг

Геологические процессы метаморфизма вещества, ныне определяемого как уголь, сопровождались образованием значительного объема метана. Большая его часть выделилась в атмосферу, а оставшаяся вошла в состав угля. Угольный пласт представляет собой трещиновато-пористую среду, пустоты которой заполнены водой (2–7% от массы угля) и свободным метаном под давлением на разрабатываемых глубинах до десятков атмосфер. Основная часть газа (90%) содержится в состоянии, близком к сорбированному. Газоносность достигает 35 кубометров/т. Газопроницаемость пластов снижается с ростом глубины залегания и для условий Кузбасса составляет 10^-5–20 миллидарси. Метанообильность всех шахт Кузбасса 0,8–1,3 млрд. кубометров в год, а отдельных шахт более 200 кубометров в минуту.

Содержащийся в угольных пластах метан нельзя оценивать как свободный газ, т.к. он миллионы лет сохраняет свое состояние в составе углеметанового вещества, находясь достаточно близко к дневной поверхности при вполне значимой для этого периода времени проницаемости. Аналогичная ситуация и в окрестности горных выработок, когда за небольшой (15 м) зоной газоистощения газокинетические характеристики пласта сохраняются десятки лет. Границу этой зоны принято называть "газовым барьером". Природа его существования неизвестна.

В период разработки месторождения метан способен не только интенсивно выделяться, но и формировать процесс динамического саморазрушения пласта угля и даже прочного песчаника в виде внезапного выброса с интенсивностью десятки тонн угля и сотни кубометров метана в секунду. Максимальная масса выброса до 10 000 т угля за три с половиной минуты и 350 000 кубометров метана (Украина).

С позиций попутного энергетического сырья значение метана относительно невелико. Даже при относительной метанообильности шахты в 50 кубометров/т в идеальном случае полного использования метана для продажи на газовом рынке Кузбасса (0,4 руб./кубометр) имеем примерно 1% от себестоимости добычи. Добыча метана из неразгруженных угольных пластов приводит к себестоимости в 4 раза большей по сравнению с разработкой газовых месторождений.

Рассматривая особенности возникновения, развития и затухания различных видов газопроявлений, нужно отметить принципиально важный момент. Все они приурочены к зонам влияния технологического воздействия, чем оно интенсивнее, тем динамичнее реакция массива горных пород. В тоже время, скорости развития горных работ становятся столь велики, что существующие методы и средства оценки ситуаций приводят к запаздыванию управляющих решений, к снижению их эффективности. Технолог на шахте и проектировщик сталкиваются с типичной ситуацией "информационного барьера", характеризующейся тем, что сложность управляемой системы, количество причинно-следственных связей по объему информации намного превосходят возможности по ее переработке отдельным человеком или группой специалистов. Выход может быть найден только на пути использования современных автоматизированных систем с компьютерным оснащением. Однако, все известные системы, в т.ч. с компьютерным оснащением, ограничены информационно-контролирующими функциями.

Из опыта известно, что любая конструкция, сооружение и предприятие имеют вполне определенный срок эффективной эксплуатации. Обычно проектный срок эксплуатации шахт составляет около 30 лет. В противном случае неизбежен рост стоимости продукции, опасности производства. По этим обстоятельствам в 60-х годах была принята программа перевооружения угольной промышленности СССР. Однако в необходимом объеме она, по известным экономическим причинам, не выполнена, и, как следствие — снижаются требования правил безопасности. Схемы проветривания, ранее допускавшиеся лишь в период ликвидации шахт, становятся правилом и повсеместно применяются по настоящее время.

Процесс реструктуризации угольной промышленности перелома в старении предприятий не вызвал, хотя ликвидировано на сегодняшний день 38 шахт из 87, действовавших в 1989 г., и сдано в эксплуатацию 8 новых. Строительство шахт довольно длительный и затратный процесс. Но то, что стареть они стали медленнее, уже отрадно.

А вот динамика снижения предвестников катастроф — загазований выработок, оптимизма не вызывает. Статистика показывает, что система газового контроля шахт до 3 раз в сутки, сигнализирует о неблагополучном состоянии технологий подземной разработки углеметановых месторождений. Два процента загазований перерастают в горение, вспышки и взрывы метановоздушной смеси. В условиях Кузбасса нужны углеметанодобывающие комплексы. Более того, технологически грамотное извлечение газовой составляющей месторождений обеспечивает введение в пользование попутного экологически чистого энергоносителя. Шахты Донбасса, Караганды и Воркуты это давно и довольно успешно делают. По самым скромным оценкам шахты Кузбасса могут привлечь к промышленному использованию 200–600 млн кубометров метана в год — прямой источник средств для компенсации затрат на газовую безопасность угледобычи. Плюс дополнительный — снижение выбросов парникового газа уже в целях геоэкологии, а, следовательно, возможность получения существенных инвестиций от международных, государственных и региональных природоохранных организаций.

"Человеческий фактор"
или
"За державу обидно"

Приведенная позиция в ответе на поставленный в названии статьи вопрос согласуется с обстоятельствами наиболее громких аварий на шахтах Кузбасса последних лет. Все они произошли на шахтах, оснащенных современной высокопроизводительной угледобывающей техникой, где плановая производительность соответствовала мировому уровню и обеспечивала выход шахты на экономические показатели рентабельности предприятия.

Первые из них — внезапные выбросы угля и метана на шахте "Первомайская" в 1995 и 1997 гг., унесшие жизни 16 шахтеров. Выброс 1995 г. привел к разрушениям сооружений, включая поверхностные, на общую сумму, по оценкам ВостНИИ, около 1,3 млрд руб. в ценах того года. Одна из основных причин выбросов заключалась в отсутствии непрерывно действующей аппаратуры прогноза газодинамического состояния призабойной части пласта. В период 1991–1995 гг. Институтом угля СО РАН по заказу промышленного объединения "Беловоуголь" было разработано и подготовлено к промышленной апробации методическое и программное обеспечение автоматизированных систем нового поколения с высоким прогнозирующим уровнем. Для завершения работ по промышленной апробации и внедрению необходимо было увеличить инвестиции путем подключения отраслевых структур. Для сравнения — стоимость этой стадии работ не превышала стоимости комплекта аппаратуры "Монарх" фирмы "Трансмиттон" (Англия), подобным качеством не обладающего. Инвестиции не состоялись. Отрасль закупила 6 (шесть!) комплектов английской аппаратуры. Средств для создания отечественной не хватило.

Аварии на шахтах "Зыряновская" (1997 г. — 67 погибших) и "Комсомолец" (2000 г. — 12 погибших), "Есаульская" (2000 г. — 2 погибших), "Распадская" (2001 г. — 5 погибших) имеют единую основу — взорвалась метановоздушная смесь в выработанном пространстве пласта. Объемы выработанных пространств измеряются в тысячах кубических метров и лишь высокая их загазованность (смесь взрывается и горит только при концентрации метана 5–16%) предотвратила более страшную катафтрофу. Подобные системы проветривания применяются и за рубежом, но там запрещена концентрация метана на выходе из этих пространств более 3%. Весь прочий метан должен извлекаться способами и средствами дегазации (изолированный отвод по специальным трубопроводам).

Стратегия развития отрасли не ориентирована на разработку газоносных участков, и не указывает место их расположения. Проектировщики откладывают на "потом", которое всегда приводит к "вчера", проектирование и строительство дегазационных систем. Эксплуатационники, закупая горнодобывающую технику, ссылаются на отсутствие средств для приобретения бурового и дегазационного оборудования, стоимость которого составляет лишь несколько процентов от горнодобывающей техники и без которого подобная техника за рубежами России не эксплуатируется. Почему? Ведь каждый горный мастер сотен шахт Советского Союза перед сменой заполнял путевку, на которой типографским способом было отпечатано: "Безопасность труда — прежде всего". Ответ может быть один — законов много, все они суровые, но мы умеем договариваться. Рабочий, видя, что процесс добычи ведет к росту концентрации метана, не прекращает работу. Технический и вентиляционный надзор не видят в этом непрофессионализма. Вышестоящий состав относится с "пониманием" к объективности ситуации: нельзя останавливать забои, а тем более шахты — жить будет не на что! Квалификационные ставки столь низки, что без перевыполнения заданий по добыче даже выжить сложно, не говоря уже о жизни достойной. Сомневающийся, вне зависимости от его профессии, может сходить в бухгалтерию своего предприятия и убедиться, что его основной оклад, тарифная ставка, лишь небольшая часть заработной платы. Остальные надбавки и льготы — основа "барства" государственной вертикали. Если первое отражает квалификацию работника, то второе полностью зависит от умения "договариваться" на всех уровнях. Для работников шахт это соотношение вообще гипертрофировано. При выполнении месячных планов заработанная плата возрастает в 5–10 раз, приближаясь к "достойной". Действует до последней копейки выверенная и десятилетиями отлаженная система экономического принуждения к рвачеству, потере мастерства. При параллельно существующем мощном декларативном прессинге о безусловной ценности жизни и безопасности труда эта система ломает моральное достоинство трудящегося. Он всегда в зоне лицемерия, лжи. Морально унижен, а, следовательно, легко управляем.

"Человеческий" фактор, определяющий недопустимо высокий уровень газовой опасности угольных шахт, звучит в вопросах: "Почему мы не стремимся жить здорово, счастливо и долго сейчас, а не в будущих поколениях? Почему мы в постоянной битве то "за уголь", то "за урожай"? То за перестройку, то в борьбе с ее последствиями? Кто заставляет нас формировать трудности, а затем упорно, героически, а следовательно, с жертвами их преодолевать?". Возможно, все это непосредственно связано с уничижительными, подчас с высоких трибун, высказываниями о никчемности, безалаберности народа. Наш интеллектуальный и материальный потенциал преподносится как отдельные успехи племени пьяниц и лодырей. Веками владевшие территорией, по которой шел материальный и культурный обмен между цивилизациями, способные защищать ее, диктовать миру свои условия, единственная в мире нация, крыши крывшая золотом, — ставит себя ниже "великого Рима", цезари которого не всегда могли позволить жене купить шелковый плащ для спасения от завшивленности. Огромная многонациональная страна свела истоки своей истории к призвавшему иноземцев править им мелкому Новгородскому княжеству и зациклена на этой несостоятельности. Напомним, что в период царствования первого из этих иноземцев исчезла библиотека русичей, а хранители сказаний по истории народа, волхвы — были истреблены.

Подводя итог хочется пожелать всем нам, от рабочего до ученого и министра, переломить представления о труде, как о подвиге. Прийти к пониманию материальной оправданности высокопрофессиональной работы, неизбежности снижения личного, а не коллективного материального уровня при ошибочных решениях на всех стадиях производства. Тогда снимется вопрос о "загадочности души", и мы все будем стремиться жить здорово, счастливо и долго сейчас, а будущим поколениям оставим добрую память о людях "колонии Кузбасс", создавших условия для самоуважения народа.