Землетрясения в Кузбассе - ответ на добычу угля

Что провоцирует дрожь земли кузнецкой

05.12.2018 в 07:21, просмотров: 2444

30 ноября в окрестностях Новокузнецка был зафиксирован подземный толчок магнитудой почти в 3 балла. Но опасения вызывает не это единичное сейсмособытие, а информация о том, что Кузбасс сегодня трясет практически непрерывно. К такому выводу пришли студенты КузГТУ, которые в своей научной работе признали, что число землетрясений в Кемеровской области с каждым годом увеличивается, и связано это с деятельностью угольных предприятий. Уж если сами горняки (пусть и будущие) столь откровенно говорят о последствиях своей деятельности, нам всем, видимо, есть о чем задуматься. Так почему трясет Кузбасс и каковы перспективы сейсмической обстановки в регионе, мы разбирались вместе с директором Алтае-Саянского филиала Геофизической службы СО РАН Александром Емановым.

Землетрясения в Кузбассе - ответ на добычу угля
Последствия землетрясения на Бачатском разрезе 2013 г.

Природа не виновата

Как пояснил Александр Еманов, земля Кузбасса и без того находится в природном напряжении, так как сжата горными системами Салаира и Кузнецкого Алатау. А это значит, что в Кемеровской области априори возможны землетрясения, причем довольно сильные. И исследования природной сейсмичности юга региона, которые проводились в рамках федеральной программы «Сейсмобезопасность Кузбасса», это подтверждают. К примеру, в Новокузнецке природное землетрясение магнитудой 7 баллов может произойти один раз в 100 лет. 

Но суть проблемы в том, что природная сейсмичность в регионе значительно уступает так называемой наведенной сейсмичности, возникающей в результате деятельности человека. «За счет мощного техногенного воздействия на земную кору создаются ослабленные зоны, в которых инициируются процессы наведенной сейсмичности, – сообщил Александр Федорович. – Выработки в Кузбассе очень большие. Из недр земли изымаются огромные объемы угля, из-за чего происходит формирование искусственных гор и перераспределение нагрузки на структуры Кузнецкой впадины. Это и приводит к повышению сейсмоактивности. Ведь если где-то убрать, а где-то добавить, то создается концентрация напряжений в локальных зонах и превышение предела упругости горных пород. Возьмите деревянную линейку и начните ее сжимать – она лопнет. Если мы на ней сделаем пропил, то она лопнет по пропилу. Если я не буду сжимать линейку, то с пропилом ничего не случится. Так вот, в Кузбассе природное сжатие целой линейки не такое сильное, чтобы она могла лопнуть. Но угольщики делают серьезные «пропилы» в земной коре, я имею в виду шахты и разрезы, в местах которых и происходят землетрясения. Природная сейсмичность усиливается и как бы наводится в эти слабые места. Тревожным сигналом для угольщиков и властей должно было стать самое сильное в мире техногенное землетрясение, которое произошло в 2013 году на Бачатском разрезе. Не было бы выработок – не было бы таких землетрясений. По тому, какие объемы угледобычи заявляются угольными предприятиями, можно спрогнозировать территории повышенных сейсморисков. Если добывать уголь, не контролируя опасных процессов, я не исключаю повторения землетрясения, аналогичного Бачатскому».

Кузбасс в кольце

Детально изучать эти процессы начали только в XXI веке. Ранее фиксировать подземные толчки было особо нечем. «На регионы Западной Сибири приходилось всего 13 сейсмостанций, – отметил Александр Еманов. – Они находились далеко друг от друга, и мы не фиксировали слабые землетрясения, а значит, не видели общей картины. Со временем количество станций увеличивалось. Прежде всего это коснулось Кузбасса и Республики Алтай, где произошло крупное Чуйское землетрясение».

В 90-е годы в Кемеровской области появилась станция Таштагол, а также станции на границе с Алтайским краем и Новосибирской областью – Берчикюль и Салаир. Вокруг Кузбасса формировалось контрольное кольцо. На сегодняшний день по Кемеровской области работает около 20 сейсмостанций. Все они заведены в общую систему и передают информацию о силе и координатах сейсмособытий в Алтае-Саянский филиал в режиме реального времени. «В течение одной минуты мы получаем все необходимые данные, – добавил Александр Еманов. – Ощутимую помощь в этой работе нам оказывают специалисты кузбасской организации – ГКУ КО «Агентство по защите населения и территории Кемеровской области».

Пятнистая карта региона

Согласно данным, которые ученые получают со станций, сейсмоактивность в Кузбассе фиксируется пятнами. «Очень сильно трясет в районе Полысаева, – отметил Александр Еманов. – Там шахты, и событий на этом участке происходит очень много. Энергия толчков здесь невысока, но территория выделяется за счет их количества. Прилично трясет район Калтана, Осинников, «светится» сейсмически активная зона вблизи Междуреченска, причем с обеих его сторон, где находятся открытые выработки и шахта Распадская. Рядом с Новокузнецком угольных предприятий не так много, тем не менее зона сейсмической активности достаточно яркая. Еще одна зона – добывающие предприятия в районе п. Талда. Выделяется на карте территория разреза Краснобродского, который на сегодняшний день может смело конкурировать по сейсморискам с Бачатским. Но если Бачатский находится под очень хорошим контролем, там размещена система станций, которые позволяют видеть даже самые слабые землетрясения и замечать малейшие перепады активизации, то Краснобродский пока контролируется лишь периферийно. В этом районе работают три угольных предприятия, которые пока не могут решить между собой, кто потратится на установку сейсмостанции. В перечисленных местах активность недр наиболее высокая. На других территориях региона тоже фиксируются колебания и их отголоски, но более мелкие. Вопрос локализации и развития этих сейсмопятен находится под нашим постоянным контролем».

Ученый признает, что количество регистрируемых в Кузбассе землетрясений увеличивается с каждым годом, и видит тому две причины. Первая – повышение производительности работы угольных предприятий. Вторая – увеличение количества чувствительных станций, которые объективно начинают регистрировать большее число мелких землетрясений.

«Самые сильные толчки происходят там, где находятся открытые горные выработки, – отметил Александр Федорович. – Энергия толчков около подземных выработок меньше, поэтому магнитуда землетрясений вблизи шахт, как правило, с трудом дотягивает до двойки. Но когда таких колебаний происходит много, а на подработанных территориях находятся поселки, этой двойки может вполне хватить для серьезных разрушений в таких местах. Интересно то, что сейсмическая активность четко ползет по траектории выработки. То есть техногенная привязка у этих событий есть стопроцентная. На разрезах толчки сильнее. Кузбасс уже имел 6 баллов на Бачатском, а 3-4 балла для региона сегодня не редкость. Над разрезами люди не живут. Но эти землетрясения с легкостью докатываются до близлежащих населенных пунктов, а иногда – и соседних областей».

Взрывной эффект

Способен ли промышленный взрыв как таковой спровоцировать сейсмическую активность? «Для ответа на этот вопрос мы построили карты суммарной энергии,выделяющейся при промышленных взрывах на разрезах, и карты суммарной энергии по наведенной сейсмичности, – рассказал Александр Еманов. – И оказалось, что сейсмичность лишь иногда совпадает с силой и частотой производимых взрывов, то есть далеко не самые большие заряды дают максимальный сейсмический эффект. Главное в этом вопросе – не сколько тонн взрывчатки заложено, а соблюдается ли технология взрывания. Не стоит забывать и о таком факторе воздействия на недра, как вибрация. На первый взгляд кажется, что вибрация не такая агрессивная, а потому безобиднее взрывов. Но нет. Наши наблюдения показывают, что даже непродолжительное прекращение угольной добычи ведет к уменьшению количества техногенных землетрясений за этот период времени. Когда комбайны останавливают на профилактику, сейсмособытий фиксируется намного меньше. Получается, само вибрационное воздействие играет немаловажную роль в формировании наведенной сейсмичности около шахт и разрезов. Устойчивое продолжительное растрясание земли тяжелой техникой тоже имеет негативные последствия».

Безопасно работать дорого

Ученый убежден, что сохранить сейсмическую стабильность региона можно и без остановки работы угледобывающих предприятий. Для этого нужно, во-первых, установить систему мониторинга. Пока она обязательна только при проведении подземных работ, для разрезов всего лишь рекомендована. К тому же ни в каких госдокументах не описано, какой должна быть эта система. «Поэтому некоторые не очень дальновидные управленцы находят лазейки и пытаются обойтись малыми жертвами, устанавливая неспециализированные системы мониторинга с малой чувствительностью, – отметил Александр Федорович. Был случай в нашей практике, когда мы поставили сеть в районе Калтана и начали изучать территорию шахты Алардинская. Угольщики сообщили, что у них уже установлена система регистрации горных ударов, и они якобы все контролируют. Мы предложили сравнить данные. Оказалось, что за один и тот же период времени – три месяца – их система зарегистрировала 18 событий, а наша – 1000. Потому что системы разного назначения: одна очень точно дает информацию о событиях около выработки и защищает горняков, а вторая следит за большим объемом среды и является защитой поселков наверху».

Ученый считает, что можно решать задачи по изменению напряженного состояния земли, можно влиять на развитие техногенной сейсмичности, а значит, можно найти решения, которые позволят избежать разрушений и жертв. Только это требует дополнительных усилий и затрат, а некоторые компании в погоне за быстрыми деньгами этими требованиями пренебрегают.

«Система мониторинга Кузбасса является элементом общей системы мониторинга и сама формируется как двухуровневая, – констатирует Александр Еманов. – Один уровень – это обнаружение сейсмически активизированных горных предприятий, второй – получение детальной информации об активизациях и прогноз развития. Первый уровень практически создан, второй только начал формироваться. Я уже назвал сейсмически активизированные зоны Кузбасса. Плохо, что не все они хорошо контролируются. Полысаево, шахта «Распадская», активизация с востока от г. Новокузнецка – все они без надлежащего контроля. Дело в том, что руководство этих предприятий отреагирует, когда произойдет катастрофическое землетрясение, а пока – все на авось».

Вердикт молодых ученых

Из научной работы «Землетрясения в Кузбассе и их причины», представленной на X Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Россия молодая» 24-27 апреля 2018 г. (авторы – студенты КузГТУ Клабуков И.В. и Тур К.А.):

Статистика землетрясений в Кузбассе за период 1980-1997 гг.

В период с 1980 г. по 1997 г. (в Кузбассе. – Прим. ред.) было зафиксировано всего лишь 4 землетрясения небольшой амплитуды. В это время горнодобычные работы велись на небольшой глубине, а также темпы добычи были ниже, чем в настоящее время. В период с 1997 по 2007 гг. резко начинают расти темпы добычи, совершенствоваться технологии добычи, а также появляется мощная техника. Из статистики видно увеличение количества землетрясений – до 4,5 тысяч.

Статистика землетрясений в Кузбассе за период 1997-2007 гг.

Проанализировав статистику землетрясений в Кузбассе за период с 1980 по 2018 гг., все больше можно утвердиться во мнении, что открытые горные выработки могут оказаться серьезным источником сейсмической опасности. Перепады давления на участках земной коры, вызванные выемкой грунта и угля, могут провоцировать колебания и землетрясения, которые в свою очередь могут привести к серьезным последствиям, таким как угроза жизни и здоровью людей и разрушению инфраструктуры региона».

Статистика землетрясений в Кузбассе за период 2007-2018 гг.

«Я согласен с выводами студентов, – отметил научный руководитель, старший преподаватель кафедры разработки месторождений полезных ископаемых КузГТУ Дмитрий Соловьев. – Необходимо как можно скорее предпринимать меры, привлекать высококлассных специалистов, ученых. И, возможно, приостановить ведение открытых горных работ в непосредственной близости от населенных пунктов до того момента, пока не будет найдено верное решение».