Уральский следопыт, 1958-04

СТРЕЛЯЮЩИЙ УГОЛЬ

Рис. М. Заводчикова

Случай на шахте

Трудно поверить! Каменный уголь, этот добрый черномазый труженик, отапливающий котельные и паровозы, способный дать химикам отличные краски и пластмассы, а фармацевтам – десятки лекарств, превращается иногда в коварного врага. У шахтеров и так достаточно старинных недругов: «опасный спутник» – метан и каменноугольная пыль, прорывы воды и обвалы горных пород. А теперь еще и уголь – враг! Почему?

Вот что получается, например, в шахтах Южного Урала, где добывают бурый уголь. Этот сорт легко соединяется с кислородом. Температура угля при этом поднимается до 120 градусов, и он загорается. В результате нa шахтах возникают подземные пожары. Пожар под землей очень опасен. Он может удушить людей, разрушить всю шахту. Но шахтеры нашли выход: они улучшают проветривание забоев, стараются как можно меньше оставлять деревянных креплений в завалах. В результате подземные пожары почти прекратились.

Но вот в Кизеловском бассейне уголь стал вести себя еще хуже. Он вдруг начал… стрелять и взрываться. Еще лет десять назад шахтеры обратили внимание на «хлопки».

Представьте себе, что в лаве, где добывают уголь, тихо. Минутный перерыв. Черной стеной безмолвно стоит пласт угля, и вдруг от пласта с хлопком отскакивает комок угля величиной с кулак. Как тут не удивиться. К тому же часто при работе с отбойным молотком, при введении пики его в массив угля раздавался непонятный треск, забойщик чувствовал толчок, а уголь с шумом разваливался.

Со временем невинные на первый взгляд проказы угля превратились в серьезные разрушительные взрывы. Так в один из солнечных июньских дней 1949 года жители поселка шахты имени Урицкого почувствовали сильный толчок и глухой взрыв. На расстоянии 2,5 километра от шахты в домах заколебались абажуры и лампы, а поблизости развалилось несколько дымовых труб. Что случилось? Оказалось, что в шахте на глубине 480 метров произошел взрыв. Он был настолько сильным, что основная горная выработка – штрек – на 210 метров была разрушена и завалена раздробленным углем. Толстые крепежные стойки переломались, как спички.

В чем же дело?

Какие причины вызвали подземный взрыв? И как предупредить такие взрывы в будущем?

Эти вопросы взволновали и производственников и ученых. В Кизел приехал молодой инженер Игнат Петухов. Под руководством профессора Всесоюзного научно-исследовательского маркшейдерского института Степана Гавриловича Авершина он стал терпеливо изучать горные удары.

А выяснить ему предстояло многое.

Во-первых, нужно было познакомиться с «виновником» – стреляющим углем. Кизе-ловский уголь издавна считался одним из самых крепких в стране. Нередко бывало, что зубки режущей цепи врубовой машины мгновенно выходили из строя. Особенно крепки пласты, где в черном бархате угля поблескивают крупинки пирита.

Во-вторых, необходимо было исследовать соседние пласты породы. Оказалось, что уголь залегает среди крепчайших мелкозернистых кварцевых песчаников. Инженер П. А. Власов изучил полученные с шахты образцы и установил, что укрепленный в прессе столбик песчаника выдерживает колоссальное давление: 1500 – 2400 килограммов на квадратный сантиметр. Порой стальные подкладки у прессов не выдерживали, и столбик песчаника вдавливался в металл. Металл отступал перед камнем!

Ясно, что в шахте уголь зажат в крепких объятиях, в тисках из слоев крепчайшего песчаника. А так как горные удары в большинстве случаев выявлялись на глубине 300 и больше метров, то и невольно напрашивался вывод: вызываются они увеличенным горным давлением.

Опасный опыт

А что, если сделать опыт? Да-да, произвести горный удар в лаборатории! На первый взгляд это кажется необычным: трудно же создать условия, подобные тем, что встречаются в шахте на глубине 500 метров! Но решили попробовать. В лабораторию доставили образец «стреляющего угля». Там отделили от него плитку толщиной 2,5 сантиметра с площадью 300 квадратных сантиметров. Верхнюю и нижнюю плоскости ее покрыли тонким слоем смазки, смеси высокопрочного цемента с жидким стеклом. Смазке дали время хорошо затвердеть – она стала прочнее угля. Затем полученный «пласт» поместили между подушками мощного пресса. Вокруг пресса собрались научные работники, инженеры.

– Ваша угольная плитка будет раздавлена, как любой материал, подвергающийся испытанию на сжатие,- высказывали опасение некоторые сотрудники.

Но их пророчество не оправдалось. 100… 200… 300… килограммов на квадратный сантиметр! Даже бетон не выдерживает такой нагрузки! Уголь же оставался целехонек.

Стрелка, показывающая нагрузку, ползла вверх и вверх. Тишина. Но вот в усилителе, соединенном с микрофоном, послышался треск, щелчки. Люди покинули лабораторию. Через несколько секунд раздался оглушительный взрыв, искусственный горный удар сотряс стены комнаты. Лента угля разлетелась в мелкие куски. Часть стекол в окнах выбило. Опыт удался- уголь заставили «выстрелить» в лаборатории.

Но каков же источник энергии колоссальных горных ударов? Вспомним об обыкновенной металлической пружине. Вы взяли ее в руки и сжали. Отпустите ее, и она вновь расправится. Ясно, что пружина, стремясь выпрямиться, совершает работу. Как ни странно на первый взгляд, но кизеловский уголь тоже обладает качествами пружины. Под тяжестью горных пород, покрывающих пласт, он сжимается. Если убрать сверху и со всех сторон давление, то сжатый уголь примет свою прежнюю форму.

Но представим себе, что давление не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Стальная пружина ломается и разлетается в разные стороны. И уголь – тоже. Энергия, вызванная многотонным давлением крепчайших песчаников в перенапряженном угле мгновенно превращается в энергию взрыва. Вот как объясняется горный удар.

Укрощенный взрыв

В просторном кабинете главного инженера треста «Сталин-уголь» Будкова собрались ин-_ женеры и техники.

Уральский следопыт, разведчик подземных взрывов Игнат Макарович Петухов, сосредоточенный и немного строгий, развесил по стенам чертежи, диаграммы, графики и, сообщив о причинах горных ударов, перешел к способам борьбы с ними.

– За последние годы на шахтах Ки-зела горные удары почти полностью прекратились. Думаете, горное давление на глубине уменьшилось? Нет. Теперь мы научились управлять этим давлением. Мы охраняем уголь от больших нагрузок. Хорошее средство борьбы с горными ударами – выемка «защитного» пласта. Если под пластом, грозящим горным ударом, имеется другой, «нестреляющий», пласт, то вначале вынимают его. Тогда уголь верхнего, «стреляющего», пласта будет разгружен от сильных нагрузок и при разработке больше «стрелять» не будет.

Исследования Игната Макаровича Петухова позволили работать шахтерам в безопасности и победить внезапные взрывы угля. За ценное исследование инженеру присвоена ученая степень кандидата технических наук.

Скоро горная наука окончательно решит проблемы давления под землей. Может быть даже, что человек заставит горное давление работать на себя. В земных глубинах оно будет дробить уголь и спокойно выжимать его на конвейер, точно повинуясь воле и разуму человека.

Укрощенные горные удары будут добывать уголь.