Страница 10 из 15
Страна Шахта
Количество выброшенного угля, т Количество выделившегося газа, м³
Австралия Коллинсвил 800 140000
Великобритания Корвей 2500 70000
Германия Иббенбюрен 2500 4700
Канада Моррисей 3500 60000
Китай Санхуба 12780 1000000
Польша Нова Руда 3000 820000
СССР им. Гагарина
14500 >250000
Турция Козлу 1100 110000
Франция Фонтэн 5600 100000
Япония Юбари Шин 4000 600000
Табл.1 Внезапные выбросы на шахтах мира.
Как мы видим, у природы есть в закромах газ, стремящийся выйти из кристаллической решётки, и он готов в любую минуту мгновенно покинуть своё место в кристаллической решётке породы, чтобы вызвать сейсмический удар.
Прикладная часть
Уже Фарадей знал, что некоторые кристаллы электризуются при деформации и расщеплении. Он писал в 1833 г.: "Под обыкновенным электричеством я понимаю такое, которое можно получить от обычной машины, или из атмосферы, или посредством давления или расщепления кристаллов..." Ещё в конце ХХ века были предприняты первые попытки связать подземные толчки с отдельными электромагнитными явлениями. В этом направлении работали многие известные советско-российские учёные и учёные зарубежных стран: Г.И. Шевцов, Г.А. Соболев, З.И. Стаховская, А.В. Кольцов, О.М. Барсуков, В.Я. Антонченко, Н.С, В.В. Ильин В.В, М. П. Воларович, Э. И. Пархоменко У.Ямазаки, Т.Рикитаки и многие другие. Учёными были проделаны многочисленные полевые и лабораторные исследования горных пород, в ходе которых были выявлены механо-электро-магнитные эффекты присущие горному массиву и которые могли влиять на ход динамических проявлений в горных массивах. Показательна в этом плане диссертация В.С. Жукова [27], который изучал электрические параметры образцов горных пород Ашхабадского полигона при сложном напряжённом состоянии. Им были отмечены значительные знакопеременные вариации электрического сопротивления и электрического поля образцов при одноосном сжатии, которые, как он предположил, обусловлены деформацией и разрушением образцов, что вполне в духе нашей гипотезы Деформационного взрыва горных пород. В диссертации также приведены результаты теоретических и экспериментальных (полевых и лабораторных) исследований структуры и природы вариаций естественного электрического поля и электрического сопротивления горных пород в условиях мощного осадочного чехла. Эти результаты убедительно показывает, что основными причинами аномальных вариаций являются: перераспределение (фильтрация) поровой жидкости в зонах тектонических разломов, трещинообразование при деформации и разрушении горных пород, которые, в свою очередь, обусловлены изменениями тектонических напряжений. В работе также, отмечена способность пород, менять электрические свойства, и изменяются под действием циклов тектонического сжатия и разгрузки и то, что изменение этих свойств может указывать на изменение напряженного состояния и деформации пород. В результате этого, как отметил автор, могут возникать следующие явления: 1. Вариации электрического сопротивления горных пород. 2. Излучение электрических полей за счет пьезоэффекта горных пород. 3. Электрокинетические поля. 4. Другие механоэлектрические явления. Под другими явлениями автор видимо имел в виду различного рода стрикции, пиро и пьезо эффекты, что опять же хорошо согласуется с гипотезой Деформационного взрыва. Проводившиеся отмеченными выше исследователями лабораторное эксперименты также показали, что электропроводность горных пород может значительно увеличиваться при нагружении образцов и их деформировании. Это связывается с изменением структуры породы: изменением извилистости и площади поперечного сечения токопроводящих каналов. При деформации и разрушении горных пород большую роль играет давление поровой жидкости. Его увеличение облегчает разрушение пород и снижает электрическое сопротивление пород. Было установлено, что сопротивление образцов магматических пород в процессе нагружения падает почти на порядок и резко возрастает после разрушения. Рядом исследователей в лабораторных условиях изучались и изучаются электрические эффекты при образовании трещин и возникновении при этом электрического разряда связанного с движением дислокаций в отдельных блоках. В этой связи, основным вопросом при возникновении землетрясения является вопрос - каким образом происходит преобразование энергии деформации горного массива в механическую энергию сейсмического удара? В качестве возможных процессов механического воздействия электромагнитных импульсов на находящиеся в напряженном состоянии геологические структуры исследователями рассматривались все перечисленные выше эффекты, однако учёные недооценили их влияние, на процессы подвижек, посчитав, что перечисленные механизмы либо обладают пренебрежимо малым эффектом механического влияния, либо требуют выполнения маловероятного комплекса условий. Мы категорически не согласны с этим заключением и в качестве оппонирования приводим следующие примеры по различным видам землетрясений:
6.1. Техногенные землетрясения
Предлагаем к рассмотрению пример, как изменение горного давления в массиве служит стартом большинства землетрясений, горных ударов и внезапных выбросов пород и газов. Возьмём так называемые наводимые, или техногенные землетрясения, произошедшие в связи с наполнением водохранилищ. Во-первых, возникает вопрос: почему техногенные землетрясения происходят не в зонах сейсмической активности, не в зонах движения тектонических плит, не в зонах разломов и действия вулканов, как это должно было быть по классическому подходу к рассмотрению причин землетрясений? И второй, главный вопрос: почему землетрясения происходят по мере заполнения водохранилищ, почему прекращаются с окончанием заполнения и почему начинаются вновь, как только по каким-то причинам начинается слив воды из водохранилища? То есть толчки происходят только в момент изменения уровня зеркала водохранилища, а значит и изменения горного давления под ним? Предваряя описание примера, напоминаем, что процесс землетрясения по гипотезе Деформационного взрыва пород - это сложный многоступенчатый процесс в котором принимают участие различные физические, химические и механические явления, которые вкупе с горно-геологическими характеристиками массива и условиями нагружения и будут определять возможность прохождения землетрясения. Наличие деформационной нагрузки в горном массиве является только одним из главных, но недостаточных условий для возникновения подземных толчков, так, же как и при взрыве газа метана в угольной шахте, при котором наличие газа метана является главным, но только одним из многих условий взрыва. Например, чтобы в выработке скопился газ метан и произошёл его взрыв, датчик метана в забое должен быть неисправен. Или должен произойти внезапный и залповый выброс метана в рудничную атмосферу из угольного пласта, или из выработанного пространства шахты, или вентиляционная система шахты или участка шахты нарушена и не работает должным образом по ряду причин, которых может быть с десяток. Плюс к этим условиям, концентрация метана в забое обязана быть в пределах 4% -16%. При любой другой концентрации можно ходить с факелом по шахте и ничего не случится. Следующим условием взрыва метана является искра, необходимая для старта цепной реакции взрыва. И эта искра обязана появиться строго в тот момент, когда концентрация метана в горной выработке будет в пределах 4-16%%. Наличие мощной вентиляции в шахтах ежеминутно меняет концентрацию газов в рудничной атмосфере, разбавляя метан до мизерных концентраций и искре необходимо появиться строго в нужный момент, когда он присутствует в забое. Следующим фактором будет возникновение самой искры, а она, возможно, появится в случае аварии с электрооборудованием в шахте. То есть авария с электооборудованием обязана произойти по времени строго в тот момент, когда в забое концентрация метана составит 4-16%%. Ни раньше на секунду, ни позже. Но и это не всё, при любой аварии в электрической схеме шахта обесточивается при помощи систем контроля и различных датчиков, которые именно в момент концентрации метана в забое в пределах 4-16%% должны не сработать по каким-то причинам и не отключить энергоснабжение аварийного участка. Причинами могут отказа датчиков могут быть... и так далее. На этом примере мы показываем, как непросто вызвать взрыв в шахте газа метана и как много условий и комбинаций этих условий необходимо выполнить, чтобы он состоялся. Но, несмотря на, казалось бы, невероятную случайность совпадений разных событий, взрывы газа регулярно происходят на шахтах мира и уносят жизни шахтёров. Как метко замечено: - Случайность, это пересечение закономерностей. В случае с землетрясением природе также необходимо скомбинировать множество условий для того, чтобы сейсмический удар состоялся. Хрестоматийный пример техногенного случая - землетрясение в индийском городе Койна при наполнении водохранилища с магни-тудой 6,5, центр которого располагался недалеко от плотины (h - 103 м). Землетрясение, вызвавшее значительные разру╛шения, произошло 11 декабря 1967 г. в области, которая раньше считалась асейсмичной. Как известно, изменение горного давления может произойти, как при сливе воды из хранилища за счёт релаксационного раскрытия трещин массива и уменьшении порового давления, так при увеличении горного давления при наполнении водохранилища, вследствие деформаций растяжения, смещения блоков, увеличении порового давления флюидов, газов. Согласно гипотезе Деформационного взрыва, при наполнении водой водохранилища (сливе) могла возникнуть (а может, и нет) следующая ситуация: вследствие изменения давления в породах горного массива под зеркалом, возникнет эффект А.В. Степанова - появление электрического потенциала на поверхности деформированных образцов пород при отсутствии внешнего электрического поля. Эффект был открыт в ещё далёком 1933 году и дополнил ещё более старые работы в этой области академика А. Иоффе (1926 г.), З. Дьюлаи, Д. Хартли, И. Кишша (1928 г.). Рис.8.