Известный ученый мерзлотовед, профессор, заместитель директора по научной работе Института мерзлотоведения СО РАН Виктор Шепелев и старший научный сотрудник института, кандидат геолого-минералогических наук Семен Готовцев решили ознакомить читателей с мерзлотно-гидрогеологическими условиями трубки «Мир». Материал об этом вышел в газете «Якутия».
«Каждый из нас ощущает чувство вины, бессилия и досады перед оставшимися под землей горняками. Часто звонят знакомые: что там происходит, что за вода, как спасти людей? В средствах массовой информации, в интернете и ватсапе мелькают разные толкования и комментарии, которые в основном связаны с незнанием гидрогеологических условий», — говорит профессор Шепелев.
При этом ученые признаются, что создавшаяся технологическая и гидрогеологическая ситуация и причины, вызвавшие техногенную аварию на шахте, им не совсем ясны. Как оказалось, Институт мерзлотоведения давно отстранен от исследований на этом руднике. Сотрудники института активно привлекались к научному сопровождению горно-вскрышных работ, разрешению возникающих проблем, в том числе и к разработке способов защиты горных выработок от притока подземных вод, лишь на ранних этапах разработки месторождения — в 1957 – 1977 гг.
Подземные воды трубки «Мир»
Первое коренное месторождение алмазов в Якутии, названное трубкой «Мир», было открыто 13 июня 1955 года на левом склоне долины р. Ирелях — притока реки Малой Ботуобии.
Буквально через два года месторождение стало разрабатываться открытым способом – карьером. В 2001 году при достижении глубины карьера 525 м разработка этим способом была прекращена. За прошедшие 44 года рядом с карьером возник город Мирный, ставший центром алмазодобывающей промышленности Якутии.
Первые сведения о подземных водах трубки «Мир» были получены в 1956–1958 гг. сотрудниками Амакинской геологоразведочной экспедиции и Западной экспедиции Института мерзлотоведения АН СССР. Они установили наличие под вечной мерзлотой напорных соленых подземных вод на глубине порядка 200 метров и увеличение их минерализации с глубиной. Еще тогда исследователи указывали на специфичность методов борьбы с водопритоками в горные выработки.
В последующем было установлено, что мощность многолетнемерзлых пород здесь составляет около 300 м (породы, сцементированные льдом), хотя отрицательная температура в них прослеживается до глубины 780 м, где вода, существующая в порах и трещинах горных пород, из-за высокой минерализации не замерзает.
Осложняющим условием разработки трубки «Мир» является метегеро-ичерский водоносный комплекс, залегающий под толщей многолетнемерзлых пород. Подземные рассолы содержат сероводородные и углеводно-азотные газы, поэтому на руднике существуют большие технологические и экологические проблемы, связанные с откачкой подземных рассолов и их утилизацией.
В карьере вода появилась в июне 1977 года на отметке +84,7 м. По мере углубления водопритоки увеличивались. Эти стоки складировались в накопителе минерализованных вод, созданном в долине ручья Тымтайдаах с последующим их сбросом в паводковые периоды в реку Малая Ботуобия. В результате этих мероприятий вокруг карьера сформировалась обширная депрессионная воронка с радиусом около 70 км. Граница ее в северном направлении дошла до реки Вилюй. К апрелю 1988 года уровень подземных вод в ее центре понизился до 340 м.
За период с 1977 по 1988 гг. таким способом было откачано порядка 75 млн кубометров подземных рассолов. Средняя их минерализация составляла 100 г/дм3, что вызвало загрязнение воды не только Малой Ботуобии, но и реки Вилюй.
Это обстоятельство стало основанием для работы большой экологической экспедиции из Якутска, проведенной под руководством д.б.н. Дмитрия Дмитриевича Саввинова и д.м.н. Вадима Григорьевича Кривошапкина, которая выявила значительное ухудшение здоровья населения. Благодаря этим работам данный способ утилизации подземных рассолов был прекращен. В последующем была реализована система обратной закачки дренажных рассолов в метегеро-ичерский водоносный комплекс.
В 1987 году институтом «Якутнипроалмаз» был разработан проект, предусматривающий создание кольцевой противофильтрационной тампонажной завесы по берме (гор. +235 м) до подошвы подмерзлотного водоносного комплекса, которая должна была полностью перекрыть водонасыщенный интервал. Периметр кольцевой завесы составлял около 3 км. Всего в водоносный комплекс было закачано порядка 470 тыс. кубометров тампонажного раствора. По оценкам специалистов, эффективность завесы оказалась низкой.
Перед проходкой шахтного ствола НТЦ «НОВОТЭК» и институтом «Якутнипроалмаз» был разработан проект сухой консервации карьера. Его суть сводится к созданию на дне карьера специального защитного экрана, способного выдерживать значительные гидравлические нагрузки и препятствовать проникновению воды, скапливающейся в карьере, в подземные выработки рудника.
Может ли помочь академическая наука?
В последнее время вся академическая наука в России переживает тяжелые реформенные времена. Ежегодно сокращается финансирование, что не позволяет предусматривать средства на выполнение экспедиционных работ, приобретение нового оборудования, привлечение талантливой молодежи в науку и т.д. Понятно, что в таких условиях академические институты вынуждены искать внешних инвесторов, т.е. участвовать в различных торгах, аукционах и других конкурсах, объявляемых крупными промышленными компаниями для научного сопровождения или обоснования проводимых ими работ. Однако отношения научных организаций к потенциальным инвесторам часто строятся, к сожалению, по принципу «Чего изволите». По крайней мере, выигрывают в подобных торгах и аукционах в основном те научные организации, которые обещают получить желательный для заказчика результат. Так, например, принципиальная позиция нашего института по некоторым проблемным вопросам освоения криолитозоны явилась причиной проигрыша в некоторых конкурсах, проведенных крупными промышленными компаниями республики.
Произошедшая авария на руднике «Мир» еще раз показала, какие сложные вопросы приходится решать при освоении месторождений в районах с вечной мерзлотой. Мерзлотно-гидрогеологические условия здесь кардинально отличаются от освоения районов, где нет мерзлоты. Хотелось бы отметить одну серьёзную особенность разработки месторождения трубки «Мир», которую мы излагали в своих научных отчетах, выполненных по заказу объединения «Якуталмаз» еще в 70-х годах прошлого столетия.
На трубке «Мир» наблюдается высокая плановая анизотропия фильтрационных свойств горных пород, связанная с влиянием вскрышных взрывных работ. Это влияние сказывается не только на увеличение трещиноватости водовмещающих пород, но и водоупорных, представленных многолетнемерзлыми породами. В связи с повышением трещиноватости пород увеличивается и водоприток в горные выработки. Выявленная особенность указывает на то, что при разработке эффективных методов защиты карьеров и подземных рудников от притока подземных рассолов следует особое внимание уделить совершенствованию технологии вскрышных работ в существующих сложных мерзлотно-гидрогеологических условиях на алмазных месторождениях Якутии.
Произошедшая авария на руднике «Мир» свидетельствует также о том, что очень важным мероприятием при эксплуатации алмазных месторождений в нашей республике является проведение мерзлотно-гидрогеологического мониторинга. Только на основе подобных мониторинговых исследований можно правильно прогнозировать изменение гидрогеологической обстановки в районе карьеров и рудников, а значит заблаговременно предупреждать о возможных авариях и возникновении чрезвычайных ситуаций.