«Наука в Сибири» № 33-34 (2668-2669) 28 августа 2008 г. ГЛУБИНЫ КУЗБАССА: УГОЛЬ, МЕТАН, …НЕФТЬ?! Природа наградила Россию Кузбассом с несметными богатствами недр. Сейчас эти богатства не только природные, но и накопленные шахтёрами, металлургами, химиками, энергетиками, учёными — много поколений российских людей создавали этот уникальный регион. Г.И. Грицко, член-корреспондент РАН В историческом плане Кузбасс, как и во все времена, остаётся надежной базой развития страны. Но это и задачи российского сообщества, науки и промышленности — сделать добычу угля безопасной, эффективной, экологичной; открыть новые ресурсы полезных ископаемых. В России всё больше увеличивается разрыв между потребностями в электрической и тепловой энергии и возможностями её получения. Доминирующим видом топлива является газ. В противоположность мировым тенденциям, в электро- и теплоэнергетике России уголь играет намного меньшую роль. Страна занимает второе-третье место в мире по запасам угля и пятое (с огромным отрывом от Китая и США) — по добыче угля. Монополия газа в топливно-энергетическом балансе угрожает энергетической безопасности страны. Преимущества газа проявляются лишь в сравнении со старыми технологиями использования угля, которые, к сожалению, у нас преобладают. Однако уголь сегодня выступает как объект приложения новейших научных исследований. Новые технологии изменили представления о дороговизне получения синтетического жидкого топлива из угля; имеются сведения о том, что нанотехнологии в принципе меняют свойства угля как энергоносителя. Фото Rtd-Info Недостаточная в настоящее время в России конкурентоспособность угля может быть преодолена развитием научных исследований, обеспечением безусловной безопасности угледобычи, а для региона — диверсификацией конечных продуктов (глубокая переработка угля, извлечение рассеянных в угле и отходах ценных примесей), включением в добычу шахтного метана и поисками залежей нефти. Принятые в ноябре 2006 г. решения Правительства открывают дорогу «второй угольной волне». К настоящему времени в Кузбассе проблемы технологического развития угледобычи подземным и открытым способами решаются успешно. Построен целый ряд суперсовременных шахт и разрезов, добыча превзошла высший ранее (до 1990-х гг.) достигнутый уровень, значительно увеличился объем обогащаемого угля, во много раз увеличился экспорт. Катастрофы в угольных шахтах имеют социальное, экономическое и стратегическое значение. Катастрофические явления в угольных шахтах пока, к сожалению, непредсказуемы. Не всё, что происходит, предусмотрено «Правилами безопасности...» и теми научными обоснованиями, на базе которых они составлены. Это объясняется сложностью и многосторонностью (мультидисциплинарностью) проблем; оторванностью от современных достижений геологии, геофизики, геохимии, современных методов и приборов, методик мониторинга, картирования и прогноза. В вопросах безопасности шахт в первую очередь следует изменить подходы прогноза и ожидания катастрофических выделений (пока внезапных) и взрывов метана. Случаи выбросов и взрывов метана (точнее, смеси газов) в большей степени определяются тектоническими и геофизическими условиями, чем специфичностью свойств того или иного пласта. Поэтому выбросы и взрывы появляются и на пластах, которые до сих пор не являлись ни опасными, ни угрожаемыми. Это говорит о возрастающей общей опасности. В тектонических структурах возможно проникновение глубинных газов в рабочие горизонты месторождений, горных отводов шахт. Это является решающим фактором в накоплении газонасыщенности, газонапряжённого состояния угольных пластов и массива горных пород до уровня газоперенасыщенности, газоперенапряжённости, приводящей, вкупе с геомеханическими процессами (тектонической и геотехнологической природы) к опасности внезапных газодинамических проявлений (отдаём себе отчёт в том, что новое — это хорошо забытое старое, но не в этом сейчас дело. — Г.Г.). При этом механизм выбросов и сама кинетика взрывоподобного газовыделения остаются во многом неизученными, тем более не ясны процессы перерастания выброса во взрыв с участием газов и угольной пыли. В массиве происходят сложнейшие геофизические, физико-механические, геомеханические и механо-химические процессы. В ИНГГ СО РАН накоплен огромный потенциал знаний для прогноза залежей углеводородов, разработаны новые пространственные геофизические методы, изучена гидрогеология Кузбасса, в ноябре 2007 г. проведён первый междисциплинарный семинар по научным проблемам выбросов и взрывов метана в шахтах; в ИТПМ СО РАН теоретически открыты явления самодетонации, самовоспламенения газов и угольной пыли, установлены условия и критерии автогенерации выбросов и взрывов метана в угольных пластах; в ИПКОН РАН — наличие в угле природных наночастиц; в ИХТТМ СО РАН — активизация процессов генерации метана из состояния «твёрдого раствора» при разрушении угля в массиве; в ИУУ СО РАН на большом фактическом материале теоретически описано поведение выбросоопасных геоматериалов и ритмы газовыделений при добыче угля. В газах земных недр («дыхание Земли» по В.И. Вернадскому) могут содержаться примеси легко воспламеняющихся и легко детонирующих компонентов, в результате чего диапазоны параметров реализации автономных процессов снижаются, опасность повышается. В самых конкретных проявлениях описываемых процессов невозможно установить, насколько опасна ситуация в данном месте и в данное время, поэтому так важно знание общей геологической и геофизической ситуации по бассейну, месторождениям и шахтным полям. Важнейшими новыми моментами, которые следует включать в исследования, являются установление, а в дальнейшем и мониторинг путей «подпитки» рабочих горизонтов шахт глубинными газами. В ИГМ СО РАН сделаны выводы о том, что в геологические времена на путях «подпитки» происходили взрывы метана, которые и послужили причинами древних геологических угольных пожаров. Фонтанные выбросы и возгорания метан-угольной смеси явились своеобразными детонаторами. Если на территории уже происходили природные приповерхностные взрывы метана, то риск их повторения при добыче угля высок. В ИЗК СО РАН достигнута возможность определения скоплений метана в недрах радиоизмерениями с поверхности. В ИГД СО РАН и ИФП СО РАН разработаны приборы, позволяющие оперативно прогнозировать опасность горных ударов. Установление временной изменчивости «подпитки» и газонаполнения массива в области тектонических структур, рабочих горизонтов, горных выработок и выработанных пространств — важнейшие факторы прогноза. И здесь целесообразно прибегнуть к возможностям ГИС-мониторинга страны со спутников, т.е. сделать прогноз катастрофических ситуаций в шахтах частью общей системы мониторинга природных и техногенных катастроф в России. Выбросы метана перестанут быть внезапными. В такой интерпретации возникает проблема соотношения геологического времени газовой миграции и текущего времени горных работ. Понятно, что геологическое время не представляет опасности в силу несоразмерности его масштабов (сотни тысяч и миллионы лет) с текущим временем разработки месторождений (годы и десятки лет). Выявление опасности состоит в нахождении таких «путей подпитки», которые постоянно соединены с глубинными геосферами, находятся под «рабочим давлением» газа и быстро (соразмерно текущему времени) реагируют на нарушение газового и геомеханического равновесия вследствие проведения горных выработок и добычи угля. Вскрытие пластов, проведение горных выработок, дегазация массива скважинами, разгрузка напряжённо-деформированного состояния очистными работами (обрушение кровли, подработка или надработка), нарушают установившееся «хрупкое» геологическое равновесие (возможно, динамическое), и активизируют замещение стронутого горными работами метана Возникают неизученные и неуправляемые процессы «перетока» глубинных газов к рабочим горизонтам и земной поверхности. В процессе их к шахтным полям, к системе горных выработок и выработанных пространств подходят «подпитывающие» количества метана из глубинных геосфер, из не очень далеко расположенных куполов и других естественных резервуаров. Подходят со скоростями, явно превышающими геологические, так как массивы пород в шахтных полях разгружены на десятки километров по горизонталям и сотни метров в глубину. Скорее всего, движение верхней границы подпитывающих масс глубинных газов неравномерно во времени и в пространстве; можно сказать, что это движение происходит в виде «языков газовой агрессии», создающих опасные ситуации в шахтах. По нашему мнению, этими же «языками» определяется критическая глубина появления внезапных выбросов угля и газа (выбросы в бассейне происходят с 1943 г., критическая глубина 150 м — гораздо меньше, чем в Донбассе, где в настоящее время на больших глубинах происходят сотни выбросов, приводящих к катастрофам в шахтах). Вопросы дегазации недр в научном общегеологическом плане исследуются и изучены, предстоит адаптировать и конкретизировать их для исследований и прогноза внезапных выбросов и взрывов метана в шахтах Кузбасса. Несколько месторождений газа открыто; документированы выбросы углекислого газа (в смеси), проникшего из более глубоких горизонтов земной коры; известны (И.Сычёв) случаи выбросов газо-водно-угольных суспензий («чёрные фонтаны») из скважин, вскрывающих газовые купольные поднятия («газовые пузыри», с которыми связываются крупные катастрофы и возможности эффективной добычи метана на юге Кузбасса). Сказанное выше интегрирует некоторые современные представления о роли газонасыщенности массивов в генезисе «неожиданных» появлений больших количеств метана в шахтах, «внезапных» выбросов и взрывов метана (которые иногда квалифицируются как «непознанные природные явления». Они и будут оставаться непознанными, если не организовать их научное познание). Подчеркнем, что выполнение «Правил безопасности...» при любых обсуждениях и изысканиях остаётся законом. Имея геологические и геофизические сведения о нарастании газовой опасности, необходимо, как минимум, далее: принять меры по предотвращению перерастания выбросов метана во взрывы (одной из них может быть обработка массива флегматизирующими составами, не допускающими возникновения взрывов посредством перевода процессов в вялотекущие (такие составы разрабатываются в ИХЭП СО РАН и в ИХКиГ СО РАН); использовать системы обнаружения и идентификации людей (в случае, если выброс или взрыв всё-таки произошли, и требуется поиск, освобождение, оказание помощи и спасение людей; такая система для шахт и горноспасателей разработана в КТИ НП СО РАН, она действует через горные выработки и массивы горных пород ). Наконец, шахтёры должны быть вооружены самоспасателями, имеющими более эффективные, чем они имеют сейчас, автономные приборы жизнеобеспечения на случай аварии. На наш взгляд, длительность работы таких приборов должна исчисляться сутками, а не десятками минут; возможны конструктивные решения таких приборов за счёт сменных картриджей, а также создания запасных пунктов жизнеобеспечения в забоях, на путях отхода или убежища. Отдаем себе отчёт в том, что изложенное в корне меняет подходы к обеспечению безопасности угольных шахт, требует многолетних исследований, разработок, подготовки кадров; не всегда обеспечено адаптированными заделами — однако, перспективы повсеместного перехода угольной промышленности на более глубокие горизонты без смены парадигмы угольной безопасности не могут быть решены. И сейчас требуются скоординированные усилия, для создания системы гарантированной безопасности угольных шахт. Скорее всего, это должна быть многосторонняя государственная программа с участием всех форм собственности. Природный потенциал Кузбасса раскрыт далеко не полностью. Уже многие десятилетия идёт дискуссия о возможностях открытия месторождений нефти и газа в Кузбассе. Академик  И. М. Губкин в 1932 г. определённо указал, что «...глубокие зоны Кузнецкой впадины... — родина нефти...». Им же была сформулирована программа поисков нефти. Они были начаты и более или менее активно продолжались до 1962 г. Месторождения нефти открыты не были, оценка результатов была в диапазоне от положительной до вывода о полной бесперспективности поисков нефти и газа. На такую оценку повлияло и открытие месторождений нефти и газа на севере Западной Сибири. Слабая геологическая и геофизическая изученность бассейна были одними из причин неудач. Однако, времена изменились. Сейчас активно ведется критический анализ ранее проведённых работ (В. А. Ашурков, М. Д. Скурский и другие; сторонников наличия крупных и гигантских месторождений нефти в Кузбассе много и среди учёных, и среди поисковиков). Работами «Южсибгеолкома» с 1992 г. установлено: Кузнецкая впадина перспективна для открытия крупных и, возможно, гигантских месторождений нефти и газа. Геофизические работы подготовили возможность возобновления поисков месторождений нефти и газа. Перспективными для поиска нефти названы: осевая часть Кузнецкой впадины; зоны сочленения Кузнецкой впадины с Салаирским кряжем; юрские впадины, в которых зафиксированы глубокие антиклинальные структуры, могущие быть вместилищами залежей нефти и газа, мигрировавших из глубинных зон нефтегенерации. По мнению проф. М. Д. Скурского, угленосная толща Кузбасса на её полную мощность не исследована, поисковые скважины недобурены. В результате поисковых работ выявлены несколько месторождений газа — Борисовское, Сыромолотное, в Междуреченске. Почти по всей площади Кузнецкого бассейна обнаружены выходы битумов (более 650-ти) — частых спутников нефти. Вблизи г. Кемерово известно Барзасское месторождение сапропелитов — то ли уголь, то ли нефть. Найдены крупные месторождения Дмитриевских горючих сланцев. Представляется, что проблема поисков месторождений нефти и газа в Кузбассе заслуживает разворота научных исследований в этом направлении. По-видимому, следует в Сибирском отделении РАН провести представительную научно-практическую конференцию по этому вопросу. На наш взгляд, результаты исследований, геологические, геофизические и геохимические методы исследований окажутся чрезвычайно полезными и для изучения проблем безопасности шахт. Почти 300-летняя история освоения недр Кузбасса на благо России подошла к порогу нового периода научных исследований и практических действий, в котором Сибирское отделение РАН может занять одно из ключевых мест. Фото В. Новикова стр. 3