История крупномасштабных обвалов в каменоломнях Голландии

Обвал 1705 года в Fallenberg

Fallenberg - одна из известняковых каменоломен, разработанная в Kannerberg-hill к югу от Maastricht. В настоящее время можно выделить пять основных разработок: Fallenberg, Boschberg, Kannerberg, Muizenberg и De Keel. На карте, датируемой концом 19 века, показана область обвала площадью примерно 3 Га в юго-восточной части современного Fallenberg. Эта область помечена датой 1705 г. Легенда гласит, что баронесса De Dopff, жена правителя Maastricht, и ее двое детей погибли в обвале, сидя в карете, когда они скрывались в каменоломне от ливня. Возраст обвалившейся части трудно определить. Согласно Schreiner эксплуатация каменоломни видимо началась в 17 веке или ранее.

Обвалы 1794 и 1809 годов в St.Pietersberg

Обвал 1794 г. в северной части разработок, известной как Noordelijk Gangenstelsel, произошел необычно. Во время осады города Maastricht французской армией было решено разрушить каменоломни под фортификационными сооружениями, удерживаемых голландцами и австрийцами. При помощи мощного порохового заряда была взорвана колонна, инициировав подземный обвал около 3 Га. На месте взорванной колонны образовался зал, известный как Koepelgrot с формой арки в поперечнике, примерно 8 м в высоту и около 15 м в длину. Взрыв произошел к югу от укреплений, поэтому они не пострадали. Исторические исследования Van Schaik (1942) показали, что последующий обвал 1809 года был вызван возможно разрушениями 1794 года. На этот раз были разрушены южная часть Noordelijk Gangenstelsel и северная часть каменоломен Zonneberg. В общей сложности тогда пострадало 9 Га каменоломен. Согласно отчету французов 1843 г. просадка почвы на поверхности тогда была еще хорошо заметна. В 1813 г. французские солдаты заложили взрывчатку снова, на этот раз в потолок. Это инициировало дальнейшие подвижки в уже поврежденной области и в 1817 г. обвалилось несколько галерей в северной части разработок.

В 1929 и 1930 годах область обвала 1809 г. в районе северной части каменоломен была тщательно изучена Van Schaik на предмет строительства тоннеля. Отчет об этих увлекательных исследованиях Van Schaik представил в 1983 г. Область, точно картированная французами в 1794-1796 годах до обвала, оказалась труднодоступной. Можно было только передвигаться ползком или взбираться по завалам. Во многих местах потолок оказался обрушенным на несколько метров выше исходного уровня. Иногда встречались нетронутые галереи, окруженные завалами. Для того чтобы пересечь обрушившийся район с запада на восток, необходимо было разобрать завалы в нескольких местах. Колонны обычно были разрушены в форме песочных часов, зачастую обрушившийся потолок придавал галереям форму арки. Согласно Van Schaik колонны изменили форму, но он ошибочно полагал, что они сохранили свою удерживающую способность. Обвал 1845 года в Gemeentegrot

Рапорт об обвале 1845 г. примерно 1.5 Га восточной части современных Gemeentegrot был представлен инспектором Buttgenbach (архивы Государственного надзора за каменоломнями, 1995). За несколько дней до обвала рабочие наблюдали не предвещающие ничего хорошего знаки и большинство из них покинуло каменоломню. 18 декабря оставшиеся рабочие были встревожены сильным треском и незамедлительно убежали. Несколько мгновений спустя произошел обвал. Погибших и раненых не было. Местный журнал 1 января 1846 г. сообщает, что на поверхности просело около 800 м2, а трещины вне этого района возвещали о дальнейших подвижках. В самом деле, дальнейшая просадка произошла 8 января.

Некоторые источники заявляли, что обвал стал результатом излишней выборки породы, т.к. в некоторых местах каменоломни старые выработки были углублены. Однако Buttgenbach подчеркивал, что старые части каменоломни также подверглись разрушению до обвала. Обвалились не только последние разработки, но и более старые части каменоломни, находившиеся нетронутыми более века. Поэтому возможно обвал был вызван как долговременным ухудшением устойчивости, так и излишней выборкой породы в последнее время Надо заметить, что в то время в этой каменоломне и многих других не осуществлялся надзор и, как следствие, рабочие беспрепятственно могли расширять галереи и слишком сильно сужать колонны.

Обвал 1886 года в Gemeentegrot

Другой крупномасштабный обвал примерно 1.8 Га каменоломни произошел в южной части Gemeentegrot. Этот обвал был описан в ежегодном отчете Гос. надзора за каменоломнями 1886 г. Было отмечено, что выборка из обвалившейся зоны прекратилась по крайней мере за 30 лет до обвала и колонны были слишком малы в поперечнике. Поэтому возможная причина обвала - деформация со временем сильно нагруженных колонн. Никто не пострадал. На поверхности разрушения ограничились несколькими трещинами шириной 2-5 см, которые скоро исчезли.

Обвал 1920 года в Fallenberg

Это самый крупный обвал в истории известняковых каменоломен. Внезапно обвалилось 7 Га. В Ежегодном отчете Гос. надзора за каменоломнями (1920) отмечалось образование крупных трещин с вертикальными смещениями примерно на 10 см на поверхности над каменоломней. Сформировалось несколько оврагов в результате втекания почвы в подземные карстовые структуры. Люди в непосредственной близости от каменоломен ощущали землетрясение и отчетливый громоподобный звук. Обвал сопровождался сильным воздушным ударом, о чем свидетельствует большое количество известковой пыли перед новым входом. Обвалившаяся зона была заблокирована по периметру завалами. Все колонны вблизи от зоны обвала сильно повредились и вдоль их стен валялись большие плиты.

Большой обвал не был неожиданностью. Недалеко от северного входа колонны были сильно перегружены из-за их "воровства" в последний период разработок. Многие галереи имели критическую ширину. Schreiner сообщает, что Jesuits наблюдал ухудшение качества потолка и колон в нескольких местах. Небольшой обвал упоминался в местных газетах в 1903 г., причины которого приписывались влиянию ветки трамваев, проходившей через долину Jeker в тот период. В 1911 г. Гос. надзор предупредил о нестабильности потолка в нескольких местах.

Между завершением разработок в 1880 г. и обвалом был довольно большой промежуток времени. Следовательно основной фактор, наряду с излишней выборкой, это ухудшение устойчивости со временем. Schreiner констатирует, что три дня, предшествовавших обвалу, шел сильный ливень. Как результат - увеличение количества воды в нагруженных верхних уровнях и увеличение вертикального давления на колонны, повлекшего за собой обвал.

Обвал 1926 года в Muizenberg

Данные о масштабе обвала - 5.5 Га - основаны на Ежегодном отчете Государственного Надзора за каменоломнями 1926 г. Каменоломня состояла из двух уровней. Верхний уровень, 3-4 метра высотой и меньшей протяженности, был разработан более, чем век назад и использовался для выращивания грибов. Карты выработки не существует, были оценены лишь ее границы. Основная часть каменоломни выбрана на нижнем уровне, 6-8 м высотой, отделенным от верхнего слоем в 1-1.5 м. Рабочие продолжали выемку камня на этом уровне. Передний край работ был расположен к северу от области обвала. До того как начали обваливаться колонны, рухнул слой, отделяющий уровни.

За день до обвала в близлежащей деревне ходили слухи о необычных подвижках земли в каменоломне.

Крупномасштабный обвал случился рано утром 11-го мая, когда шестеро рабочих транспортировали последние блоки из каменоломни с максимально возможной скоростью. В это же время семь рабочих, занимающихся выращиванием грибов, стояли у кирпичного укрытия недалеко от входа. Они услышали громоподобный звук, раздавшийся в глубине пещеры. В течение минуты этот звук, сопровождаемый землетрясением, внезапно многократно усилился. Затем мощная воздушная волна выкинула семерых рабочих на дорогу. Двое погибли. Четверо из шести, находившихся в каменоломне попытались спастись бегством, но также были настигнуты воздушной волной, которая убила одного из них. Двое рабочих в глубине каменоломни были погребены заживо вместе с вагонеткой. Около одного гектара площади перед входом было покрыто пылью. Кирпичи и балки конструкций, построенных недалеко от входа, и даже каменные фрагменты из самой каменоломни были вынесены ударной волной и валялись у входа.

Обвал 1958 года в Roosburg

Брошенная каменоломня интенсивно использовалась для выращивания грибов, предоставляя работу 400-ам людям. 23 декабря 4 Га каменоломни обвалилось, убив 18 рабочих и серьезно ранив троих. Крупномасштабный обвал предвещался значительными обвалами потолка и разрушением колонн. В течение нескольких дней до обвала рабочими был слышен треск. Однако вопреки требованиям техники безопасности они продолжали собирать драгоценные грибы. Незадолго до обвала 20 рабочих направились в другую часть каменоломни, находящуюся на некотором расстоянии от зоны будущего обвала, где треск был менее интенсивен. Это спасло их жизни. Внезапно они услышали громоподобный звук, стены колон стали разрушаться, камни и пыль заполнили галереи. Рабочие побежали к зоне обвала и обнаружили смертельно раненую женщину, ударившуюся со своим велосипедом о стенку колонны из-за ударной волны. 17 рабочих было заживо погребено в завале. 6 из них были найдены во время спасательных работ. В последующие дни случилось еще несколько обвалов, увеличив зону по крайней мере еще на 2 Га, и угрожая продолжению спасательных работ. Согласно отчетам спасательных партий проникнуть за зону завала можно было, только сделав новый тоннель. В завале были встречены только локально открытые полости. Но некоторые колонны, даже в центре зоны, были в приемлемом состоянии. Колонны значительно сократились в высоте в результате обвала, а фрагменты от них и потолка завалили галереи.

Сильный воздушный удар, который убил одного человека, вынес железные ворота на входе на 50 метров. Привходовая область была покрыта пылью, над всей зоной обвала наблюдалось понижение почвы.

Обвал 1988 года в Heidegroeve

Наиболее близкий по времени крупномасштабный обвал произошел в Heidegroeve, расположенном неподалеку от Valkenburg. На этом случае можно изучить последствия и причины обвала наиболее полно. Сразу после обвала были произведены наблюдения как под землей, так и на поверхности. Последующее описание последствий обвала основано на работе Price.

Характер просадок на поверхности

23 июня 1988 г. сейсмограф в Geulhemmergroeve (около 2.8 км от каменоломни) зарегистрировал толчок (18:13:34 гол. времени). Как показывает сейсмограмма, толчок длился меньше чем 45 секунд. Сильные подвижки прекратились через 10 секунд. Толчок также был зарегистрирован сейсмографом в Epen, примерно на расстоянии 12.7 км и, возможно, в Kerkrade - около 17 км. Почти в то же время прохожие в Polferbos заметили трещины на дорогах и подняли тревогу. Обследование показало, что рухнула южная часть - примерно 30% (0.4 Га) каменоломни. Очевидно, что обвалившаяся зона под землей соответствует более или менее границам просадок на поверхности. Как следствие обвала из каменоломен вынесло пыль и куски породы на другую сторону Plenkertstraat. Стальная дверь входа в каменоломню была отогнута наружу, но последующее расследование показало, что частично или в целом это было результатом вандализма.

На поверхности над обвалившейся частью каменоломни эллиптическую зону длиной около 100 м и шириной 70 м частично окружали вертикальные разломы. Внешние разломы соответствовали вертикальным смещениям до 0.8 м, направленным к центру зоны просадок. Внутренние разломы, параллельные внешним, были с меньшими вертикальными и горизонтальными смещениями. Их смещения были в основном направлены к внешним разломам.

Идущая вдоль дороги изгородь была повреждена сжатием. Срез одной из ее частей показывает горизонтальное сокращение примерно на 10 см.

Разломы к счастью не дошли до леса и остановились примерно в 30 метрах от ресторана к югу и не достигли трассы бобслея на востоке. Почва, обнаженная разломами, состояла главным образом из ила (лессовые отложения) или смеси господствующих песка или глины. Нагруженный слой в зоне просадок/обвала состоит из 21-25 м известняка, покрытого 15-30 м почвы.

Примерно в 15 метрах на северо-восток от самой восточной шахты можно увидеть круговое углубление. Не известно, сформировано ли оно как результат обвала или уже существовало. Однако, необходимо заметить, что другие крупномасштабные обвалы, например в Muizenberg, сопровождались формированием провалов по их периметру. Вероятно это результат протекания почвы в трубку растворения лежащего под почвой известняка. Трубка не достигала уровня каменоломни, как свидетельствуют посетители каменоломни до обвала.

Характерные детали обвала под землей

Осмотр колон был предпринят в сентябре 1988 г. Все галереи по периферии обвалившегося района были блокированы в результате падения потолка. Между районом обвала в южной части каменоломни и нетронутой северной существует переходная зона шириной примерно 50 м, в которой повреждение колонн постепенно уменьшается в направлении входа. Особо сильные повреждения колонн были встречены в районе разработок с высотой потолка 4.6 м. Некоторые колонны могли быть классифицированы, как уничтоженные. Часто забутовки отделялись от стен колонн и падали на пол.

Очевидность ухудшения устойчивости со временем

Временной фактор здесь важен в процессе ухудшения устойчивости колонн, предшествовавшего обвалу. Последние работы в каменоломне были в 30-х годах. Во время Второй мировой войны немцы использовали каменоломню и производили дополнительные выборки, возможно уменьшившие стабильность со временем. Heidegroeve представлялось безопасными до 80-х годов, когда ухудшения устойчивости было обнаружено, увеличившееся значительно в течении лета 1987 г. Гос. надзор инспектировал каменоломню каждую неделю и каждый раз наблюдал новые следы разрушения колонн. Например, была обнаружена новая трещина, через неделю наблюдалось движение на несколько мм вдоль трещины, через две недели трещина расширилась и целая сторона колонны сдвинулась на несколько мм в сторону галереи и после трех недель эта часть колонны упала на пол.

Наблюдались также свежие следы известковой пыли в нескольких местах каждую неделю. Основная часть каменоломни была объявлена небезопасной и эксплуатация каменоломни для выращивания грибов была остановлена. Heidegroeve была закрыта и заброшена. В июне 1988 г., примерно через год, южная часть каменоломни обвалилась.

Этот случай показывает, что устойчивость каменоломни, которая стабильна в течении многих лет, может ухудшиться в течение 10 лет и произойти обвал. Известно, что до обвала в течении недель были ливни. Это возможно инициировало обвал.

Опасности и общие характеристики крупномасштабных обвалов

Можно заключить, что крупномасштабные обвалы сопровождаются следующими опасностями:

• В зоне обвала фрагменты потолка и колонн падают в галереи, погребая людей, оказавшихся там.
• Возникает сильная воздушная ударная волна, которая может убить людей вне зоны обвала, а также вне каменоломни около входа.
• Обвал почти сразу же сопровождается просадками на поверхности. Периметр района просадок часто соответствует границам подземного обвала и обычно по крайне мере частично характеризуется наличием нормальных разломов и провалов. Нормальные разломы могут иметь горизонтальные и вертикальные смещения до нескольких дециметров. Очевидно, что это явление представляет опасность людям и зданиям.

Другие характеристики, следующие из случаев, представленных выше:

• крупномасштабный обвал может быть вызван излишней выборкой, т.е. слишком большим уменьшением размера колонн. В одном из случаев обвал произошел из-за подрывов.
• обычно между концом разработок и обвалом проходит значительное количество времени. Поэтому один из важных факторов - это ухудшение устойчивости со временем.
• обвал уже неустойчивой системы может быть спровоцирован (дополнительной) излишней выборкой или увеличением нагрузки верхних слоев после периода ливней.
• ускорение разломов колонн и в некоторых случаях даже небольшие обвалы колонн и потолка служат предвестниками крупномасштабного обвала. Промежуток времени между обнаружением этих знаков и обвалом может быть о нескольких лет до по крайней мере нескольких дней.
• на последней стадии обвалы случаются внезапно, в течение нескольких секунд
• площадь района обвала может быть несколько Га.
• внутри каменоломни зона обвала обычно окружена грудами обломков породы, которые часто блокируют доступ к нетронутым частям каменоломни.
• нетронутые колонны, расположенные недалеко от зоны обвала иногда более нагружены, что приводит к дополнительным обвалам.