Современные исследования медных рудников.

После завершения эксплуатации подземные выработки вступили в стадию активного преобразования под воздействием естественных процессов. Отсутствие эффективной крепи, изменение местных гидрогеологических условий стали приводить к частичному, а местами и полному изменению морфологии полостей. Этому способствовали обрушения сводов, наиболее значительные из которых вызвали деформацию поверхности над выработками[6][6]. Появились случаи ухода под землю строительных конструкций, тяжелой сельскохозяйственной техники, провалов под трубопроводами.

Несмотря на это, медные рудники как объекты комплексного изучения стали рассматриваться лишь в конце ХХ в. Возникла необходимость в составлении реестра бесхозных выработок, учета их состояния и уровня потенциальной опасности. Существенную трудность в этой работе представляет собой почти полное отсутствие архивных данных по местонахождению, объемам и конфигурации подземных разработок. Анализ довольно скудной информации о рудниках содержащейся в некоторых литературных источниках XVIII-XIX в.в., архивных материалах геологических организаций, картах межевания XIX в. дает, к сожалению, лишь общее представление о проводимых в прошлом горных работах. В этом случае основным методом поиска рудников становятся полевые работы, в основе которых лежит поиск геоморфологических признаков добычи руды.

Главным поисковым признаком на местности по-прежнему являются отвалы пустой породы, сопровождающие любую выработку руды. Несмотря на то, что многие из них ныне задернованы, покрыты растительностью и частично размыты водотоками, они легко распознаются на местности по своей форме и положению относительно массива. Другим признаком могут быть многочисленные провалы на местности, исключающей в силу геологического строения карстовые процессы. На водоразделах особо выделяются воронки в устьевых частях шахт, вызванные частичными обрушениями консервационных пробок.

Следующим этапом изысканий являются подземные работы. При этом проникновение в рудничные полости часто осложняется поверхностной консервацией объектов как естественного, так и антропогенного характера. В первом случае отмечается непосредственное обрушение входа в виде глыбового завала, заполнение входовой части речным аллювием (для входов, расположенных в пойме рек) либо делювиальным шлейфом в результате склоновых процессов. Во втором случае консервация целенаправленно проводилась в несколько этапов. Так, по окончании эксплуатации, устья шахт подлежали обязательному засыпанию пустой породой, что и делалось на средства самих заводов. Однако целый ряд горнозаводчиков не относились к этому вопросу с должным вниманием, а порой даже игнорировали его, грубо нарушая существующие правила. К концу XIX века многочисленные жалобы крестьян в земские управы по случаю неоднократного падения домашнего скота в открытые шахты, вынудило власти в отдельных случаях провести повторную консервацию. В послевоенные годы ХХ в. консервация коснулась и входов в штольни. Многие из них были подорваны либо засыпаны вручную или техникой. Факты попыток консервации и засыпания образующихся провалов отмечаются и по сей день. В связи с этим начало полевых работ часто подразумевает вскрытие так или иначе законсервированных входов.

Основными целями и задачами работ, проводимых в штольнях и шахтах, являются:

· топосъемка полости, описание морфологических элементов, особенностей заложения в массиве, применения горняками определенных технических средств проходки, освещения и рудничной доставки;

· изучение современного состояния полостей, выявление степени деформации стен и сводов в различных гидрогеологических условиях, прогнозирование дальнейших морфологических изменений;

· исследование микроклиматических условий, животного мира полостей;

· датировка полостей на основе архивных документов и натурных исследований;

· топосъемка поверхности массива над рудничными полостями с учетом отвалов, воронок шахтных стволов, провалов.

Согласно классификации подземных полостей[7][7], медные рудники относятся к группе искусственных, классу антропогенных, подклассу механогенных, типу экскавационных. По типу заложения в массиве можно выделить: вертикальные шахты, горизонтальные штольни (со штреками), наклонные штольни.

Вертикальные шахты.

Расположены на возвышенных водоразделах, в некоторых случаях каскадами на высоких склонах. На отдельных массивах имелись группы от 30 до 50 шахт (рис.2). Имели глубину от 10 до 40м и более. В нижней части переходили в горизонтальные и наклонные штреки. Главным назначением шахт был подъем руды и части пустой породы на поверхность. Подъем производился при помощи простейших механизмов – ручного или конного ворота в деревянных бадьях-корзинах. Эти же механизмы иногда применялись для спуска и подъема самих рудокопов. Шахты часто использовались совместно со штольнями, играя большую роль в вентиляции крупных подземных разработок. Стены шахт укреплялись деревянными бревнами и имели квадратное либо прямоугольное сечение. Для неглубоких и разведочных шахт применялось круглое сечение без крепления.

По окончании работ стволы шахт засыпались целиком или закрывались специальной пробкой из бревенчатого настила и пустой породы. С течением времени пробки стали разрушаться. Это повлекло за собой вывал породы из перекрытий в шахтный ствол и как следствие образование на поверхности воронок диаметром до 12-15м и глубиной до 5-6м. Аккумуляция воронками талых и дождевых вод ускорила процесс – отмечены многочисленные устья шахт, имеющие поноры, образованные в разрушающихся пробках (рис.3).

Горизонтальные штольни.

Самый распространенный вид рудных разработок в Татарстане. Применялись повсеместно для разведки и разработки месторождений в склонах речных долин и крупных овражно-балочных систем. Часто имели основную прямолинейную штольню (использующуюся для откатки руды и породы), глубиной от 20 до 100м и боковые штреки-вершлаги различной конфигурации. Существовали штольни, насквозь прорезающие массив от одной речной долины к другой (Кукморский район). Сечение штолен при проходке в XVIII-XIX в.в. закладывалось прямоугольным, а своды крепились деревянной крепью. Отмечены также штольни с арочным (полуциркульным) сводом, где крепь не применялась (рудники Сармановской группы). Датировать такой способ горной проходки пока не представляется возможным, но его «поглощение» стандартными прямоугольными штреками, говорит о том, что возможно мы имеем дело с более древними работами, описанными Н.П.Рычковым как «чудские».[8][8]Работа под землей велась бригадами по 4-5 человек: 1 кайловщик, 2 откатальщика, 1-2 подсобника (чаще всего дети или подростки). При этом в одном руднике могло одновременно работать 10-15 бригад. Основным орудием проходки штолен являлось железное кайло, а в качестве подземного освещения горняками использовались лучины, свечи, масляные лампы и факелы. Нередко встречалась практика вторичного использования крепи, когда ее хорошо сохранившиеся части выносили из старых выработок и употребляли при новой проходке.

По протяженности (суммарной длине выработки со штреками) штольни можно разделить на небольшие разведочные (от 3 до 50м), среднего размера (от 50м до 500м), крупные (свыше 500м).

Примером разведочных штолен могут являться т.н. «Сарайлинские пещеры», расположенные в 3,5км к северу от д.Сарайлы (Сармановский район). Ввиду незначительной длины (до 11м) они не попадали под консервацию в XX в., а потому сохранились во многих районах Татарстана в довольно хорошем состоянии.

В качестве примера горизонтальных выработок среднего размера можно привести некоторые рудники Зайчишминской группы. Вход в рудник Мавринский-1 лежит в основании оконечности точильного рва. Полость представляет собой прямолинейную штольню длиной 50м с правым боковым ответвлением длиной 20м. Высота ходов 1,5-1,8м, ширина до 2,8м. Штреки в их первоначальном виде сохранились лишь на двух коротких участках общей длиной 11м. Они имеют прямоугольное сечение шириной 2,5м и высотой 1,6-1,8м. Стены ровные со следами кайла. Потолок рассечен мелкой сетью трещин и имеет сильное «пучение».

Рудник Зайчишминский-3 состоит из ряда коротких галерей, сохранившихся достаточно хорошо. Через 20м относительно прямолинейная штольня средней высотой 1,5м и шириной до 2,3м приводит к развилке: налево узкой (0,4м) вертикальной сбойкой он соединяется с параллельным штреком, направо основной ход под углом 45град. отклоняется на СВ и через 6м в свою очередь раздваивается на короткие ответвления 6м и 12м, заканчивающиеся непроходимыми завалами. Сбойка имеет длину около 1,5м. Находящийся за ней штрек имеет ширину до 3м и высоту ок.1,5м. В ЮЗ части она представляет собой участок сплошного обрушения, который через 12м становится непроходимым. Пол выполнен нагромождением плит. Свод полусферический, образованный естественным отслоением песчаника. В СВ направлении галерея на протяжении 15м не подвержена обрушениям и представляет собой замечательный образец широких прямоугольных штреков. Максимальная ширина 4,5м. Стены, пол и потолок ровные. В конце галереи расположен перекрытый обвалом перекресток штреков. Через проемы между глыбами можно проникнуть в короткое продолжение основной галереи и перпендикулярное боковое ответвление длиной 11м. Кроме того, снизу завала через щели просматривается обширная полость, образованная гравитационным ростом на стыке ходов. Общая протяженность рудника 85м.

Одной из наиболее сохранившихся выработок среднего размера можно считать рудник Кукморский-1 (Кукморский район). Он представляет собой прямолинейную штольню (рис.7) длиной 135м, служившую, по-видимому, для откатки породы из крупной рудничной системы. Ныне штольня перегорожена обвалом, расположенным прямо под стволом шахты глубиной ок.30м. Сечение штольни прямоугольное. Высота хода 1,6-1,8м, ширина хода ок. 2,0м.

Большинство штолен крупного размера известны на сегодняшний день лишь по архивным документам или литературным описаниям современников добычи. Из доступных для проникновения наиболее примечательным образцом крупных горизонтальных выработок (сочетающим при этом элементы наклонных и вертикальных проходок) можно считать рудник Сармановский-1 (Сармановский район), известный в литературе как «Медный погреб». На сегодняшний день он является крупнейшим из исследованных старинных рудников в Приуралье. Суммарная длина Сармановского-1 более 2,0 км (рис.8). По плотности заложения ходов рудник можно разделить на Ближнюю и Дальнюю часть. Ближняя часть – лабиринтового типа, представляет собой сложную систему пересекающихся штолен на двух ярусах. Между забоями разных ярусов имеются вертикальные прямоугольные и наклонные щелевидные сбойки, позволяющие без труда проникать из одного объема в другой. Штреки двух типов – прямоугольные с относительно прямыми стенами и плоским потолком, шириной 1,7-3м и высотой до 3м и узкие, шириной 0,8-1,5м с арочным округлым сводом и преимущественно прямыми стенами (рис.9). Штреки с арочным профилем обрушению практически не подвержены. Им характерна относительная прямолинейность, тщательность выработки. В большинстве своем они заканчиваются тупиками с вырубленной нишей. Глубина ниш – от 0,15 до 0,25м. Назначение их не ясно. Нижняя галерея, оправдывая свое название, является самым нижним уровнем рудника. На протяжении 55м она подтоплена водой. Уровень воды относительно постоянен. Протяженность галереи более 200м, ширина 0,9-1,2м, высота 1,5-1,8м. Потолок по всей длине сводчатый. Нижняя галерея – единственный ход в Дальнюю часть. Дальняя часть в плане древовидная. Плотность заложения ходов в блоке минимальная – 0,06м/кв.м. Здесь Нижняя галерея выступает в качестве осевой для всей системы.

Наклонные штольни.

Применялись в основном для разведки и как вспомогательный элемент в разработке руды. Характерным примером такой штольни может быть вскрытая узкой щелью в дальней части рудника Сармановский-1 восходящая прямолинейная галерея, ранее выходившая на поверхность в верхней части массива. Она простирается в юго-восточном направлении под углом 10-20 град. Средняя ширина 1,2м, высота 1,6м. Потолок сводчатый, стены относительно прямые со следами кайла. Ход через 60м отрезан завалом, по расчетам менее чем в 5м от поверхности.

В Татарстане помимо указанных видов разработок на водоразделах и пологих склонах отмечается и один из наиболее древних способов добычи меди – ямами. Такой способ подразумевал под собой как открытую, так и подземную разработку. При этом одна из стен ямы, достигающая глубины 4-5м, делалась пологой для облегчения доставки породы (рис.10), а в противоположной стене имелся ход в небольшую камеру. Изучение подобных форм разработки осложняется рядом факторов: частичным или полным осыпанием полостей (с образованием провалов), почти повсеместным использование «медных ям» в качестве деревенских скотомогильников.

Наряду с исследованием карста, изучение бесхозных горных выработок – одна из важных задач в деле прогнозирования динамики рельефа. Необходимо создание кадастра этого типа полостей с описанием метрических и морфологических данных, оценкой степени деформации стен и сводов, привязкой к элементам поверхности. Для отдельных районов требуются карты потенциальной опасности участков, которые могут быть отведенных под хозяйственную деятельность или строительство. Особенно данные исследования актуальны для территорий, где уже произведена застройка.

[9][1]Оборин В.А., Чагин Г.Н. Искусство Прикамья: Чудские древности Рифея. - Перм.кн.изд-во, 1988.

[10][2]Любомиров П.Г. Очерки по истории металлургической и металлообрабатывающей промышленности в России в XVII, XVIII и XIX вв. - Л.,1937.

[11][3]Залкинд Г.М. Очерки истории горнозаводской промышленности Татарстана XVII-XIXв.- Казань, 1930.

[12][4]Геология и полезные ископаемые Татарской республики /сборник работ 1927 -1930г./ под ред.проф.Ноинского. –Казань: Татиздат, 1932.

[13][5]Миропольский Л.М. Медные руды. - Казань, 1940.

[14][6]Гунько А.А. Геоэкологические аспекты изучения медных рудников Северо-Востока Республики Татарстан // Наука и практика. Диалоги нового века. Наб.Челны: КГПИ,2003

 

[15][7]Дублянский В.Н. Занимательная спелеология. - Челябинск: Урал LTD, 2000.

[16][8]Рычков Н.П. Журнал или дневные записки путешествия по разным провинциям Российского государства в 1769-1770г. – СПБ, 1770