ДОНСКОЙ ВРЕМЕННИК. Вып. 31-й

Промышленность

М. А. Рудь

 Д. Н. Зайцев

ШАХТИНСКАЯ ОПЫТНАЯ СТАНЦИЯ «ПОДЗЕМГАЗ»

Известный русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев трижды приезжал на Донбасс в 1888 году. Вот, что он писал по результатам своих поездок: «Донецкий край содержит такое количество угля, которое достанет на много, много лет не только для всей области потребления (юг, центр и юго-восток России), но и для громаднейшей отпускной им торговли, особенно на берегах Чёрного и Средиземного морей» [1, с. 58]. Учёный сделал вывод: Россия может не только отказаться от импорта угля, но даже экспортировать его.

В то же время Менделеев обратил внимание на то, что нехватка железнодорожных вагонов для транспортировки «чёрного золота» очень тормозит развитие угольной промышленности. Добытый уголь не на чем было вывозить к покупателям. Так родились соображения по строительству новых железнодорожных направлений, а также о налаживании судоходства по Северскому Донцу. Для этого он предложил углубить дно и построить шлюзы. Ему также пришла поистине революционная идея, опередившая своё время – преобразовывать уголь в горючий газ прямо под землёй.

«Думаю, что время выгодности устройства особых заводов для переделки топлива в горючие газы недалеко, потому что города сильно растут, заводы и фабрики скопляются около них и топливо здесь идёт в громадных массах, а сокращение хлопот и расходов с развозкой топлива, с истопниками, с заботой об экономии топлива и с необходимостью во многих случаях высокой температуры должны дать значительные сбережения при употреблении газового топлива. <…> Вероятность близости времени для подобной фабрикации возрастёт по мере удешевления труб, составляющих поныне большую капитальную затрату при устройстве способов распределения газа и проведения его на длинные расстояния. Вот сюда должна направиться изобретательность людей. Они станут дёшевы – ведь и металлическое железо сильно дешевеет, и есть возможность улучшить и сильно изменить современное производство труб. А когда это произойдёт, настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам, будут распределять на далёкие расстояния» [1, с. 39].

Свои поездки на Донбасс Менделеев совершал по поручению правительства для решения важной государственной задачи – изучения возможностей существенного повышения угледобычи. По возвращении из поездки учёный сделал доклад министру государственных имуществ М. Н. Островскому. В нём есть такие слова: «Край этот должен получить мировое промышленное значение, ибо одарён для всего всеми необходимыми природными условиями…» [2].

К мнению уважаемого учёного прислушались, и шлюзы на Северском Донце, и новые железнодорожные направления вскоре появились, а вот превращать уголь в горючий газ прямо под землёй научились не сразу.

Прошло почти полвека прежде, чем люди смогли от теории перейти к практике. О подземной газификации уже в первые годы советской власти вспомнил горный инженер Б. И. Бокий [3]. В 1925 году в своей статье «Пути развития каменноугольной промышленности Донецкого бассейна» он предложил строить новые шахты с мощными подъёмными установками, проходить их на большие глубины и концентрировать на этих шахтах добычу угля так, чтобы одна такая шахта могла бы заменить целый ряд мелких ранее существовавших в Донбассе частновладельческих шахт. Он писал: «При бедности месторождений Донецкого бассейна (мощность угольных пластов составляет всего 1% мощности всей угленосной толщи, тогда как для других бассейнов эти цифры 3–6–10 и даже более процентов) и в связи с проектом электрификации России вообще и Донецкого бассейна в частности следовало бы вспомнить о старом проекте покойного профессора Д. И. Менделеева, предлагавшего сжигать уголь под землёй. Этот проект не является утопией и мог бы быть разработан совершенно научно» [3, с. 119]. Здесь же Б. И. Бокий предложил свою схему подземной газификации. И, хотя она не могла быть применена на практике ввиду многих технических нюансов, общее направление было задано.

Реализация этой идеи началась в СССР в 1931 году, когда при Главугле Народного комиссариата тяжёлой промышленности создали специальную комиссию для проведения опытных работ подземной газификации. В 1933 году была организована Всесоюзная экспериментальная контора по изысканию, проектированию и строительству опытных шахт для подземной газификации углей – «Подземгаз», впоследствии, реорганизованная в трест «Подземгаз» и в 1951 году в специальный главк – «Главподземгаз» [3, с. 116].

Первые эксперименты подземной газификации антрацита проводились в 1933–1936 годах на разных угольных месторождениях: в Крутовке (в апреле и с августа по декабрь 1933 года), в Лисичанске (в апреле 1934-го) [4, с. 437–438], в Горловке (февраль 1935) [4, с. 439]. В 1933–1934 годах производились опыты подземной газификации антрацита на пластах, раздробленных взрывными снарядами в Шахтинском районе.

На шахтинской опытной станции «Подземгаз» впервые подожгли пласт 29 ноября 1933 года [5, с. 28]; был получен горючий газ из антрацита без его выемки из недр земли. Прежде чем начать масштабный эксперимент, опыты проводилсь на небольших участках. Для этого специально была построена лаборатория [5, с. 15].

 «Шахта была заложена на нерабочем пласте антрацита мощностью 0,38–0,45 м с углом падения 19–22 градуса. Опыт подземной газификации (получения газа из пластов горящего в подземных условии угля) продолжался около трёх месяцев. Был получен горючий газ теплотворной способностью до 1420 кал/м³ (газ подавался на Шахтинскую ГРЭС им. Артёма) [6].

Происходило это примерно таким образом. В земле бурили скважины или пробивали стволы шахт, достающие нужного угольного пласта, и по ним подавали воздух в необходимом количестве. В недрах земли происходил процесс подобный тому, который имеет место в лабораторных газогенераторных установках по преобразованию твёрдого топлива в газообразное. Уголь горел, образуя СО. Полученный горючий газ отводился по специальным каналам на поверхность земли.

Изначально, предназначенный для газификации, угольный пласт подготавливали методом обычной проходки – закладывали в нужных местах взрывные снаряды. Вся панель изолировалась мощными каменными стенами. С помощью стружек, щепок и дров, облитых керосином, пласт поджигали. В выработку подавалось необходимое для поддержания горения количество воздуха. По мере возгорания зона высокой температуры перемещалась и нагретые снаряды автоматически взрывались, производя разрыхление и шурование угля. Однако, процессы в наземном газогенераторе и под землёй всё же имели отличия. Во втором случае было проблематично управлять горением, процесс оказался стихийным [5, с. 33].

Шахтинская станция «Подземгаз» использовала нерабочий пласт старых рудников, принадлежащих до революции Вейерману и Рафаловичу [7]. Нерабочий пласт — значит пласт, слишком тонкий (менее 0,6 м), чтобы на нём могли трудиться люди. Надо сказать, что из 1612 угольных пластов в Донецком бассейне только 143 рабочих. Согласно принятой в России классификации, пласты Донецкого бассейна относятся к группе тонких и весьма тонких. Редко, где встречается толщина пластов 1,8 – 2,5 м. Чаще всего толщина составляет 0,9 м. Мощными принято считать угольные пласты толщиной более 1 м, средними – от 0,6 до 1 м и тонкими – от 0,45 до 0,6 м. Тонких угольных пластов в Донецком бассейне около 50%. 

На первом этапе испытаний шахта «Подземгаз» проработала всего три месяца.

В начале августа 1934 года в город Шахты приехали профессора Цейтлин и Федоровский, была «зажжена вторая опытная тоннель шахты» [8].

Работы были возобновлены по новой методике, предложенной инженером А. С. Кузнецовым [5], который возглавлял эту шахту. Методика заключалась в так называемом «магазинировании». Согласно этому методу, раздробленный уголь раскладывали по равномерным ячейкам (магазинам). Однако и «магазинирование» также оказалось неудачным [4, с. 438; 5]. Учёные выяснили, какие факторы влияют на процесс горения, как регулировать процесс, каким образом построить, и каким должно быть дутьё, как влияет на процесс предварительное рыхление пласта. В результате были установлены параметры и условия газогенераторного процесса, но постоянную работу «Подземгаза» не суждено было осуществить. «Опыты продолжались до 1936 года на других панелях и в каждом случае был получен горючий газ. Но с развитием горения газ вследствие прогаров становился негорючим и процесс расстраивался. Эксперименты были остановлены [6]. Хотя по мнению специалистов «для горной науки этот опыт … не потерял своей ценности» [6].

Шахта бесперебойно проработала в течение полугода, но из-за того, что угольные пласты залегали на относительно небольшой глубине, а почва была каменистой, начались прогары, и через трещинки стал поступать лишний кислород, который приводил к тому, что СО превращался в СО2 (обычный дым) и становился непригодным к использованию в качестве топлива на электростанции. Старожилы помнят, как в степи по ночам виднелись голубые огоньки. Это горел выходящий пиролизный газ. Следы этих прогаров можно наблюдать и сегодня. В районе ГРЭС имени Артёма на срезах грунта виднеются красноватые прожилки в каменистой почве. Красный оттенок камень приобретает вследствие воздействия высокой температуры.

Лишь в 1935 году в Лисичанске был проведён первый удачный опыт по методу, названному «поточным». Он заключался в том, чтобы в толщу угольного пласта по падению проводили две наклонные выработки (гезенки), которые на определённой глубине соединялись подземной выработкой. Участок, ограниченный скважинами, являлся естественным газогенератором. Зажигание производили в целике (нетронутой залежи) самого пласта уже без дробления.

В случае с шахтинским «Подземгазом» этот метод не работал, так как в почве имеются большие залежи песчаника, а делать скважины в нём затруднительно даже в наши дни, при современной технике. Официально опыты больше не проводились. Однако старожилы вспоминают, что территорию ГРЭС имени Артёма долгое время охраняли вооружённые чекисты.

ГРЭС им. Артёма. ЦХАД в г. Шахты. Фотокаталог ПА-301, опись №1.

Гражданским лицам станцию категорически запрещалось фотографировать, а информации о работе «Подземгаза» крайне мало. Весь довоенный архив ГРЭС имени Артёма был уничтожен незадолго до фашистской оккупации города Шахты.

 После освобождения города Шахты от фашистских захватчиков в 1943 году, когда активно восстанавливались угольные предприятия, шахту «Подземгаз» присоединили к шахте номер 46, и она стала обычным её участком.

Терриконы шахты № 46 и место шурфа. Фото Александры Зайцевой, 2022 г.

Расположение станции «Подземгаз» обуславливалось близостью к Шахтинской ГРЭС, которая была построена в соответствии с планом ГОЭЛРО в 1929 году и питала электроэнергией не только сам город Шахты и соседние с ним города, но и Восточный Донбасс в целом [9]. Строительство ГРЭС было начато в 1926 году. Здесь уже имелся водоём, построенный ещё до революции, что значительно сокращало затраты на гидросооружения, однако не было достаточным для работы станции. Водоём расширили, а для наполнения его водой развернули целую операцию. Дело в том, что воды реки Грушевки не хватало, поэтому специально для перекачки воды из реки Кундрючьей недалеко от села Прохоровка Красносулинского района была построена небольшая плотина и гидроэлектростанция. Вода по трубопроводу перебрасывалась в реку Грушевку в районе хутора Гривенный.

Вид ГРЭС им. Артёма со стороны нижней плотины. ЦХАД в г. Шахты. Фотокаталог ПА-296, опись №1

Ещё одна причина, по которой ГРЭС стали строить именно в этом месте – большие залежи камня и песка. И станция, и многие здания построены из местного камня, а также им замощены все дороги и тротуары.

Считается, что изначально работа ГРЭС и предполагалась на угольных штыбах, которых в округе имелось с избытком, но возможно, что планы по преобразованию угля в газ были уже на этапе строительства электростанции в 1926–1929 годах. Под зданием станции сохранились тоннели, назначение которых, возможно, связано с экспериментами «Подземгаза». Исследователи, рискнувшие углубиться в заброшенное подземелье в 2013 году, сообщают о том, что ходы тянутся далеко вглубь станции, и, даже проходят под водохранилищем. Расстояние, на которое им удалось проникнуть, равно около 600 метров. Вот, как они его описали. «Туннель разделён на два уровня: первый похож на ливневый сток воды, второй – на убежище. В самом начале пути, по сторонам тоннеля присутствуют гермофорточки, за которыми находятся лестницы наверх. Это примерно первые 100 метров. Есть массивные гермодвери с вентилем, множество труб и цистерн, прикреплённых к потолку, стены закопчены. После 150 метров тоннель затоплен примерно на 1,5 метра. На дне большое количество ила. В конце тоннеля имеется гермофорточка, заваленная камнями» [10].

Весной 2022 года члены шахтинского краеведческого клуба «Корни твои» посетили места, связанные с опытной станцией «Подземгаз». Они обнаружили, что в настоящее время здание ГРЭС имени Артёма разбирается, взорвана труба, на территории работает тяжёлая техника, поэтому, из соображений безопасности, посещать тоннели краеведы не рискнули.

На аэрофотоснимках 1942 года видны некие коммуникации.

Аэрофотосъёмка 1942 г. Из частного архива. Германия.

Что-то похожее на трубопровод тянется от ГРЭС к бывшему руднику Вейермана, а от него к руднику Рафаловича. Можно предположить, что по нему подавался сжатый воздух, а по тоннелям к станции шёл горючий газ. Сейчас от этих коммуникаций не осталось и следа, но вдоль линии, по которой они проходили, встречаются небольшие провалы почвы. Также было найдено место, где когда-то находился шурф шахты «Подземгаз». Кроме этого обнаружены породные отвалы в виде «павлиньих хвостов», появившиеся в ходе работы шахты, к которой позже была присоединена станция по газификации угля.

На гребне «павлиньего хвоста». Фото Александры Зайцевой, 2022 г.

В настоящее время подземная газификация угля получила широкое распространение в Австралии, Китае, США, Канаде, Индии. Технологии, используемые сегодня, гораздо более эффективнее тех, что применяли в ХХ веке. Кроме самого горючего газа добываются сопутствующие продукты, а также используется тепловая энергия, образующаяся при горении угля под землёй [11].

Несомненными плюсами сжигания угля под землёй, является то, что его не надо извлекать на поверхность, как следствие – отсутствуют породные отвалы (терриконы), людям не надо спускаться под землю и рисковать своей жизнью, к тому же не везде это возможно (некоторые шахты находятся на значительной глубине или же угольные пласты слишком тонкие). Из минусов – процесс, протекающий под землёй, может преподносить неприятные сюрпризы в виде различных горных нарушений, а это может привести к ухудшению газификации, а то и вовсе грозит нанесением вреда окружающей среде. В нашей стране добыча горючего газа таким способом сошла на нет, когда появился более лёгкий в добыче природный газ, но его запасы тоже не вечны, и, возможно, когда-нибудь к газификации угля под землёй придётся вернуться.

ПРИМЕЧАНИЯ

1.  Менделеев Д. И. Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца // Северный вестник. 1888. Авг. № 8.
2. Цит. по: Кудрявцева Т. С., Шехтер М. Е. Д. И. Менделеев и угольная промышленность России. М. : Углетехиздат, 1952, С. 55.
3. Афендиков Н. Н., Буялов С. И. Подземная газификация углей по схеме, предложенной Б. И. Бокием // Записки Ленинградского орденов Ленина и Трудового Красного Знамени горного института им. Г. В. Плеханова. Т. 43, вып. 1. Л., 1960. С. 119–121.
4. Матвейчук А. А., Евдошенко Ю. В. Истоки газовой отрасли России. 1811–1945 гг. : истор. очерки. М. : Издат. группа «Граница», 2011.
5. Кузнецов А. С. Отчёт о первом опыте подземной газификации в антрацитовой шахте // Подземная газификация углей : сб. отчётных материалов опытных станций по подземной газификации углей за 1933 г. и первую половину 1934 г. М. ; Л., 1935. С. 3–64.
6. Угольная промышленность Дона / Южно-рос. отд-ние акад. горных наук. М. : Изд-во Моск. гос. горного ун-та, 1995. С. 80.
7. Детальная геологическая карта Донецкого каменноугольного бассейна. Год вып. 1911‑1926 г. / сост.: Н. А. Родыгин, Л. И. Лутугин, Н. Н. Яковлев, П. И. Степанов, Б. К. Лихарев и др. Масштаб: 1 верста в дюйме (1:42000). Лист IX – 29 // КартоЮГ : [сайт]. 2012. URL: https://maps.southklad.ru/forum/viewtopic.php?p=897&sid=521c4f4beac4bd3d20d82fc893dab9b3#p897  (дата обращения: 10.07.2022).
8. В первых числах августа зажжена вторая опытная тоннель шахты «Подземгаз». [Фото с подписью] // Красный шахтёр. 1934. 19 авг. С. 3.
9. Новиков С. Первенец Ленинского плана ГОЭЛРО // Информационный портал города Шахты: [сайт]. 2022. URL: https://shakhty-media.ru/shahtinskaya-gres-im-artema-pervenets-leninskogo-plana-goelro/ (дата обращения: 10.07.2022).
10. Город Шахты с другой стороны. ru.abandoned : [блог]. 2013. URL: https://ru-abandoned.livejournal.com/1398799.html (дата обращения: 18.07.2022).
11. Гайко Г. И., Заев В. В., Шульгин П. Н.. Утилизация тепловой энергии при подземной термохимической переработке угольных пластов : моногр. Алчевск, 2012, С. 10–20.