Углекислый газ, метан и детективные истории
Время этих детективных историй приходится на 1968-70 годы. В это время Обжиров А.И. организовал газовую группу в Тематической партии треста «Дальвостуглеразведка» по приглашению главного геолога В.И. Подоляна. В задачу нашей группы входило изучение газоносности угольных месторождений Дальнего Востока от Приморья до Чукотки. Надо было выделить газовую зональность на месторождениях – глубины зон преобладания различных газов – воздушных, углекислого, метанового и других газов. Все это было необходимо для расчета углекислотообильности и метанообильности горных выработок шахт, которые разрабатывают угли этих месторождений. То есть, делать прогноз взрывоопасности и других неприятностях проведения горнах работ и рекомендовать мероприятия по снижению возможных несчастий, связанных с газами в подземных горных выработках. Кроме того, изучение газоносности угольных месторождений было важно для оценки возможности использования метана для нужд народного хозяйства.
Углекислый газ.
Первая детективная история.
Все, что я рассказал выше, нужно для понимания обстановки, в которой появились детективные истории. Начну их раскрывать. Первая из них случилась недалеко от Липовцев. Для снабжения водой, в этом районе Приморья была пробурена гидрогеологическая скважина в долине небольшой речки. Водоносным горизонтом являлись подрусловые песчано-галечниковые отложения и вода была хорошего качества. Скважина было оборудовано погружным насосом для подачи воды в трубопровод. Чтобы зимой вода не замерзала, все коммуникации проходили под землей и устье скважины тоже располагалось под землей на глубине около 2-х метров. Сверху оно было оборудовано типичным бетонным устройством, используемым при прокладке труб под землей в городских коммунальных хозяйствах. То есть, в центре бетонного бункера было отверстие, закрытое чугунной плитой. В этом небольшом подземном помещении располагался электрический насос, который откачивал воды из подземного водоносного горизонта в трубопровод, и кран в трубе для взятия проб воды для гидрогеохимических анализов.
В августе, в Приморье, часто появляются тайфуны. Они приносят проливные дожди. В результате этого долина реки, где была скважина, заполнилась грязной водой. Местный пастух спустился в подземное помещение скважины попить чистой воды из крана, который вмонтирован в трубу для отбора гидрохимических проб воды. Но из помещения он уже не вышел. Его нашли мертвым на другой день в этом помещении. К сожалению, разбираться в причине смерти не стали, решили, что пастух был пьян и умер от остановки сердца.
Как оказалось позже, это была ошибка, которая повлекла следующую смерть, но уже на другой год. Ровно через год, так же в августе произошел очередной тайфун. Он принес много осадков, и долина снова заполнилась водой. Двое рабочих были направлены для осмотра электрического двигателя насоса на скважине в связи с возможным подтоплением. Они спустились в подземное помещение скважины. Один из них стоял, а другой нагнулся посмотреть двигатель. Через несколько секунд он упал. Второй, испугавшись, побежал звать на помощь. Упавшего спасти не удалось. он умер.
В этот раз позвали Обжирова А.И. – помочь разобраться в чем дело, так как появилась версия, что рабочий отравился газом. Я приехал и с помощью шланга отобрал газ на анализ его состава от дна до поверхности через каждые 0.5 м. Каково же мое было удивление, когда анализ газа показал, что у дна и 0.5 м выше в газе присутствовало 10-11% углекислого газа. Выше же его состав был почти как в воздухе – углекислого газа не превышало 0.1-0.2%.
Вот тут и возникла детективная история. Углекислый газ не пахнет, не имеет цвета, и он не является вредным газом. Но опасность состоит его в том, что при увеличении его концентрации в воздухе более 1-2% парциального давления кислорода становится недостаточным для поступления в кровь поддержания в организме окислительно-обменных реакций. То есть, человек погибает от удушья. Другая опасность углекислого газа состоит в том, что он тяжелее воздуха почти в 1.5 раза. А это значит, что он накапливается в низинах, в почвах, на дне пещер и других местах. Источниками углекислого газа могут быть известняки (карстовые пещеры), угольные пласты, вулканы, насыщенные углекислым газом, минеральные воды и другие источники.
Что же произошло в данном районе. Помещение гидрогеологической скважины не проветривалось. Так как в этом районе находится Липовецкое месторождение углей, то близко к поверхности угли окисляются и подпочвенные газы обогащаются углекислым газом. При отсутствии затопления, этот газ находится под почвой. При затоплении газ стал вытесняться водой к поверхности, при этом более легкие газы ушли в атмосферу, а углекислый газ скопился около дна помещения. Тот рабочий, который стоял, он не касался слоя, насыщенного углекислым газом, а который нагнулся – стал дышать смесью воздуха и углекислого газа. Мозг не получил порцию кислорода и человек быстро потерял сознание. Если бы его в течении нескольких минут поднять на свежий воздух, он остался бы жить.
Это же самое произошло и с пастухом годом раньше. Так же была затоплена долина реки. Пастух опустился в подземное помещение скважины, чтобы напиться чистой воды и так же потерял сознание и умер. Если бы этот случай изучили, как это сделали мы после смерти рабочего, то можно было бы избежать второй смерти. После этого мы дали две рекомендации – первая, установить принудительное проветривание помещения. Вторая, особенно быть внимательным при необычных природных явлениях – в данном случае разливе реки и подтоплении объекта.
Вторая детективная история.
Вторая детективная история очень похожа не первую. Она не только подтверждает вывод, сделанный мною выше, но и вскрывает некоторые интересные подробности. Это случилось в районе Спасского цементного завода Приморского края. Как известно, сырьем для него являются известняки, залегающие близко к поверхности в этом районе. Жители в поселке вырыли несколько колодцев около 5-6 м глубиной для снабжения питьевой водой. Но воды в колодцах не оказалось, так как глубина поверхности подземных вод располагалась еще ниже. Причина такой глубины «зеркала» подземных вод связана с залеганием недалеко от поверхности земли известняков, в которых обычно присутствуют каверны, пустоты и пещеры. Они и являются хорошей дренажной системой, понижающей уровень подземных вод.
Так вот, в августе, как и в первом случае, в этом районе выпало очень много осадков. Уровень подземных вод стал повышаться, и вода появилась на дне колодцев. Так как до этого в колодцах воды не было, жители использовали колодец для хранения там продуктов. Как только в него стала поступать вода, хозяин полез туда достать продукты. Но, нагнувшись близко к воде, он потерял сознание и упал. Сосед это увидел, позвал на помощь людей и полез в колодец достать упавшего. Но с ним произошло тоже самое. Люди поняли, что-то не так, и с помощью веревки вытащили обоих. Первый упавший уже был мертв, а второй позже пришел в себя.
Как и в первом случае, я был приглашен для отбора проб газа и его анализа из колодца, так как в нашем газовом отряде были газовые хроматографы для его анализа. С помощью шланга Обжиров А.И. отобрал пробы газа на разных уровнях от поверхности воды. Оказалось, что около ее поверхности и 0.5 м выше в составе газа присутствовало углекислого газа более 10%. Выше этого углекислотного столба состав газа был почти атмосферный. То есть, как и в первом случае, нагнувшись, человек вдохнул воздух, насыщенный углекислым газом, потерял сознание и позже умер.
В колодце было проведено два эксперимента. Первый состоял в том, что к тросу привязали материал, пропитанный бензином, и подожгли. Факел горел хорошо до уровня 0.5 м выше водной поверхности. На этой границе его низ тух, а верх горел. То есть, граница между углекислым газом и воздухом была очень резкая, углекислый газ не смешивался с воздухом и не рассеивался. При подъеме факела он снова загорался, при опускании он снова затухал на этой границе. Вторым, был биоэксперимент. Он заключался в том, что к тросу привязали кошку. При опускании в колодец, она вела себя спокойно до невидимой границы между слоя обычного воздуха и слоя с аномальной концентрацией углекислого газа в воздухе. Наблюдение было интересным. Как только кошка приближалась к углекислотно-атмосферной границе, она начинала извиваться и беспокоиться. При ее подъеме она успокаивалась. Стало ясно, что кошка чувствует эту опасную границу, а человек нет.
Какова же причина появления углекислого газа. Причина была та же, что и в первом случае, описанный выше, но источник углекислого газа был другой. Углекислый газ всегда присутствует в известняках. Он накапливался в их пустотах и кавернах. Когда, в результате дождей, эти пустоты и каверны заполнила вода, она вытеснила углекислый газ к поверхности. Будучи тяжелее воздуха, он поднимался вместе с водой, занимая слой над ее поверхностью. Так он достиг поверхности колодца и стал причиной несчастья – удушья человека. После того, как вода ушла из колодца, вместе с ней исчез и углекислый газ.
Каковы же выводы можно извлечь из этих историй. Очень важно знать, что углекислый газ может попасть в закрытое помещение, хотя его здесь никогда до этого не было. Какие-либо природные изменения могут быть причиной тому. В данных случаях подтопление водой некоторых районов Приморья сопровождалось вытеснением углекислого газа к поверхности, и проникновением его в подземные сооружения. Причем, углекислый газ занимает низ этих объектов. Это надо знать спелеологам, что в пещере нельзя ложиться около пола, в низинах их может накапливаться углекислый газ и они могут не проснуться. Интересным является тот факт, что углекислый газ чувствует кошка и не чувствует человек. Значит надо с собой брать кошку, если есть опасность появления углекислого газа и еще брать свечку. Если пламя тухнет, и кошка беспокоится, значит находится здесь опасно. Правда, с огнем надо быть осторожным, так как если в помещение проникнет метан, а не углекислый газ, то пламя спровоцирует взрыв.
Особенно эти явления надо знать жителям домов, где есть подвалы, гаражи, расположенные в районе горных выработок шахт. Из угольных пластов и горных выработок угольный метан и углекислый газ может проникать в подземные помещения. При накоплении метана в атмосфере воздуха в закрытом помещении до концентрации от 6 до 12%, от искры происходит взрыв. Накопление углекислого газа представляет опасность удушья. Такие случаи, к сожалению, известны в жилых помещениях в районе шахт Артема и Тавричанки Приморского края.
Метан.
Во Владивостоке, в районе «Снеговая падь» есть заправочная станция. Она стоит в долине небольшого ручья, а ниже, по его течению, в 300 м от станции располагалась улица из 4-х частных домов. В ближнем доме неожиданно появился запах бензина. С каждым днем запах увеличивался и находиться в доме было нельзя. Жильцы дома обратились в пожарную службу. Двое пожарников зашли в дом, почувствовали запах бензина, который шел из подвала. Один из них поднял дверку подпола, другой заглянул внутрь подвала. Было темно, и он попросил посветить. Пожарник зажег спичку. Произошла вспышка огня с небольшим взрывом. Тому, кто зажег спичку, опалило бороду. Пожарники ушли и обратились в Приморское геологическое управление с просьбой разобраться в источнике бензина, думая, что это природное месторождение. Выяснять причину послали Обжирова А.И. Я взял фонарик, шланг, ручной насос и пришел в дом. Сначала отобрал пробу воздуха в подвале, затем взял почву вверху и в подошве подвала. Оказалось, что в подвальном воздухе было 9% метана с примесью тяжелых углеводородов. В верхнем слое почвы содержалось 20 % метана и тяжелых углеводородов (УВ), а в нижнем слое присутствовали только следы метана и УВ. Стало ясно, что углеводороды (бензин) поступает в подвал по поверхности почвы. Пока я делал анализы газа бензин начал поступать в следующий дом. Я пошел на заправку и спросил, нет ли у них утечки бензина из емкости, так как возможно бензин просачивается, и по аллювию ручейка проникает к подвалам домов. Ответ был отрицательный, что утечек нет. Тогда я сделал «закопушки» и взял пробы почвы от дома в направлении к заправке. Оказалось, что аномалия метана и ТУ была недалеко от заправки, которая затем уменьшалась к домам. Это классика газогеохимической съемки. Таким образом ищут месторождения УВ. За время моих работ и в третий дом пришел метан и ТУ. Стало ясно, что бензин идет от заправки по верхнему слою аллювия и почвы в дома.
Я написал отчет о проделанной работе и отметил, что источником бензина является заправка. Передал экземпляры акта геологам, пожарникам и на заправку. Через некоторое время из бетонной емкости на заправке бензин откачали и обнаружили в ней трещину, через которую вытекал бензин. Утечки, возможно, были небольшие, но достаточные, чтобы дойти до домов. Щель в емкости, которая возникла в период весенней оттайки и проморозки емкости, забетонировали. Газ в домах стал уходить, причем, сначала в первом доме, затем во втором и третьем (наоборот, когда бензин проникал в дома).
Таким образом, в случаях с проявлением углекислого газа и, связанных с ними смертельных случаях, были обнаружены источники углекислого газа, сделаны предупреждения опасности этого процесса, благодаря газогеохимическим исследованиям. Что касается проникновение метана и тяжелых углеводородов в жилые дома, то обычно аномальные концентрации метана и тяжелых углеводородов в природе, мы считаем как возможные индикаторы наличия залежей углеводородов. Месторождения углеводородов в этом районе открыто не было, но была раскрыта преступная халатность службы заправки.
Текст: Анатолий Обжиров, член ПКО РГО – ОИАК
