Подземные работы

Подземные работы — это совокупность технологических процессов по возведению, эксплуатации, реконструкции и ликвидации подземных сооружений различного назначения, а также по добыче полезных ископаемых подземным способом. Подземные работы включают в себя проходку горных выработок, крепление, водоотлив, вентиляцию, транспортировку материалов и людей, а также монтаж оборудования. Они являются основой горного дела, строительства метрополитенов, транспортных тоннелей, гидротехнических сооружений, объектов оборонного и гражданского назначения.

История

Древний мир

Первые подземные работы относятся к эпохе неолита, когда человек начал добывать кремень и другие породы в шахтах. Наиболее известные древние рудники — шахты по добыче кремня в Грэймс-Грейвс (Великобритания, около 3000 г. до н. э.) и медные рудники в Тимпне (Израиль, IV тысячелетие до н. э.). В Древнем Египте подземные работы велись для добычи золота, меди и строительного камня, а также для сооружения гробниц (например, в Долине царей). Древние греки и римляне активно использовали шахты для добычи серебра, свинца и мрамора, а также строили подземные акведуки и канализации (например, Клоака Максима в Риме).

Средневековье

В Средние века подземные работы развивались в основном в горнодобывающей промышленности. В Европе (Германия, Чехия, Саксония) возникли первые горные школы, были разработаны методы крепления выработок деревянными рамами и водоотлива с помощью конных воротов. В России подземные работы начали активно вестись с XVI века на Урале и в Сибири (добыча соли, железа, меди). В 1700 году Пётр I учредил Берг-коллегию, которая регулировала горное дело.

Индустриальная эпоха

XIX век стал периодом бурного развития подземных работ благодаря изобретению паровых машин, динамита (Альфред Нобель, 1867) и электричества. В 1863 году в Лондоне открылась первая линия метрополитена, что потребовало новых технологий проходки тоннелей. В России в 1890-х годах началось строительство метрополитена в Москве (первая линия открыта в 1935 году). В XX веке появились проходческие комбайны, буровзрывные работы, щитовой метод проходки (изобретён Марком Брюнелем в 1825 году, но широко внедрён в XX веке). В СССР подземные работы достигли огромных масштабов: строительство метрополитенов в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Новосибирске, а также создание системы подземных заводов и хранилищ.

Классификация подземных работ

По назначению

• Горные работы — добыча полезных ископаемых (уголь, руда, алмазы, соль). Включают проходку шахтных стволов, штреков, очистных забоев.
• Строительные подземные работы — возведение транспортных тоннелей (автомобильных, железнодорожных, метрополитена), гидротехнических тоннелей (для ГЭС, водоснабжения), коллекторов, подземных паркингов, складов, убежищ.
• Специальные подземные работы — прокладка кабельных линий, трубопроводов, геологоразведочные выработки, научные лаборатории (например, в нейтринных обсерваториях).

По способу проходки

• Буровзрывной способ — наиболее распространённый в скальных породах. Включает бурение шпуров, закладку взрывчатки, подрыв, уборку породы. Применяется при строительстве тоннелей в горах, шахт.
• Щитовой способ — использование проходческого щита (механизированного комплекса), который одновременно разрабатывает породу и возводит обделку (бетонные блоки). Применяется в слабых грунтах, при строительстве метрополитенов и тоннелей.
• Комбайновый способ — применение проходческих комбайнов (например, роторных или стреловых) для разрушения породы без взрывов. Эффективен в породах средней крепости.
• Открытый способ — котлован с последующим возведением конструкции и обратной засыпкой. Используется для неглубоких сооружений (подземные переходы, паркинги).
• Способ «стена в грунте» — возведение подземных стен в траншеях, заполняемых бетоном, с последующей выемкой грунта внутри. Применяется при строительстве глубоких котлованов в городской застройке.

По условиям ведения

• В скальных породах — требует бурения и взрывов, крепление часто не требуется (если порода устойчива).
• В слабых грунтах (пески, глины, плывуны) — требует специальных методов (замораживание, цементация, кессоны, применение щитов).
• В обводнённых условиях — необходим водоотлив, тампонаж, водопонижение.

Технология и оборудование

Проходка

Проходка включает следующие этапы:

1. Разведка и проектирование — геологическое изучение, бурение скважин, создание проекта.
2. Подготовительные работы — строительство подъездных путей, вентиляционных стволов, энергоснабжения.
3. Бурение и взрывание (при буровзрывном способе) — бурение шпуров (глубиной 1–5 м), зарядка взрывчаткой, подрыв. Используются буровые установки (например, «Бумер» шведской компании Atlas Copco) и взрывчатые вещества (аммониты, эмульсионные ВВ).
4. Уборка породы — погрузка породы с помощью погрузочных машин (например, ПДМ — погрузочно-доставочные машины) и вывоз на поверхность или в отвал.
5. Крепление — установка временной (анкерная, набрызг-бетон) или постоянной (бетонная, железобетонная, чугунная тюбинговая) крепи. В слабых грунтах применяют сплошное крепление (бетонная обделка).
6. Вентиляция — подача свежего воздуха по вентиляционным стволам, удаление отработанного воздуха и газов (метан, угарный газ).
7. Водоотлив — откачка подземных вод с помощью насосов, дренажных систем.

Оборудование

• Проходческие щиты — механизированные комплексы диаметром от 2 до 17 м. В России известны щиты «Виктория» (Москва), «Кировец» (Санкт-Петербург). Крупнейшие производители — Herrenknecht (Германия), Robbins (США).
• Буровые установки — гидравлические и пневматические перфораторы, буровые каретки (например, «Бумер»).
• Погрузочные машины — ковшовые, скреперные, конвейерные.
• Вентиляторы — осевые и центробежные, производительностью до 1000 м³/мин.
• Насосы — центробежные, шламовые, погружные.

Применение

Горнодобывающая промышленность

Подземные работы — основа добычи угля (в России — Кузбасс, Печорский бассейн), руд чёрных и цветных металлов (Норильск, Урал), алмазов (Якутия, рудник «Мир»), калийных солей (Соликамск, Березники). В 2023 году в России подземным способом добыто около 40% угля и более 80% руд цветных металлов.

Транспортное строительство

Метрополитены — крупнейшие подземные сооружения. В Москве (15 линий, 230 станций, 400 км путей) ежегодно проходят десятки километров новых тоннелей. В Санкт-Петербурге метро строится в сложных условиях (плывуны, высокое давление воды). Автомобильные тоннели (например, Лефортовский тоннель в Москве, длина 3,2 км) и железнодорожные (Байкальский тоннель, 6,7 км) также требуют масштабных подземных работ.

Энергетика и гидротехника

Подземные ГЭС (например, Зейская, Саяно-Шушенская) имеют машинные залы, вырубленные в скале. Гидротехнические тоннели (деривационные, водосбросные) строятся для переброски воды. В России крупнейший подземный гидроузел — Рогунская ГЭС (Таджикистан, строительство ведётся с участием российских специалистов).

Оборонное и гражданское назначение

Подземные командные пункты, хранилища ядерного оружия, убежища (например, в Москве — бункер Сталина на Таганке, объект «Гора» в г. Ясный). В гражданском секторе — подземные паркинги, торговые центры (например, «Охотный Ряд» в Москве), склады, архивы.

Безопасность и охрана труда

Подземные работы относятся к категории особо опасных. Основные риски:

• Обрушение породы — требует надёжного крепления и мониторинга.
• Взрывы газа (метан, водород) — в угольных шахтах обязательна дегазация, использование взрывозащищённого оборудования.
• Пожары — из-за коротких замыканий, самовозгорания угля.
• Затопление — прорыв подземных вод, плывунов.
• Профессиональные заболевания — силикоз, пневмокониоз, тугоухость.

В России безопасность подземных работ регулируется Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (№ 116-ФЗ), Правилами безопасности в угольных шахтах (утверждены Ростехнадзором). С 2010 года введена обязательная система аэрогазового контроля (АГК) в угольных шахтах.

Экологические аспекты

Подземные работы оказывают воздействие на окружающую среду: оседание земной поверхности (вплоть до провалов), нарушение гидрогеологического режима, загрязнение подземных вод, выбросы метана. В России в зонах подземных горных работ (например, в Кизеловском угольном бассейне, Пермский край) зафиксированы многочисленные провалы. Для снижения ущерба применяются закладка выработанного пространства (пустой породой, бетоном), рекультивация, системы очистки шахтных вод.

Перспективы развития

Современные тенденции в подземных работах:

• Автоматизация и роботизация — использование беспилотных проходческих комплексов, дистанционного управления.
• Совершенствование щитовой проходки — создание щитов для работы в сложных условиях (высокое давление, агрессивные среды).
• Геотермальная энергия — строительство глубоких скважин (до 5–10 км) для отбора тепла.
• Подземное градостроительство — создание многоуровневых подземных городов (например, в Сингапуре, Хельсинки). В России проекты подземных городов разрабатываются для Москвы и Санкт-Петербурга.

Интересные факты

• Самая глубокая шахта в мире — «Мпоненг» (ЮАР, 4 км), в России — «Комсомольская» (Воркута, 1,2 км).
• Самый длинный подземный тоннель — Готардский базисный тоннель (Швейцария, 57 км). В России — Северомуйский тоннель (15,3 км, БАМ).
• В Москве под землёй находится около 200 км коллекторов, 400 км тоннелей метро и более 1000 км коммуникаций.
• Первый проходческий щит в России был применён в 1932 году при строительстве метро в Москве (щит системы Брюнеля).

Источники

• Федеральный закон № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (1997, с изменениями).
• Правила безопасности в угольных шахтах (утверждены Ростехнадзором, 2013).
• Горная энциклопедия / под ред. Е. А. Козловского. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
• Справочник по подземным горным работам / под ред. В. А. Бокий. — М.: Недра, 1982.
• История горного дела в России / под ред. Б. А. Ершова. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005.
• Доклад Ростехнадзора «О состоянии промышленной безопасности в угольной промышленности» (2023).
• Данные Департамента строительства г. Москвы (2024).