Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей — единственное место в России, где получают в основном калийные удобрения для сельского хозяйства и сырье для производства магния и соды. До недавнего времени на месторождении разработка велась семью рудниками: три в ОАО «Сильвинит» (г. Соликамск), четыре в ОАО «Уралкалий» (г. Березники Пермского края).

В период строительства Первого Соликамского рудника и позднее Первого Березниковского рудника считалось, что Верхнекамское месторождение, несмотря на наличие в подрабатываемом массиве пород водоносного горизонта, имеет благоприятные горно-геологические условия залегания для безопасной разработки камерной системой с оставлением «жестких» междукамерных целиков, поддерживающих налегающую толщу пород. А горные работы не будут представлять опасности для жизнедеятельности предприятий и находящихся на подрабатываемой территории сооружений. В результате города Соликамск и Березники оказались частично на подработанной территории.

Начиная с 1993 года в Березниках и Соликамске было зарегистрировано несколько техногенных землетрясений силой 4 балла по шкале Рихтера. Это привело к тому, что 5 января 1995 года произошло техногенное обрушение. Часть шахты засыпало. После аварии в шахту из водоносных горизонтов начала поступать вода. Она вступала в реакцию с породами рудника и превратилась в рассол.

Исследователями Лаптевым Б.В. и Ахметовым Б.Ш. на калийном руднике СКПРУ-2 было проанализировано количества выде¬лившихся из аварийного очага газов и установлено, что газоносность пород в среднем составляла 0,7 м³/м³. Давление свобод¬ного газа на месторождении может изменяться от 1 до 10 МПа в среднем – около 4 МПа. Удельная потенциальная энергия свободного газа, согласно расчетам, могла составить от 0,9×10⁶ до 9,0×10⁶ или в среднем – 3,6×10⁶ Дж/м³. На рисунке 1 показано расположение рудников в эпицентре событий.

Удельная потенциальная энергия упругого сжатия породного мас¬сива с учетом геологических, прочностных и деформационных свойств соляных пород различного минералогического состава теоретически на глубинах 300-350 м от земной поверхности должна быть в пределах (0,5-1,2)×10⁶ Дж/м³. Энергоёмкость разрушения единицы объема соляных пород, согласно аналитическим расчетам по полученной зависимости, равна 2×10⁶ Дж/м³. В расходной части баланса энергий часть их идет на образование сейсмических колебаний массива, создание ударной воздушной волны, прида¬ние разрушенному материалу кинетической энергии (на разлет кусков) и часть поглощается вмещающим массивом. Вся сумма этих затрат составляет до 20 % от общего запаса энергий в массиве, а на сейсмические колебания до 10 %.

Общий запас удельной потенциальной энергии соляною массива насыщенного свободным газом теоретически достигает (1,4-10,2)×10⁶ Дж/м³ или в среднем 4,5×10⁶ Дж/м³. Расходная часть баланса удельных энергий с учетом дополнительных 20 % затрат могла быть в размере (2,28-4,04)×10⁶ Дж/м³.

Рисунок 1 — Расположение рудников в эпицентре событий

По данным А.А. Маловичко скорость продольных сейсмических волн в соляных породах дос¬тигает 4000 м/с, а поперечных – 2450 м/с. Расчеты показали, что при землетрясениях силой в 5 баллов (аналогично Соликамскому) экстремальные значения на¬пряжений на контуре выработок в случае наложения продольных и поперечных волн составят: при µ = 0,3 - σ_θmax = 0,55 МПа; σ_θmin = -0,247 МПа; и µ = 0,5 - σ_θmax = 0,44 МПа; σ_θmin = -0,04 МПа. Полученные величины дополнительных напряжений достигают 10-15 % от действующих статических и могут спровоцировать процесс саморазрушения пород только в предельно напряженных зонах.

Исследуя причины данного провала, следует обратить внимание на аварию в 1986 году. Когда в одной из камер горных выработок третьего рудника были обнаружены струйки рассола. Тогда локализовать нарастающий подземный поток не удалось. Началось затопление горных выработок. А в ночь с 26 на 27 июля севернее солеотвала комбината, в лесном массиве, образовался первый провал, который сопровождался взрывом газов и мощными световыми вспышками. В августе провал заполнился водой.

Из-за низкого расположения грунтовых вод над поверхностью воды остались крутые края воронки, высотою около 20 метров. Провал перерезал небольшой лесной ручей и образовался маленький водопад. В районе провала были установлены измерительные приборы по наблюдениям за оседанием земной поверхности. Скорость оседания сократилась с 700 мм в год в 1986 году до 12 мм в год в 1999 году.

Специалисты Уралкалия назвали причину катастрофы: заранее не были известны и изучены геологические особенности района аварии. Горные работы попали в ослабленную природную зону.

В октябре 2006 года на одном из участков первого рудника в Березниках было обнаружено увеличение притока рассола. Спустя 10 дней скорость притока достигла 1,2 тыс. м3 в час. Руководство Уралкалия пыталось возобновить работы, но безуспешно, в результате было решено затопить рудник. В июле 2007 года на месте рудника образовался провал.

Были приняты все меры, чтобы обеспечить безаварийную работу инфраструктуры в этой потенциально опасной зоне. Перенесен рассолопровод, по которому перекачивается продукт на Содовый завод, и внедрены меры конструктивной защиты на газопроводе, часть которого проходит по территории Березниковского шахтостроительного управления. Из-за провала грунта на территории «Уралкалия» пострадала фабрика техсоли, откуда Содовый завод брал сырье.

По данным комиссии, это было вызвано проседанием дна воронки под давлением созданным 360 тыс. тонн песчано-гравийной смеси. Одной из причин образования провала у АБК БШСУ, является то, что в затопленном Первом руднике находится рассол, насыщенный солями натрия и калия, но не насыщенный солями магния. Поэтому обнаженный и обрушенный карналлит подвергается разложению с образованием пустот.

Как стало известно позже, трагедии предшествовали 17 микроземлетрясений, зафиксированных в Соликамске и Усольском районе. Из-за разрушения пород и прилегающих оврагов провалы будут и дальше постепенно увеличиваться.

17 февраля в Пермском крае в городе Березники произошел новый провал грунта. Воронка образовалась в районе бывшей школы № 26 диаметром пять метров (рис.2).

Рисунок 2 — Воронка в районе бывшей школы № 26

Важно отметить, что данный провал был спрогнозирован ранее. Специалисты Горного Института УрО РАН и ОАО «Галургия» которые ведут постоянный мониторинг ситуации в районе аварийных шахт Уралкалия в Березниках и Соликамске, сообщили, что в пределах панелей переходного периода существует вероятность образования нового провала в 2015 году.