Способ подземной контролируемой изоляции радиоактивных отходов в твердеющей закладке выработанного пространства рудного тела

 

Область применения: подземное захоронение радиоактивных отходов в искусственных и естественных полостях. Сущность изобретения: способ заключается в заливке выработанного пространства рудного тела твердеющими растворами, пробуривании в нем вертикальных скважин хранения радиоактивных отходов, размещение отходов в этих скважинах, засыпке отходов наполнителями, а также создании противофильтровальных и гидроизоляционных замкнутых концентрических контуров вокруг места захоронения. 1 ил.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и может быть использовано для подземной контролируемой изоляции радиоактивных отходов (РАО) в твердеющей закладке как в искусственной геологической формации. Известен способ подземной контролируемой изоляции РАО в твердеющей закладке выработанного пространства рудного тела, заключающийся в том, что капсулы (контейнеры) с концентрированными РАО сбрасываются в вертикальные скважины (колодцы) хранения РАО и засыпаются специальными наполнителями, причем скважины (колодцы) хранения, пробуриваемые на допустимо минимальном по безопасности расстоянии 6-10 м друг от друга, пробуриваются и обслуживаются сверху вниз из горизонтальных выработок (штреков, камер хранения и т. д. ), т. е. только через верх. Недостатком данного способа является относительно низкая эффективность контролируемой изоляции РАО, т. к. в случаях профилактического (например, для ремонта, переработки, перезахоронения и т. д. ) и аварийного (например, при перегреве, разрушении, миграции радионуклидов и т. д. ) извлечения РАО из вертикальных скважин хранения неизбежным является относительное длительное и трудоемкое извлечение наполнителя и РАО из скважины вверх. Кроме того, скважины по существу бесконтрольны в части возможной миграции из них радионуклидов в окружающие породы и не защищены против миграции с подземными водами. Известен также способ подземной контролируемой изоляции РАО в твердеющей закладке выработанного пространства рудного тела, являющийся прототипом данного предлагаемого изобретения, включающий опережающие изоляцию проходку полевых и рудных штреков, квершлаков, сбивающих полевые штреки, полевых транспортных съездов между вентиляционным и откаточным горизонтами, сквозных транспортных и вентиляционных восстающих выработок от откаточного до вентиляционного горизонта в створе очистного забоя, отработку рудного тела по простиранию и закладку выработанного пространства твердеющими смесями в очистном забое с шириной по простиранию, меньшей пролета свода естественного равновесия, создание в твердеющей закладке хранилищ радиоактивных отходов полосами по падению на всю высоту рудного тела шириной по простиранию меньше свода естественного равновесия, разделенных между собой по простиранию искусственными барьерными целиками, оконтуривание: хранилищ вокруг рудного тела двумя концентрически расположенными замкнутыми трассами полевых штреков и контурных скважин между ними, по одной из которых образован внутренний противофильтрационный контур, а по другой внешний гидроизоляционный контур, изоляцию хранилищ друг от друга по простиранию плоскими противофильтрационными и гидроизоляционными контурами квершлагов и контурных скважин между ними, расположенными вкрест простирания в зоне барьерных целиков в пределах замкнутых концентрических контуров, погоризонтное оформление в хранилищах камер хранения и вертикальных скважин хранения, пробуриваемых погоризонтно и изоляцию радиоактивных отходов в вертикальных скважинах хранения с засыпкой последних наполнителями. При этом способе не устраняется вышеописанный недостаток вертикальных скважин-колодцев хранения РАО, пробурива- емых и обслуживаемых из погоризонтных камер хранения (штреков) сверху вниз, а только обеспечивается противофильтрационная и противомиграционная гидроизоляция. Кроме того, такой способ имеет следующие недостатки в части обеспечения безопасности и эффективности контролируемой изоляции РАО в твердеющей закладке при отработке наклонных, пологопадающих, горизонтальных относительно маломощных и уже отработанных с твердеющей закладкой рудных тел: а) необходимость создания в твердеющей закладке рудного тела либо широких камер хранения РАО, либо густой сети узких близко расположенных друг к другу горизонтальных выработок, разделяемых узкими искусственными целиками, для скважин-колодцев хранения РАО по сетке 10х10 (6х6) метров в погоризонтных плоскостях с целью получения достаточно плотной компоновки эффективного по емкости подземного хранилища РАО, что существенно снижает несущую способность массива твердеющей закладки вследствие расслабления его пустотами (камерами) и удорожает поддержание подрабатываемой толщи пород в результате необходимости усиления междукамерных (межштрековых) и межхранилищных целиков; б) относительно большая протяженность хранилищ РАО по падению рудного тела при относительно большом его размере в этом направлении, что, разумеется, небезопасно для изоляции большого объема РАО. Цель изобретения - повышение безопасности контролируемой изоляции РАО ускорения профилактического или аварийного извлечения РАО, а также увеличение объема изолируемых отходов. Поставленная цель достигается тем, что в способе подземной контролируемой изоляции радиоактивных отходов в твердеющей закладке выработанного пространства рудного тела, включающем опережающие изоляцию проходку полевых и рудных штреков, квершлагов, сбивающих полевые штреки, полевых транспортных съездов между вентиляционным и откаточным горизонтами, сквозных транспортных и вентиляционных восстающих выработок от откаточного до вентиляционного горизонта в створе очистного забоя, отработку рудного тела по простиранию и закладку выработанного пространства твердеющими смесями в очистном забое с шириной по простиранию, меньшей пролета свода естественного равновесия, создание в твердеющей закладке хранилищ радиоактивных отходов полосами по падению на всю высоту рудного тела шириной по простиранию меньше свода естественного равновесия, разделенных между собой по простиранию искусственными барьерными целиками, оконтуривание хранилищ вокруг рудного тела двумя концентрически расположенными замкнутыми трассами полевых штреков и контурных скважин между ними, по одной из которых образован внутренний противофильтрационный контур, а по другой внешний гидроизоляционный контур, изоляцию хранилищ друг от друга по простиранию плоскими противофильтрационными и гидроизоляционными контурами квершлагов и контурных скважин между ними, расположенными вкрест простирания в зоне барьерных целиков в пределах замкнутых концентрических контуров, погоризонтное оформление в хранилищах камер хранения и вертикальных скважин хранения, пробуриваемых погоризонтно, и изоляцию радиоактивных отходов в вертикальных скважинах хранения с засыпкой последних наполнителями, вертикальные скважины хранения пробуривают из полевых штреков сквозь твердеющую закладку на допустимом по безопасности расстоянии между скважинами, радиоактивные отходы из вертикальных скважин хранения извлекают путем выпуска их с наполнителями вниз, а противофильтрационные и гидроизоляционные замкнутые концентрические контуры располагают смежными друг с другом с возведением между ними барьерного искусственного горизонтального целика с штреком в нем, в котором взаимно пересекаются гидроизоляционные замкнутые контуры. Изобретение поясняется чертежом, на котором показан план горных работ и контролируемой изоляции РАО. На чертеже изображены рудное тело 1, твердеющая закладка 2 выработанного пространства, полевые этажные контурные штреки 3 внешнего гидроизоляционного контура, квершлаги 4 внешнего гидроизоляционного контура, транспортный съезд 5 внешнего гидроизоляционного контура, контурные тампонажные скважины 6 внешнего гидроизоляционного контура, полевые штреки 7 хранилища РАО, верхние полевые штреки-ниши 8 контроля за изоляцией РАО, вертикальные скважины 9 хранения РАО, полевые этажные контурные штреки 10 внутреннего противофильтрационного контура, контурные дезактивационные скважины 11 внутреннего противофильтрационного контура, транспортный съезд 13 внутреннего противофильтрационного контура, нижние полевые штреки-ниши 14 контроля за изоляцией РАО, капсула (контейнер) 15 с РАО, наполнитель 16, межхранилищный горизонтальный бартерный искусственный целик 17, межхранилищный штрек 18 в искусственном барьерном горизонтальном целике. Способ осуществляется следующим образом. Вскрытие месторождения производят стволами, полевыми этажными контурными штреками 3, 10 и полевыми штреками 7 в породах лежащего и висячего боков. Рудное тело 1 отрабатывают с помощью буро-взрывных работ из рудных штреков и самоходного оборудования по простиранию в одном направлении с твердеющей закладкой выработанного пространства 2, в которой производится контролируемая изоляция РАО. Горные работы производят обособленно и с опережением работ по изоляции РАО: первыми проходят полевые этажные контурные штреки 3, 10 и полевые штреки 7, сбиваемые между собой попарно квершлагами 4 и 12, причем из полевых штреков 7 засекают полевые штреки-ниши, с уклоном на забой, верхние полевые штреки-ниши 8 и нижние полевые штреки-ниши 14, за ними проходят транспортные съезды 5 и 13 между вентиляционным и откаточным горизонтами, затем подвигают по простиранию очистной забой с шириной по простиранию, меньшей пролета свода естественного равновесия, в створе которого проходят сквозные транспортные и вентиляционные восстающие выработки от откаточного до вентиляционного горизонта, в котором осуществляют отработку рудного тела и закладку выработанного пространства твердеющими смесями. Вслед за подвиганием фронта капитальных, подготовительных и очистных горных работ на очередной шаг подвигания создают хранилища радиоактивных отходов путем создания двух концентрически расположенных вокруг рудного тела изоляционных контуров - внешнего гидроизоляционного контура, создаваемого из полевых этажных контурных штреков 3 и пробуриваемых между ними по замкнутой линии контурных тампонажных скважин 6 и внутреннего противофильтрационного контура, создаваемого из полевых этажных контурных штреков 10 и пробуриваемых между ними по замкнутой линии контурных дезактивационных скважин 11, а также плоских изоляционных противофильтрационных и гидроизоляционных контуров, создаваемых из квершлагов 4 и 12 и пробуриваемых между ними дезактивационных и гидроизоляционных скважин до соответствующих концентрически расположенных контуров с расположением плоских контуров вкрест простирания рудного тела и по торцам хранилищ в зоне искусственных барьерных целиков по падению. Хранилища разделяют друг от друга искусственными межхранилищными барьерными целиками 17 из твердеющей закладки, сооружаемыми по падению рудного тела на расстоянии друг от друга меньше свода естественного равновесия и горизонтальными по простиранию рудного тела с расположением в них межхранилищных штреков 18, в которых взаимно пересекаются смежные противофильтрационные и гидроизоляционные контуры. В хранилищах погоризонтно оформляют камеры хранения из полевых штреков 7, верхних полевых штреков-ниш 8 и нижних полевых штреков-ниш 14 и вертикальных скважин хранения РАО 9, пробуриваемых между верхними полевыми штреками-нишами 8 и нижними полевыми штреками-нишами 14 сверху вниз или снизу вверх, сквозь твердеющую закладку на допустимом по безопасности расстоянии между скважинами 9. Вслед за продвиганием по простиранию фронта создания хранилищ РАО, на определенном расстоянии по безопасности производят загрузку созданных хранилищ радиоактивными отходами путем опускания капсул (контейнеров) 15, например, с остеклованными РАО сверху вниз в вертикальные скважины хранения 9 до срединных отметок твердеющей закладки 2 с засыпкой скважин, в т. ч. относительно протяженных, ниже и выше контейнеров 15, а также верхних полевых штреков-ниш 8 и нижних полевых штреков-ниш 14, привозными с помощью, например, погрузочно-транспортных машин специальными наполнителями 16. В случае профилактического и аварийного извлечения контейнера с радиоактивными отходами 15 из скважины хранения 9, с обеспечением безопасности и эффективности, его выпускают ускоренно самотеком вниз по скважине путем отгрузки наполнителя 16 из нижнего полевого штрека-ниши 14 с помощью, например, погрузочно-доставочных машин. Таким образом, в способе основная кровля поддерживается, кроме искусственных барьерных межхранилищных целиков по падению, еще и искусственными горизонтальными барьерными межхранилищными целиками по простиранию, а непосредственная - междускважинными расширенными искусственными целиками. Хранилища изолируются друг от друга и вмещающих рудное тело массива пород противофильтрационными и гидроизоляционными контурами, кроме вкрест простирания в торцах хранилищ в зоне искусственных барьерных целиков по падению и со стороны висячего и лежачего боков, еще и по падению в зоне гооризонтальных межхранилищных искусственных барьерных целиков. А вертикальные скважины хранения РАО имеют два выхода - один наверх и другой вниз, с возможностью загружать контейнеры с РАО и наполнителями в скважины сверху и самотечного выпуска их вниз из скважины. Предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, обеспечивает достижение поставленной цели за счет: а) уменьшения сечения камеры хранения РАО до сечения скважины хранения; б) изоляции хранилищ друг от друга по падению (уменьшение протяженности хранилища по падению) рудного тела; в) усиления несущей способности твердеющей закладки и уменьшения напряжений в ней путем расширения суммарной опорной площади межхранилищных и междукамерных (межскважинных) искусственных целиков; г) ускорения профилак- тического и аварийного извлечения РАО и наполнителей из вертикальных скважин хранения самотеком через низ; д) увеличения емкости хранилищ путем уплотнения в нем компоновки скважин хранения вместо камер хранения, разделенных междукамерными несущими целиками; е) распространения способа прототипа на наклонные, пологопадающие, горизонтальные, относительно маломощные и уже отработанные с твердеющей закладкой рудные тела, в т. ч. поэтажно в нисходящем порядке. (56) Справочник по ядерной технологии. - М. : Энергоатомиздат, 1989, с. 508, рис. 15.13. Дж. Коллиер, Дж. Хьюитт. Введение в ядерную энергетику. М. : Энергоатомиздат, 1989, с. 220, рис. 8.6. Авторское свидетельство СССР N 1709093, кл. Е 21 С 41/16, 1989.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ИЗОЛЯЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКЕ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА РУДНОГО ТЕЛА, включающий опережающее изоляцию проходку полевых и рудных штреков, квершлагов, сбивающих полевые штреки, полевых транспортных съездов между вентиляционным и откаточным горизонтами, сквозных транспортных и вентиляционных восстающих выработок от откаточного до вентиляционного горизонта в створе очистного забоя, отработку рудного тела по простиранию и закладку выработанного пространства твердеющими смесями в очистном забое с шириной по простиранию, меньшей пролета свода естественного равновесия, создание в твердеющей закладке хранилищ радиоактивных отходов полосами по падению на всю высоту рудного тела шириной по простиранию меньше свода естественного равновесия, разделенных между собой по простиранию искусственными барьерными целиками, оконтуривание хранилищ вокруг рудного тела двумя концентрически расположенными замкнутыми трассами полевых штреков и контурных скважин между ними, по одной из которых образован внутренний противофильтрационный контур, а по другой внешний гидроизоляционный контур, изоляцию хранилищ друг от друга по простиранию плоскими противофильтрационными и гидроизоляционными контурами квершлагов и контурных скважин между ними, расположенными вкрест простирания в зоне барьерных целиков в пределах замкнутых концентрических контуров, погоризонтное оформление в хранилищах камер хранения и вертикальных скважин хранения, пробуриваемых погоризонтно и изоляцию радиоактивных отходов в вертикальных скважинах хранения с засыпкой последних наполнителями, а также аварийное или профилактическое извлечение отходов, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности контролируемой изоляции радиоактивных отходов, ускорения профилактического или аварийного извлечения радиоактивных отходов, а также увеличения объема изолируемых отходов, изоляцию хранилищ друг от друга осуществляют по падению рудного тела контурами через межхранилищные целики, сечение камер хранения уменьшают от сечения скважин хранения, вертикальные скважины хранения пробуривают из полевых штреков сквозь твердеющую закладку на радиационно-безопасном расстоянии друг от друга, противофильтрационные и гидроизоляционные замкнутые концентрические контуры располагают смежными друг с другом с возведением между ними барьерного, искусственного горизонтального целика со штреком в нем, в котором взаимно пересекаются гидроизоляционные замкнутые контуры, а аварийное или профилактическое извлечение радиоактивных отходов осуществляют путем их выпуска из вертикальных скважин хранения самотеком вниз под действием силы тяжести в нижние полевые штреки-ниши контроля за изоляцией радиоактивных отходов.

РИСУНКИ

Рисунок 1