Спосіб спорудження глибинного підземного сховища для захоронення високорадіоактивних відходів

1 Спосіб спорудження глибинного підземного сховища для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ, який відрізняється тим, що підземне сховище споруджують з попереднім створенням навколо його вертикальних та горизонтальних виробок і камер самотвердіючих протифільтраційних глиноцементних бар'єрів з розрахованою товщиною та протяжністю 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що товщину глиноцементного бар'єра навколо вертикальних стовбурів підземного сховища розраховують 3 рівняння (1) _a*d(Py-PK) (1) 2Рт де Rc -товщина глиноцементного бар'єра навколо стовбура, м а - коефіцієнт запасу МІЦНОСТІ глиноцементного бар'єра Винахід належить до галузі охорони навколишнього середовища і стосується для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ З довгоіснуючими радіонуклідами в підземному сховищі, розташованому в глибинних геологічних формаціях Відомий спосіб спорудження підземного сховища для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ (прототип), включаючий прохідку вертикальних стовбурів та системи горизонтальних виробіток і камер для захоронения радіоактивних ВІДХОДІВ [1] Для спорудження підземного сховища високорадіоактивних ВІДХОДІВ використовують ділянки з безпечними умовами, щоб геологічні формації були природними бар'єрами для захисту навколи d - величина розкриття водоносної тріщини, м Ре- тиск помпування глиноцементної суміші на устя тампонажної свердловини, МПа Рк - гідростатичний тиск підземних вод, МПа Рт - пластична МІЦНІСТЬ глиноцементної суміші, МПа З Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що товщину глиноцементного бар'єра навколо горизонтальних виробок і камер підземного сховища розраховують з рівняння (2) _a*d[p*g*PK+(H-PK)Pp*g] (2) 2[РМ] де RB -товщина глиноцементного бар'єра навколо горизонтальної виробки або камери, м р - ЩІЛЬНІСТЬ води, кг/м3 g - пришвидшення вільного падіння, м/с2 Н - глибина проходки виробки або камери від земної поверхні, м Рк - гідростатичний тиск підземних вод, м Рр - ЩІЛЬНІСТЬ глиноцементної суміші, кг/м3 гь - радіус горизонтальної виробки або камери, описуючий їх поперечний перетин, м [Рм] - допустима пластична МІЦНІСТЬ глиноцементної суміші, МПа со 00 ю шнього середовища від міграції радіонуклідів Найбільш безпечні геологічні формації для спорудження підземного сховища радіоактивних ВІДХОДІВ є формації кам'яної СІЛІ та не тріщинуваті сухі скельні породи [1] Але родовища кам'яної СІЛІ практично завжди існують поблизу населених пунктів, що робить неможливим спорудження підземних сховищ для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ у таких місцях З другого боку на території багатьох країн практично тяжко знайти глибинні геологічні формації, представлені не тріщинуватими сухими скельними породами, розташованими на більшій відстані від населених пунктів Недоліки прототипу полягають у потрібності 58391 вирішення технічних і технологічних проблем, зв'язаних з необхідністю надійного захисту виробіток підземного сховища від протоків напірних вод і забезпечення охорони навколишнього середовища від забруднення радіонуклідами Тому автор пропонує спорудження глибинного підземного сховища для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ впроваджувати в будь-яких тріщинуватих обводнених породах, але з попереднім створенням навколо його вертикальних і горизонтальних виробіток та камер протифільтраційних бар'єрів з розрахованою товщиною і протяжністю Ділянку для спорудження підземного сховища для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ краще використати в Чорнобильській зоні відчуження Промислові дослідження, проведені СТОВ АПЛЮС ЛТД з 2000 по 2002 роки в Тайвані при попередньому створенні протифільтраційних бар'єрів навколо глибоких стовбурів та довгих тунелів різного призначення [2], виявили, що найбільш технологічним складом для попереднього захисту вертикальних і горизонтальних виробіток від притоків підземних вод є "Суміш для тампонування" по АС №1774696 [3], включаючи в мас % глина бентонітова 4,14-31,40 цемент 6,80-13,40 силікат натрію 1,90-3,50 вода інше Вказана твердіюча суміш на основі монтморилонітової глини призначена для тампонування обводнених тріщинуватих порід та тектонічних розломів і є сорбентом радіонуклідів Коефіцієнт фільтрації цієї суміші 7,5*10 см/с, МІЦНІСТЬ на стиск досягає З.ОМПа через 10 діб Суміш тампонажна на основі монтморилонітової глини має довгий термін використання, на протязі якого залишається в'язко - пластичною і при русі земної кори не порушує своєї структури та не розтріскується Глиниста основа забезпечує корозійну та седиментаційну СТІЙКІСТЬ стабілізованої тампонажної суміші В основу винаходу поставлене завдання поліпшити прототип шляхом застосування глиноцементної суміші для попереднього створення протифільтраційних бар'єрів навколо глибоких стовбурів та горизонтальних виробіток і камер підземного сховища радіоактивних ВІДХОДІВ, ЯК представлено на фіг 2 і фіг З Спорудження глибинного підземного сховища передбачається виконувати в 2 етапи Перший етап - спорудження експериментальної підземної лабораторії, включаючи прохідку двох центральних вертикальних стовбурів та системи першої черги горизонтальних виробіток і камер для захоронения радіоактивних ВІДХОДІВ З попереднім створенням навколо них протифільтраційних глиноцементних бар'єрів, фіг 2 Другий етап - спорудження головної частини підземного сховища, включаючи прохідку двох флангових вертикальних стовбурів та системи другої черги горизонтальних виробіток і камер для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ З попереднім створенням навколо них протифільтраційних глиноцементних бар'єрів , фіг 1 Запропонований спосіб спорудження глибин ного підземного сховища для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ здійснюють таким чином Спочатку для кожного стовбура підземної лабораторії бурять розвідувальну свердловину на усю його глибину і впроваджують в цій свердловині геофізичні та гідродинамічні дослідження для отримання детальної інформації про фільтраційні властивості і параметри тріщинуватості гірничих порід На основі отриманої інформації розраховують весь процес створення глиноцементних бар'єрів навколо стовбурів, горизонтальних виробіток і камер Далі з поверхні землі навколо кожного стовбура бурять розраховану КІЛЬКІСТЬ тампонажних свердловин, глибших ніж стовбур на 20м, через які в кожний водоносний горизонт помпують розрахований обсяг глиноцементної суміші для попереднього створення навколо стовбурів протифільтраційних бар'єрів з проектною товщиною, фіг 2 Розвідувальну свердловину також використовують як тампонажну Потім починають прохідку стовбурів Після завершення прохідки стовбурів та колостовбурних виробіток з них бурять першу серію розрахованої КІЛЬКОСТІ горизонтальних тампонажних свердловин довжиною 150 м кожна, через котрі помпують проектний обсяг глиноцементної суміші в водоносні тріщинуваті породи для попереднього створення навколо підземної виробітки протифільтраційного бар'єру з проектною товщиною, фіг 2 Після завершення попереднього створення першого горизонтального глиноцементного бар'єра проходять підземну виробітку по затампонованому інтервалу Потім продовжують послідовно попереднє створювання горизонтальних глиноцементних бар'єрів і прохідку підземних виробіток до камер Глиноцементні бар'єри попередньо створюють навколо камер для захоронения радіоактивних ВІДХОДІВ через розраховану КІЛЬКІСТЬ горизонтальних свердловин довжиною 120м кожна, фіг 3 Після завершення робіт по створенню глиноцементного бар'єра навколо першої камери починають її спорудження і створення глиноцементного бар'єра навколо другої камери У такій же ПОСЛІДОВНОСТІ виконують подальше спорудження останніх камер Товщину глиноцементних бар'єрів навколо стовбурів розраховують з рівняння (1) [5] a*d(Py-PK) с " 2Рг де Rc - товщина глиноцементного бар'єру навколо стовбура, м а - коефіцієнт запасу МІЦНОСТІ глиноцементного бар'єру d - величина розкриття водоносної тріщини, м Ру - тиск помпування глиноцементної суміші на устя тампонажної свердловини, М Па Рк - гідростатичний тиск підземних вод, М Па Рт - пластична МІЦНІСТЬ глиноцементної суміші, М Па Товщину глиноцементних бар'єрів навксло горизонтальних виробіток і камер розраховують з рівняння (2) [6] a*d[p*g*PK+(H-PK)Pp*g] R (2) 2[РМ] де RB -товщина глиноцементного бар'єра навколо 58391 горизонтальної виробітки або камери, м р - ЩІЛЬНІСТЬ води, кг/м3 g - пришвидшення вільного падіння, м/с2 Н - глибина прохідки виробітки або камери від земної поверхні, м Рк - гідростатичний тиск підземних вод, м Рр - ЩІЛЬНІСТЬ глиноцементної суміші, кг/м3 гь - радіус горизонтальної виробітки або камери, описуючий їх поперечний перетин, м [Р т ] - допустима пластична МІЦНІСТЬ глиноцементної суміші, М Па Інші позначення такі ж, як у рівнянні (1) Підставляючи ВИХІДНІ данні в рівняння (1) і (2) дістанемо, що товщина глиноцементного бар'єра навколо стовбура мусить бути від Зм біля поверхні землі до 20м на глибині 700м, та товщина глиноцементних бар'єрів навколо горизонтальних виробіток і камер з високорадіоактивними відходами мусить бути 20м Спосіб спорудження глибинного підземного сховища для захоронения високорадіоактивних ВІДХОДІВ, що пропонується, відрізняється від прототипу тим, що з метою запобігання притоків напірних вод в підземне сховище високорадіоактивних ВІДХОДІВ і міграції в процесі його експлуатації радіонуклідів в навколишнє середовище, пропонується попереднє створення протифільтраційних глиноцементних бар'єрів з розрахованою товщиною і довжиною навколо стовбурів, горизонталь 6 них виробіток і камер підземного сховища високорадіоактивних ВІДХОДІВ Порівняння нового способу, що заявляється, з прототипом дозволило встановити ВІДПОВІДНІСТЬ його критерію "новизна" При вивченні інших відомих способів у даній галузі ознаки, що відрізняють винахід, який заявляється, від прототипу, не були виявлені і тому вони забезпечують новому способу, що заявляється, ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "ІСТОТНІ ВІДМІНИ" ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1 Hanford Update A quarterly news letter on the environmental restoration of the Hanford Site Volume 4#4-August, 1993 2 Звіт "Попереднє створення глиноцементних бар'єрів навколо вертикальних стовбурів і підземних виробіток автодорожнього Пін Лін тунелю в Тайвані", СТОВ А-ПЛЮС ЛТД, Антрацит, 2002 3 АС №1774696 Суміш для тампонування Е Я Кипко, Ю А Полозов, Ю М Спичак та ін Не опубл 4 АС № ЕЯ Кипко, ЮА Полозов, Ю М Спичак та ш Не опубл 5 Спичак Ю М Нова методика розрахунку процесу зміцнення й тампонування обводнених тектонічних порушень при веденні прохідницьких та очисних робіт Шахтне будівництво, 1988, №10, с 18-20 58391 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна