Спосіб захоронення техногенно небезпечних об’єктів

Корисна модель належить до галузі охорони навколишнього середовища, а саме до безпеки експлуатації техногенно небезпечних об'єктів, наприклад, атомних електростанцій (АЕС). Спосіб може бути використаний, наприклад, при ліквідації наслідків аварії на четвертому енергоблоці Чорнобильської АЕС за рахунок глибинного захоронення її аварійного реактора, а також при захороненні інших техногенно небезпечних об'єктів. Відомий спосіб захоронення аварійного реактора атомної електростанції шляхом розміщення його під запобіжним укриттям у вигляді усіченої піраміди та спорудження додатково під його підставою радіаторної залізобетонної плити холодильника [Н.С. Сургай, К.Т. Николенко, В.Н. Михайленко и др., "Их подвиг Чернобыль", Донецк, Новый мир, 1996, с. 95-98]. При використанні даного способу термін захисту аварійного реактора від шкідливих викидів радіоактивних продуктів (радіації) в атмосферу обмежений, через те що наземне запобіжне укриття знаходиться під постійним негативним впливом атмосферних та сезонних змін, що призводить до розгерметизації реактора. Для будівництва та відновлення захисного саркофагу необхідні значні трудові та капітальні вкладення. Крім того, захоронення аварійного атомного реактора даним способом не забезпечує повної та гарантованої безпеки, не виключає можливості спонтанної ланцюгової реакції похованого аварійного реактора зі всіма випливаючими звідси катастрофічними наслідками. Найбільш близьким відомим рішенням (прототипом) є спосіб поховання аварійного реактора атомної електростанції [патент України №28606, МКВ8 G21C 11/00, дата подачі заявки 16.12.97], що включає, проходку шахтного колодязя діаметром, достатнім для проходження техногенно небезпечного об'єкта і глибиною, що виключає проникнення небезпечних речовин в атмосферу, заповнення шахтного колодязя робочою рідиною, розміщення на поверхні шахтного колодязя платформи, що плаває, прокладення траншеї від колодязя, шириною не менше поперечних розмірів техногенно небезпечного об'єкта, переміщення по траншеї техногенно небезпечного об'єкта до платформи, установку його на - платформу і опускання техногенно небезпечного об'єкта на дно колодязя разом з платформою за рахунок випуску робочої рідини з-під платформи. Загальними ознаками аналогу і рішення, що заявляється є: спосіб захоронення техногенно небезпечних об'єктів, що включає проходку шахтного колодязя і опускання техногенно небезпечного об'єкта на дно колодязя. Зазначений спосіб забезпечує захист від викидів шкідливих продуктів, наприклад, радіоактивних (радіації) в навколишнє середовище за рахунок переміщення техногенно небезпечного об'єкта з денної поверхні на глибину шахтного колодязя. Однак його реалізація пов'язана з підвищеною трудомісткістю робіт по захороненню техногенно небезпечного об'єкту, що включає будування ствола шахтного колодязя діаметром достатнім для проходження цілого приміщення енергоблоку, переміщення аварійного енергоблоку від місця його розташування до стволу шахтного колодязя та розміщення його на платформі, що плаває на поверхні робочої рідини. Крім того, переміщення аварійного реактора і розміщення його на платформі сполучено з небезпекою руйнування техногенно небезпечного об'єкту та витікання радіоактивних продуктів (радіації) у навколишнє середовище. Як прототип вибрано спосіб захоронення реакторів атомних електростанцій, що відпрацювали, по авторському свідоцтву СРСР №1746832, МПК6 G21F9/24, дата подання заявки 1990.10.31. Спосіб включає створення під фундаментом реактора підземної камери (колодязя), спуск і розміщення в ній реактора, при цьому камеру створюють шляхом вибухового відбою, магазинування і подальшого випуску замагазинованої відбитої породи, а спуск реактора в камеру проводять в процесі випуску замагазинованої відбитої породи. Для здійснення вказаного способу поряд з відпрацьованим реактором проходять вертикальну гірничу виробку. Від неї під фундаментом реактора проходять верхній вентиляційний штрек і нижній відкотний штрек. Відстань по висоті між штреками визначається висотою реактора, необхідною висотою закладки реактора і висотою випускних воронок і випускних ортів камери-магазина. Випускні орти оснащують вібраційними живильниками для плавного поступового випуску порід з камери-магазина і завантаження їх у вагонетки на відкотного штреку. Породу відбивають знизу вверх вертикальними свердловинами на нижній простір горизонтальними шарами шляхом вибуху сферичних зарядів. Вертикальні свердловини бурять на висоту камери-магазина з верхнього вентиляційного штреку до нижньої підсічки. Підсічку здійснюють бурінням висхідних вибухових свердловин з використанням гідравлічного бурового верстата, встановленого у випускних ортах відкотного штреку. Частину породи по мірі відбою періодично випускають з камери-магазина і видають на-гора. Вентиляційний штрек проходять на деякій відстані від фундаменту реактора залежно від стану стійкості порід цілика між основою фундаменту і крівлею прохідного штреку. Вказаний породний цілик руйнують вибуховим способом безпосередньо перед опусканням реактора в камеру-магазин. При цьому реактор сідає на замагазиновану в камері-магазині відбиту породу. Після закінчення всіх підготовчих операцій на відкотному штреку включають віброживильники у випускних ортах і починають плавний випуск з камери-магазина висаджених замагазинованих порід, які вантажать у вагонетки і видають по вертикальній виробці на поверхню. При випуску відбитої породи з камери-магазина реактор плавно опускається в камеру-магазин. По мірі опускання реактора в камеру-магазин частину випущеної відбитої породи піднімають на вентиляційний штрек і засинають назад в камеру-магазин. В результаті всі порожнини, що є в реакторі і камері-магазині, заповнюються породою і створюється захисна оболонка від радіоактивного випромінювання, можлива цементація породи, наприклад, цементним молочком. Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є спосіб захоронення техногенно небезпечних об'єктів, що включає проходку за межами техногенно небезпечного об'єкта вертикальних і горизонтальних гірничих виробок, проходку шахтного колодязя з рівня горизонтальних гірничих виробок безпосередньо під техногенно небезпечним об'єктом з видачею відпрацьованої породи на поверхню через горизонтальні і вертикальні гірничі виробки, переміщення техногенно небезпечного об'єкта в колодязь з обрушенням захисного породного масиву під ним і наступну засипку колодязя зверху техногенно небезпечного об'єкта відпрацьованою породою. Такі операції процесу захоронення по прототипу, як створення під фундаментом реактора (під техногенно небезпечним об'єктом) підземної камери (шахтного колодязя) вертикальною проходкою в напрямку знизу вверх вибуховим відбиванням породи, магазинування відбитої породи в підземній камері, подальший випуск замагазинованої відбитої породи з підземної камери через випускні воронки і орти за допомогою віброживильників з одночасним спуском реактора в підземну камеру в процесі випуску замагазинованої відбитої породи - є технічно складною задачею і трудомістким процесом. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу захоронення техногенно небезпечних об'єктів, в якому за рахунок технологічних особливостей забезпечується зниження трудомісткості робіт по захороненню техногенно небезпечного об'єкту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі захоронення техногенно небезпечних об'єктів, який включає проходку за межами техногенно небезпечного об'єкта вертикальних і горизонтальних гірничих виробок, проходку шахтного колодязя з рівня горизонтальних гірничих виробок безпосередньо під техногенно небезпечним об'єктом з видачею відпрацьованої породи на поверхню через горизонтальні і вертикальні гірничі виробки, переміщення техногенно небезпечного об'єкта в колодязь з обрушенням захисного породного масиву під ним і наступну засипку колодязя зверху техногенно небезпечного об'єкта відпрацьованою породою, відповідно до корисної моделі, перед проходкою шахтного колодязя захисний породний масив закріплюють безпосередньо під техногенно небезпечним об'єктом, проходку шахтного колодязя виконують в напрямку зверху вниз з видачею всієї відпрацьованої породи на поверхню, переміщення техногенно небезпечного об'єкта в колодязь виконують його обрушенням безпосередньо на дно колодязя. Указані ознаки складають сутність корисної моделі. Доцільно перед обрушенням небезпечного об'єкта в колодязь колодязь заповнювати водно-глинистою суспензією. Доцільно також закріплення захисного породного масиву виконувати методом заморожування або тросами, які пропускають під захисним породним масивом, а їх кінці закріплюють на поверхні, при цьому між захисним породним масивом і тросами доцільно встановлювати жорсткі металеві, або пластикові, або дерев'яні лінійні елементи.. Між сукупністю суттєвих ознак способу захоронення техногенно небезпечних об'єктів, що заявляється, і досягнутим результатом існує причинно-наслідковий зв'язок. Так, відмітні ознаки способу (перед проходкою шахтного колодязя захисний породний масив закріплюють безпосередньо під техногенно небезпечним об'єктом, проходку шахтного колодязя виконують в напрямку зверху вниз з видачею всієї відпрацьованої породи на поверхню, переміщення техногенно небезпечного об'єкта в колодязь виконують його обрушенням безпосередньо на дно колодязя) в сукупності з суттєвими ознаками, спільними з прототипом, забезпечують зниження трудомісткості робіт по захороненню техногенно небезпечного об'єкту. Це пояснюється тим, що в запропонованому способі відсутні технічно складні та трудомісткі операції, такі як проходка колодязя знизу вверх, магазинування відбитої породи в колодязі з наступним її випуском через воронки та орти відкотного штреку з одночасним спуском реактора в колодязь. Весь процес захоронення техногенно небезпечного об'єкта заснований на широко освоєних гірничих технологіях з використанням звичайного високопродуктивного прохідницького обладнання, що значно знижує трудомісткість робіт. Нижче приводиться опис способу захоронення техногенно небезпечних об'єктів, наприклад, аварійного реактора атомної електростанції, який ілюструється кресленнями, на яких: - на фігурі 1 зображена загальна схема розміщення устаткування і споруд, необхідних для будівництва шахтного колодязя для захоронення техногенно небезпечного об'єкта (аварійного реактора), вертикальний розріз, - на фігурі 2 те саме, вигляд зверху. За межами техногенно небезпечного об'єкту, наприклад, аварійного реактора 1 четвертого енергоблоку Чорнобильської АЕС проходять вертикальні гірничі виробки 2, які з'єднують між собою горизонтальними гірничими виробками 3. Безпосередньо під аварійним реактором 1 на відстані, необхідній для безпечного проведення робіт, з рівня горизонтальних гірничих виробок 3 проходять вертикальний шахтний колодязь 4. Для закріплення захисного породного масиву 5, який знаходиться під аварійним реактором 1 між вертикальними 2 і горизонтальними 3 гірничими виробками використовують трапецієподібні плити 6 з кільцями, до яких закріплені металеві канати 7. У кутах захисного породного масиву 5 установлені Г-подібні металеві скоби 8. Знизу під захисний породний масив 5 заводять канати, які підтримують металеві, пластикові або дерев'яні елементи (розпили) 9. Виїмку породи при проходженні шахтного колодязя 4 виконують через горизонтальні 3 і вертикальні 2 гірничі виробки, наприклад, з допомогою бадді 10 і підйомних механізмів 11. Для закладення вибухових зарядів направленої дії з верхнього рівня горизонтальних гірничих виробок 3 забурені шпури (свердловини) 12 різної довжини, які рівномірно оконтурюють (за контуром шахтного колодязя 4) частину породного масиву 5, що знаходиться безпосередньо під аварійним реактором 1. Причому шпури (свердловини) 12, які найбільш віддалені від центру шахтного колодязя мають таку довжину, яка є достатньою для руйнування фундаменту навколо аварійного реактора 1. Спосіб захоронення техногенно небезпечних об'єктів, що пропонується, пояснюється на прикладі захоронення аварійного реактора 1 четвертого енергоблоку Чорнобильської АЕС. Найбільш придатною геологічною структурою для захоронення енергоблоку є скельні породи у вигляді гранітів на глибині понад 400м. Захоронення аварійного реактору 1 у гранітному масиві на глибині порядку 500м, забезпечить повну радіаційну і сейсмічну безпеку по відношенню до людей, тваринного і рослинного світу, а також промисловим спорудам на поверхні землі. На першому етапі перед створенням шахтного колодязя 4 під аварійним реактором 1 здійснюють комплекс допоміжних заходів. Для цього за межами аварійного реактора 1 на технологічно необхідній відстані вибраної із умов безпечності здійснюють проходку вертикальних гірничих виробок 2 на глибину, що дорівнює товщині захисного породного масиву 5 (тобто целіка), який складається з пісків, глини, мергелів і складає 6080м. Вертикальні гірничі виробки 2 з'єднуються між собою горизонтальними виробками 3, які проходять під захисним породним масивом 5 на відстані, необхідній для безпечного проведення робіт, яку визначають розрахунковим шляхом. Проведення вертикальних 2 і горизонтальних 3 гірничих виробок ведеться не одночасно, а в технологічній послідовності. Кількість їх, згідно з розрахунками, залежить від діаметру шахтного колодязя 4 і повинна створити під захисним породним масивом 5, що знаходиться під аварійним реактором 1, будівельний майданчик для подальшого проведення робіт по проходці шахтного колодязя 4. Для повного функціонування робіт (вентиляції, виїмки та видання породи на поверхню, спускання матеріалів тощо) залишають необхідну кількість горизонтальних 3 і вертикальних 2 гірничих виробок, а зайві засипають породою. Це необхідно для усунення спонтанного обрушення породи навколо аварійного реактора 1 під впливом порожнин, що з'являються під ним, і безпечного ведення робіт. Захисний породний масив 5 для ущільнення по периметру (між горизонтальними З і вертикальними 2 гірничими виробками) заморожують, у результаті чого утворюється не тільки захисний шар заморожених порід під аварійним реактором 1, а і забезпечується примусове його охолодження, що запобігає виникненню ланцюгової реакції, а також надійно захищає людей, які задіяні у споруджені шахтного колодязя 4. Для підвищення надійності утримання захисного породного масиву 5 від спонтанного зміщення під впливом власної ваги здійснюють монтаж додаткових елементів: трапецієподібних плит 6, за які закріплюють металеві канати 7, Г-подібних металевих скоб 8, які закріплюють у кутах захисного породного масиву 5; металевих, пластикових або дерев'яних елементів (розпилів) 9, які установлені знизу під захисний породний масив 5 і підтримуються металевими канатами. Після проведення комплексу допоміжних робіт підготовчого напряму, а саме проходки і засипки відроблених вертикальних 2 і горизонтальних 3 гірничих виробок, закріплення захисного породного масиву 5, створюють будівельний майданчик з прохідницьким, підйомним та іншим обладнанням для ведення робіт для проходки стволу шахтного колодязя 4. На другому етапі за відомою технологією спорудження вертикальних гірничих стволів із використанням технічних засобів і застосуванням шахтопрохідницької техніки проходять ствол шахтного колодязя 4. Кріплення шахтного колодязя 4 повинно перешкоджати проникненню радіоактивних продуктів в грунт та навколишній його простір. Кріплення може бути бетонним, із залізобетонних тюбінгів, або із інших, придатних для цього матеріалів. На третьому завершальному етапі здійснюють безпосередньо захоронення аварійного реактора 1. Для цього в ствол шахтного колодязя 4 закачують робочу рідину. У якості компонента разом з водою у розрахунковій пропорції додають глину, що забезпечує більш ефективне гасіння швидкості спуску аварійного реактора 1. Після ослаблення канатів, які підтримують металеві, пластикові або дерев'яні елементи (розпили) 9, що установлені знизу під захисним породним масивом 5 і примусового руйнування породної перемички безпосередньо під аварійним реактором 1, наприклад, за рахунок направленого (регульованого) і послідовного підриву зарядів, закладених у шпури (свердловини) 12, аварійний реактор 1 під власною вагою почне рухатися вниз з певною швидкістю, але після занурення у робочу рідину, швидкість його поступово буде зменшуватися і аварійний реактор 1 повільно опуститься на дно шахтного колодязя 4. Рідина буде також відігравати і роль остужувального компонента, запобігаючи виникненню спонтанної ланцюгової реакції. Після того, як робоча рідина розпадеться на фракції, тобто глина осяде й ущільниться, воду відкачують насосами на поверхню, а аварійний реактор 1 засипають породою й бетонують, таким чином надійно його хоронять. Описана технологія дозволяє знизити трудомісткість робіт по захороненню техногенно небезпечних об'єктів.