СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ И ДРУГИХ ВРЕДНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1995 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к способам захоронения радиоактивных и других вредных отходов в геологических формациях земной коры.

Известен способ захоронения радиоактивных отходов, который заключается в сооружении подземной штольни, выполненной в геологической формации, и размещении в этой штольне контейнеров с отходами [1].

Однако сооружение специальной штольни требует больших затрат времени и средств, что является недостатком известного способа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ захоронения радиоактивных отходов, заключающийся в том, что в геологическую формацию бурится скважина, в которую затем закачивают цементную смесь, содержащую радиоактивные отходы. Воздействуя на смесь высоким давлением, добиваются на определенной глубине раскрытия трещин в породе, в которые и нагнетается смесь для отверждения [2].

Однако в образовавшиеся вокруг скважины трещины можно закачать лишь небольшое количество отходов. Поэтому для увеличения емкости хранилища необходимо бурить несколько скважин, что увеличивает затраты на его создание.

Целью изобретения является снижение затрат на сооружение хранилища радиоактивных отходов.

Цель достигается тем, что производят выделение тектонически активных блоков земной коры, оценивают их напряженное состояние и полые пространства выполняют в участке земной коры, находящемся в условиях максимальной геомеханической пригрузки на глубинах, обеспечивающих условия интенсивного перехода горных пород в предельно напряженное состояние с образованием искусственной зоны разгрузки (разуплотнения) пород вокруг полости.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2. Способ осуществляется следующим образом.

С помощью метода геодинамического районирования на основе использования топокарт, аэро- и космоснимков разных масштабов, геологических, геофизических, геоморфологических и других материалов производят выделение тектонически активных блоков земной коры 1, разграниченных активными разломами 2, и оценивают напряженное состояние массива пород (см. Геодинамическое районирование недр. Методические указания. Л., 1990). Для характеристики напряженного состояния пород в блоках рассчитывают величины напряжений в долях геостатического давления γН и изображают их в изолиниях 3 (где γ - объемный вес пород; Н - глубина, на которой оценивают напряжения). По конфигурации изолиний 3 и их значению находят участок 4, в котором величины напряжений в 3-5 раз превышают прочность на одноосное сжатие пород, залегающих на расчетной глубине. В пределах этого участка бурят скважину 5 для захоронения радиоактивных отходов (фиг. 1). На фиг. 1 и 2 показано, что при описанных выше условиях в окрестностях пробуренной скважины 1 под действием опорного горного давления будет создаваться обширная зона 2 пород, перешедших в предельно напряженное состояние.

Перешедшие в предельно-напряженное состояние породы, в значительной степени потеряв несущую способность под действием горного давления, будут отжиматься в свободное пространство скважины по стрелкам R. В результате отжатые из области 3 на забой скважины породы будут выбуриваться и подаваться на поверхность в виде буровой мелочи, а прилегающий к скважине массив 2 будет разрыхляться. Известно, что если величины напряжений превышают прочность пород на одноосное сжатие в 3-4 раза, то объем выбуриваемой породы (буровой мелочи) увеличивается в 3-5 и более раз (Батугина И.М., Петухов И. М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. М.: Недра, 1988). В итоге в геологической формации будет создано пространство 2, заполненное разрыхленной породой, значительно превышающее в поперечнике диаметр входного отверстия. При нагнетании радиоактивной цементной смеси в скважину она легко заполнит пространство 2. Таким образом, для создания хранилища заданного объема потребуется пробурить меньшее число скважин, что снизит затраты на его сооружение.

Реализация предлагаемого способа возможна на основании того, что тектонические блоки земной коры находятся в условиях резко неоднородного напряженного состояния. Имеющиеся в массиве неоднородности приводят к возникновению тектонически напряженных и разгруженных зон (см., например, И.М.Батугина, И. М. Петухов. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. М.: Недра, 1988). Уровень напряжений в тектонически напряженных зонах может быть в 2-3 раза выше среднего.

При напряжениях, превышающих прочность пород на одноосное сжатие в 3-5 раз, породы вблизи открытой поверхности интенсивно переходят в предельно-напряженное состояние и отжимаются в свободное пространство выработки, теряя сплошность. Указанный эффект особенно ярко проявляется в напряженных краевых частях угольных пластов и выражается в многократном (в десятки раз) увеличении объема выбуриваемой породы по сравнению с номинальным (см., например, И.М.Петухов. Горные удары на угольных шахтах. М., 1972). При бурении скважин эффект интенсивного перехода горных пород в предельно напряженное состояние с образованием зоны разгруженных пород будет наблюдаться на глубинах 2-4 мм при напряжениях более 80-100 МПа. Например, тектонически напряженные зоны могут создаваться в узких клиновидных частях блоков, между фрагментами активных разломов и др. Так, вблизи Таштагольского железорудного месторождения в результате проведения работ по геодинамическому районированию выделены тектонически активные блоки от 1 до 5 км в поперечнике и установлено наличие тектонически напряженных зон.

Результаты измерений напряжений в выработках показывают, что горизонтальное сжатие превышает вертикальное в 2-3 раза. В результате в тектонически напряженных зонах наблюдается 4-6-кратное увеличение величин напряжений по сравнению со средним уровнем, т.е. до 70 МПа, на глубину 700-1000 м. Учитывая, что прочность на одноосное сжатие σ_сж слагающих массив пород значительно меньше (скарны, сиениты, сланцы, диориты σ_сж =8-15 МПа), то следует ожидать в таких местах повышенного выхода буровой мелочи при бурении скважин. Поэтому при размещении тектонически напряженной зоны скважины для создания хранилища о размерах образовавшегося полого пространства, заполненного рыхлой породой, можно судить по объему выбуренной буровой мелочи. Таким образом, создание более объемного хранилища может быть осуществлено с меньшими затратами. Кроме того, в результате сооружения скважины и разгруженной зоны разрыхленных пород на некотором расстоянии от скважины (5-15 ее радиусов) устанавливается максимум опорного давления, создающий дополнительное сжатие пород, что вызывает уменьшение их пористости и проницаемости и препятствует проникновению подземных вод в зону хранилища.

Использование: обезвреживание радиоактивных отходов. Сущность изобретения: полые пространства для размещения радиоактивных отходов выполняют в зоне минимальной геомеханической пригрузки в геологических формациях земной коры. 2 ил.

СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ И ДРУГИХ ВРЕДНЫХ ОТХОДОВ путем удаления их в полые пространства, выполненные в геологических формациях, с последующим закрытием входных отверстий материалом, предотвращающим распространение отходов в окружающую среду, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на сооружение хранилищ, производят выделение тектонически активных блоков земной коры, оценивают их напряженное состояние и полые пространства выполняют в участке земной коры, находящемся в условиях максимальной геомеханической пригрузки на глубинах, обеспечивающих условия интенсивного перехода горных пород в предельно напряженное состояние с образованием искусственной зоны разгрузки-разуплотнения пород вокруг полости.