СПОСОБ РАЗБОРКИ ЗАВАЛА РАДИОАКТИВНЫХ МАСС, НАХОДЯЩИХСЯ В УКРЫТИИ Российский патент 1996 года по МПК G21F9/28 G21F9/30 G21C19/00 E21C41/00 

Данное техническое решение относится к атомной энергетике и представляет собой способ разборки завала радиоактивных масс на аварийном объекте.

Известны способы открытой разработки полезных ископаемых в карьерах, отдельные приемы которых аналогичны приемам разборки завала на аварийном объекте. Например, известен способ разработки мощных крутопадающих пластов (авт.св. СССР N 1544975, кл. Е 21 С 41/16, 1990), включающий отработку запасов слоями в нисходящем порядке, закладку выработанного пространства твердеющей смесью при установке опалубки в закладываемом пространстве.

Известен способ открытой разработки уступа (авт.св. СССР N 1571246, кл. Е 21 С 41/00, 1990), включающий блочную выемку уступа горизонтальными и наклонными стружками, зачистку площадки перед базой экскаватора от породы.

Известен открытый способ разработки забоя драглайном, верхним черпаньем (авт.св. СССР N 1606660, кл. Е 21 С 41/00, 1990), включающий установку экскаватора на нижней площадке отрабатываемого уступа, отработку уступа выше его установки рядом стружек сверху вниз, отгрузку пород на нижнюю площадку уступа.

Известен способ открытой разработки экскавационными машинами непрерывного действия с перегрузочными устройствами (авт.св. СССР N 1654576, кл. Е 21 С 41/00, 1991), включающий послойную отработку уступов, погрузку разрабатываемых пород при помощи перегрузочных устройств на транспортные коммуникации и транспортировку по выездной траншее, формирование временных съездов на отработанные слои уступа, перемещение экскавационных машин по временным съездам.

Известен способ комбинированной разработки месторождений радиоактивных руд (авт. св. СССР N 1640422, кл. Е 21 С 41/30, 1991), включающий открытую разработку карьера слоями сверху вниз и подземную отработку двумя зонами, при этом карьерное поле соединяют с шахтным полем наклоненными выработками, камеры соединяют с дном карьера рудоспусками, а выработанное от панелей пространство породоспусками, в камеры перепускают кондиционную руду из карьера, а в выработанное пространство нижней зоны по мере отработки перепускают некондиционную руду и вскрытые породы.

Известные способы не могут быть использованы для разборки завалов при авариях на атомных станциях (АС), так как, несмотря на близость задачи, они не учитывают специфических особенностей таких завалов радиационного состояния и особенностей его структуры с точки зрения механики.

Наиболее близким к предложенному, взятым за прототип, является способ (заявка ФРГ N 3417145, кл. G 21 F 9/30, 1984), включающий создание временных транспортных площадок, разборку завала послойно горизонтальными проходками в нисходящем порядке, разрезку его твердых компонентов и загрузку в контейнеры в зоне разборки, погрузку и транспортирование радиоактивных масс с применением захватных устройств.

Однако этот подход не может быть принят при разработке завала на аварийной (АС). При разборке завала на аварийной АС не допускаются приемы, несущие угрозу сложившемуся в завале неустойчивому равновесию как механическому, так и с точки зрения ядерной и радиационной опасности. Завал на аварийной АС располагается в укрытии, представляющем собой герметизированное строительное сооружение, и является совокупностью элементов активной зоны разрушенного реактора, частей оборудования центрального зала, фрагментов строительных конструкций, например обрушившейся кровли центрального зала, а также материалов, примененных для локализации радиационных элементов завала с целью уменьшения их вредного воздействия на окружающую среду, население и обслуживающий персонал. Завал является хаотическим нагромождением составляющих его компонентов, он неоднороден по плотности, имеет пустоты, неоднороден по уровню радиационной опасности, его компоненты различны по размерам и механическим характеристикам, например по твердости, и содержит в своей массе крупные тяжелые фрагменты в неустойчивом положении, а также крупные фрагменты, напряженные за счет деформаций.

Под укрытием выполняется комплекс контрольных и технических мероприятий, поддерживающих объект на приемном уровне радиационной и ядерной безопасности. Однако не исключена вероятность перераспределения топливосодержащих частиц в объеме завала и в результате локальное повышение их концентрации за счет их вымывания или динамических явлений в завале, вызванных стихийными явлениями природы или потерей устойчивости тяжелых фрагментов в массе завала. Кроме того, из-за неполной герметичности укрытия присутствует опасность выноса радиоактивных веществ в окружающую среду водовоздушным путем. По этим соображениям объект является потенциально опасным, и ставится задача преобразования его в полностью безопасную систему, т.е. разборки завала и захоронения радиоактивных масс при соблюдении требований нормативных документов, регламентирующих допустимые значения радиационной и ядерной опасности для указанного объекта.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым способом, заключается в повышении ядерной и радиационной безопасности за счет уменьшения распространения радиоактивных веществ в окружающую среду и снижения вероятности локального повышения их концентрации из-за динамических явлений в завале.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что по способу разборки завала радиоактивных масс, находящихся в укрытии, включающему создание временных транспортных площадок, разборку завала послойно горизонтальными проходками в нисходящем порядке, разрезку его твердых компонентов и загрузку в контейнеры в зоне разборки, погрузку и транспортирование радиоактивных масс с применением захватных устройств, до начала разборки укрепляют положение тяжелых фрагментов завала, находящихся в неустойчивом равновесии, путем нагнетания под них сыпучего материала, перед горизонтальными проходками нечетных слоев уплотняют структуру элементов засыпкой сыпучего материала на глубину естественного проникания, фиксируя в массе завала крупные фрагменты, подлежащие разрезке, горизонтальные проходки выполняют повторяющимися циклами, включающими порционный вакуумный отсос сыпучих компонентов завала, причем нечетные горизонтальные проходки выполняют верхними захватками при прямом перемещении захватных устройств и сопровождают их дискретной укладкой защитной транспортной площадки из твердого покрытия, а четные горизонтальные проходки выполняют нижними захватами при отступлении захватных устройств от завала, при этом дискретно разрушают твердое покрытие, и все этапы работ сопровождаются пылеподавлением и насыщением верхних слоев завала поглотителем, при этом проходку к нижнему слою радиоактивных масс для эвакуации топливосодержащих элементов осуществляют ниже основания завала, опережая по времени разборку его надземной части.

В качестве временной транспортной площадки вдоль стены укрытия возводят эстакаду, на верхнем уровне которой устанавливают площадку, и по мере разборки завала дискретно перемещают ее в направлении сверху вниз с шагом, равным двойной толщине горизонтальной проходки. Причем временную транспортную площадку на каждом из уровней продвигают под укрытие до границ завала, а в стене укрытия на уровне верхнего положения временной площадки выполняют проем, обустроенный боксами, размер которого дискретно увеличивают в направлении сверху вниз по мере разборки завала, при этом верхний нерабочий участок проема герметизируют. Разрезку крупных напряженных фрагментов завала выполняют бесконтактным способом, например лазерным. Материал для засыпки выбирают с низкими адсорбирующими свойствами, при этом для засыпки используют два и более различных материала, отличающихся сыпучестью и размером составляющих фракций, например керамзит и песок.

Проведенный поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выполненный на основе этого анализа позволили установить отсутствие аналога, характеризующегося признаками, идентичными всем осуществленным признакам заявленного технического решения. Выделение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков. Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна".

Между совокупностью признаков и получаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, так как последовательность приемов, составляющих предлагаемый способ, новые приемы, а также особенности известных приемов позволяют удерживать на объекте приемлемый уровень ядерной и радиационной безопасности.

Засыпка завала сыпучим материалом, предшествующая нечетным горизонтальным проходкам, уплотняя завал, фиксирует в массе завала фрагменты, подлежащие разрезке, тем самым снижая вероятность ударных нагрузок и динамики в завале при резке. Заполняя пустоты, засыпка исключает локальные обвалы. Одновременно засыпка завала по всей площади уменьшает распространение радионуклидов воздушным путем. Засыпку ведут на глубину естественного проникания сыпучего материала в рыхлые структуры без принудительного введения сыпучего материала в толщу завала, чтобы избежать нарушения неустойчивого равновесия отдельных фрагментов завала. Материал засыпки с низкими адсорбирующими свойствами сохраняет сыпучесть в условиях влажности. Комбинацией материалов достигают плотности засыпки и наилучшего просыпания в пустоты. Удаляют засыпку порционно по мере горизонтальной проходки, т.е. по мере возможности сохраняют механическую и радиационную защиту. Послойная разборка рыхлого завала, последовательная разрезка крупных фрагментов в пределах разрабатываемого слоя также имеют цель снизить вероятность динамики в объеме всего завала. Удаление засыпки вакуумным отсосом уменьшает загрязнение воздушной среды. Этой же цели служит пылеподавление, сопровождающее разборку.

Насыщение разбираемых масс поглотителем в процессе горизонтальных проходов снижает вероятность локального повышения концентрации радиоактивных элементов.

Эвакуацию топливосодержащих масс выполняют проходной ниже основания завала, не затрагивая рыхлых структур самого завала, чтобы уменьшить вероятность динамики. При этом эвакуация должна опережать разборку завала, чтобы уменьшить опасность от излучения. Крупные и тяжелые фрагменты завала, положение которых является крайне неустойчивым, укрепляют принудительной подачей сыпучего материала через боковые скважины в нижележащие полости, чтобы уменьшить катастрофически опасный эффект от возможной потери ее устойчивости.

Разрезку крупных и механических напряженных фрагментов завала выполняют бесконтактной, например, лазерной резкой во избежание закусывания режущего инструмента в резе и его поломки за счет динамики частей разрезанного фрагмента. Проемы в стене укрытия, обеспечивающие доступ к завалу, не выполняют изначально на всю высоту завала, а увеличивают в направлении сверху вниз, обустраивают герметичными боксами на уровне выполнения горизонтальных проходок и герметизируют на верхних, нерабочих участках, стараясь исключить заражение окружающей среды. Последовательность приемов предлагаемого способа подчинена требованию оптимизации рабочего процесса, предельного сокращения холостых ходов техники и других непроизводительных затрат времени, чтобы сократить время работы в экстремальных условиях. С этой же целью применяют подвижную площадку, которая при неопределенной конфигурации завала ускоряет и облегчает подход к нему на каждом уровне.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня проведен дополнительный поиск для выявления признаков, совпадающих с признаками, отличительными от прототипа. Поиск показал, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен фронтальный разрез завала в укрытии (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 аварийный объект, вид сверху; на фиг. 3 представлена операция по засыпке завала сыпучим материалом; на фиг. 4 разрезка крупных фрагментов завала при проходке нечетного горизонтального слоя; на фиг. 5 горизонтальная проходка нечетного слоя завала посредством экскавационных машин с захватками; на фиг. 6 представлено бетонирование транспортной площадки; на фиг. 7 показана горизонтальная проходка четных слоев ниже уровня транспортной площадки при отступлении захватных устройств экскавационных машин от завала.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Создают временные транспортные площадки и обеспечивают доступ к завалу. Ниже укрытия 1 вдоль каскадной стены 2 возводят эстакаду 3, высота которой соответствует отметке 41,15, что на толщину верхней горизонтальной проходки ниже высоты завала 4. На верхнем уровне эстакады 3 устанавливают временную транспортную площадку 5, которая подвижна в направлении завала 4, на которой устанавливают оборудование, и подводят ее под укрытие 1. Эстакаду 3 снабжают грузопассажирским лифтом 6 для обслуживающего персонала. Стреловой кран 7 располагают так, чтобы в радиусе его действия находились подвижная временная транспортная площадка 5, цех 8 дезактивации и подъездные пути 9 для установки оборудования и материалов на площадку 5. На уровне верхнего положения площадки 5 в стене 2 укрытия 1 выполняют проем 10, в котором монтируют два бокса: специальный бокс 11 для шлюзования оборудования под укрытие и бокс 12 управления для размещения средств наблюдения за выполнением работ в укрытии 1, устройств управления оборудованием и персонала. Площадку 5 с помощью крана 7 продвигают под укрытие 1 до границ завала 4 и фиксируют в этом положении на эстакаде 3. До начала разборки нагнетают сыпучий материал в полости под фрагментом 13 (многотонной плитой-схемой Е) для укрепления его неустойчивого положения. Перед горизонтальными проходками нечетных слоев уплотняют структуру завала 4 засыпкой сыпучего материала на глубину естественного проникания, фиксируя в массе завала 4 крупные фрагменты 13, подлежащие разрезке. Засыпку ведут с помощью подвижных в направлении завала 4 транспортеров 14 с поворотными лотками, установленных на площадке 5. На транспортеры 14 сыпучий материал подают в бункерах 15 с питателями. Для засыпки выбирают легкий и прочный материал с хорошей сыпучестью, с низкими адсорбирующими свойствами, сохраняющий эти свойства в условиях влаги.

Возможна комбинация нескольких материалов, например керамзита и песка. При засыпке заполняют пустоты, уплотняя завал 4, фиксируют фрагменты завала 4, подлежащие разрезке, и при этом создают защитный от радиации слой. Верхнюю нечетную горизонтальную проходку выполняют при прямом перемещении захватных устройств экскавационных машин со сменным инструментом для резки 16, для погрузки 17, для подачи бетона 18. Работу выполняют повторяющимися циклами, включающими порционный вакуумный отсос сыпучих компонентов завала 4. Разрезают крупные фрагменты завала 4 на куски, соответствующие размерам герметичных контейнеpов 19, загружают контейнеры 19 непосредственно в зоне захвата выше уровня площадки 5, при этом дискретно по мере горизонтальной проходки формируют транспортную площадку 20, уплотняют ее засыпкой и укладывают твердым покрытием бетоном или готовыми бетонными плитами, тем самым на одном уровне с площадкой 5 образуют транспортную площадку 20 (твердое покрытие). Транспортная площадка 20 является одновременно и защитной. Ширина площадки 20 должна обеспечивать доступность краевых участков разработанного слоя завала 4. Экскавационные машины со сменным рабочим инструментом для резки 16, захвата и погрузки 17, а также контейнеры 19 заходят в зону работ поочередно. Четную горизонтальную проходку второго слоя, расположенного ниже уровня транспортной площадки 20, ведут при отступлении экскавационных машин с инструментами 16, 17, 18 от завала 4 также повторяющимися циклами. При этом дискретно по мере проходки слоя разрушают за собой твердое покрытие 20, так же порционно отсасывают засыпку приблизительно на глубину снимаемого слоя, разрезают крупные фрагменты завала 4, загружают контейнеры 19 нижним захватом. Разрезку ведут механическим способом, например дисковыми фрезами.

Разрезку крупных фрагментов, которые находятся в напряженном состоянии в связи с непластической их деформацией, выполняют бесконтактной, например лазерной, резкой во избежание заедания режущего инструмента в резе и его поломки от динамики частей разрезанного элемента. Контейнеры 19 с продуктами разборки завала 4 в пределах транспортной 20 и временной 5 площадок перемещают на экскавационных транспортных машинах, а далее в цех 8 дезактивации переносят краном 7. Все этапы работ сопровождают пылеподавлением и насыщением верхних слоев завала 4 поглотителем метаборатом калия.

По окончании двух горизонтальных проходок площадку 5 устанавливают на следующем уровне эстакады 3 с шагом, равным толщине двух горизонтальных проходок, увеличивают размер проема 10 в направлении сверху вниз, монтируют боксы 11 и 12 на новом уровне площадки 5, при этом верхнюю, нерабочую часть проема 10 герметизируют. Далее указанные циклы работ повторяют до полной разборки завала 4.

Проходку к нижнему слою завала 4 для эвакуации топливосодержащих масс 21 выполняют проходкой 22 ниже основания завала 4 со стороны машинного зала, упреждая по времени разборку надземной части завала 4, и эвакуируют топливосодержащие массы 21 с помощью экскавационных машин 23 с захватами.

Предлагаемый способ обеспечивает поддержание атомной и радиационной безопасности на приемлемом уровне, при этом способ является достаточно экономичным, так как отсутствуют затраты на возведение дополнительного сложного укрытия и возможно использование серийно выпускаемой строительной техники.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что при использовании заявленного технического решения выполняются следующие условия: промышленное использование в атомной энергетике, возможность реализации с применением известных средств, достижение технического результата.

Предлагаемый способ разборки завала радиоактивных масс предполагается реализовать на аварийном объекте Чернобыльской АЭС.

Использование: в атомной энергетике, в способе разборки завала радиоактивных масс, находящихся в укрытии. Сущность изобретения: способ предусматривает укрепление положения тяжелых фрагментов завала, находящихся в неустойчивом равновесии, до начала разборки путем нагнетания под них сыпучего материала. Перед горизонтальными проходками нечетных слоев уплотняют структуру элементов засыпкой сыпучего материала на глубину естественного проникания, фиксируя в массе завала крупные фрагменты, подлежащие разрезке. Горизонтальные проходки выполняют повторяющимися циклами, включающими порционный вакуумный отсос сыпучих компонентов завала, причем нечетные горизонтальные проходки выполняют верхними захватками при прямом перемещении захватных устройств и сопровождают их дискретной укладкой защитной транспортной площадки из твердого покрытия. Четные горизонтальные проходки выполняют нижним захватом при отступлении захватных устройств от завала, при этом дискретно разрушают твердое покрытие и все этапы сопровождают пылеподавлением и насыщением верхних слоев завала поглотителем. 7 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. СПОСОБ РАЗБОРКИ ЗАВАЛА РАДИОАКТИВНЫХ МАСС, НАХОДЯЩИХСЯ В УКРЫТИИ, включающий создание временных транспортных площадок, разборку завала послойно горизонтальными проходками в нисходящем порядке, разрезку его твердых компонентов и загрузку в контейнеры в зоне разборки, погрузку и транспортирование радиоактивных масс с применением захватных устройств, отличающийся тем, что до начала разборки укрепляют положение тяжелых фрагментов завала, находящихся в неустойчивом равновесии, путем нагнетания под них сыпучего материала, перед горизонтальными проходками нечетных слоев уплотняют структуру завала засыпкой сыпучего материала на глубину естественного проникания, фиксируя в масса завала крупные фрагменты, подлежащие разрезке, горизонтальные проходки выполняют повторяющимися циклами, включающими порционный вакуумный отсос сыпучих компонентов завала, причем нечетные горизонтальные проходки выполняют верхними захватами при прямом перемещении захватных устройств и сопровождают их дискретной укладкой защитной транспортной площадки из твердого покрытия, а четные горизонтальные проходки выполняют нижним захватом при отступлении захватных устройств от завала, при этом дискретно разрушают твердое покрытие и все этапы сопровождают пылеподавлением и насыщением верхних слоев завала поглотителем. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проходку к нижнему слою радиоактивных масс для эвакуации топливосодержащих элементов осуществляют ниже основания завала, опережая по времени разборку его надземной части. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве временной транспортной площадки вдоль стены укрытия возводят эстакаду, на верхнем уровне которой устанавливают площадку и по мере разборки завала дискретно перемещают ее в направлении сверху вниз с шагом, равным двойной толщине горизонтальной проходки. 4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что временную транспортную площадку на каждом из уровней продвигают под укрытие до границ завала. 5. Способ по пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что в стене укрытия на уровне верхнего положения временной площадки выполняют проем, обустроенный боксами, размер которого дискретно увеличивают в направлении сверху вниз по мере разборки завала, при этом верхний нерабочий участок проема герметизируют. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрезку крупных напряженных фрагментов завала выполняют бесконтактным способом, например, лазерным. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для засыпки выбирают материал с низкими адсорбирующими свойствами. 8. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что для засыпки используют два и более различных материала, отличающихся сыпучестью и размером составляющих фракций, например керамзит и песок.