СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ВЫРАБОТКАХ Российский патент 2000 года по МПК G21F9/34 E21F17/16 

Изобретение относится к технологии утилизации и захоронения токсичных и радиоактивных отходов химической и ядерной технологий в выработках, образованных в геологических структурах.

В настоящее время известны принципиальные направления решения этой проблемы, наиболее представительной из которых является способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов, включающий отделение радиоактивных конструкций и элементов этих конструкций, помещение их в специальные контейнеры и захоронение этих контейнеров в наземных защитных сооружениях /1/.

Существенными и очевидными недостатками этого способа являются высокие трудо-, машинозатраты и энергозатраты, связанные с разделкой частей конструкции для отделения от общего массива ее частей, зараженных токсичными, или радиоактивными отходами, - это приводит к запылению рабочей площадки, вызывает необходимость использования специальных и уникальных агрегатов для улавливания и утилизации продуктов, отделяющихся при разделке конструкции. Кроме того, этот способ требует помещения зараженных конструкций в специальные контейнеры, что еще более удорожает весь процесс.

Наиболее близким по технической и технологической сущности является способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, включающий проходку выработки в грунте, начиная с дневной поверхности, опускание в нее указанных отходов и захоронение за счет засыпки свободной полости /2/, /то же - Отчет Департамента США по конверсии, 1993, с.27-30, p.6, 15, 18/.

Существенным недостатком этого способа является раздельность выполнения всех операций, которые разнесены по времени осуществления: процесс образования выработки осуществляется отдельно от процесса захоронения (опускания и засыпки) и отдельно от процесса локализации и защиты захороненного объекта. Это приводит к значительным затратам времени и средств на технологию захоронения указанных отходов, при которых не исключаются потери токсичных или радиоактивных отходов при погрузках, перегрузках, транспортировке и складировании перед захоронением. Т.е. известный способ уже не соответствует современной технической культуре обращения с такими опасными техногенными отходами.

Технический результат данного изобретения заключается в существенном повышении надежности, безопасности при сокращении времени и средств на осуществление всех процессов по обработке, захоронению и локализации указанных отходов.

Этот результат в изобретении достигается за счет того, что способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, включающий проходку выработки в грунте, начиная с дневной поверхности, опускание в нее указанных отходов и захоронение, предусматривает, что контейнер с указанными отходами (или токсичными, или радиоактивными) размещают в корпусе автономного бурового аппарата. С помощью этого аппарата осуществляют проходку выработки, по мере углубления выработки изменяют скорость восходящего потока от забоя - по сечению выработки, при этом сначала задают скорость восходящего потока, равной скорости витания в этом потоке частиц разрушенного на забое выработки грунта (горной породы), затем скорость этого псевдоожиженного верхнего слоя потока снижают и оседающими частицами грунта (горной породы), закупоривают сечение проходимой выработки, уплотняя грунт в сечении выработки подпираемым нижним восходящим потоком бурового шлама, частицы которого также уплотняют и заполняют сечение проходимой выработки разрушаемыми на ее забое частицами грунта, локализуют, таким образом, контейнер с отходами на дне выработки и подвергают захоронению указанные отходы.

Описываемый способ поясняется раскрытием устройства для его реализации, где на фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 приведена технологическая схема использования данного устройства.

Устройство представляет собой автономный буровой аппарат (конструкции А. И. Плугина), содержащий удлиненный корпус 1, в котором размещают контейнер 2, стенки 3 которого ограничивают надежно заключенные в контейнере отходы 4 (токсичные, или радиоактивные, или комбинированные, представляющие собой определенную опасность для среды обитания). Через непроницаемую перегородку 5 с контейнером соединена рабочая 6 часть корпуса, в полости которой 7 размещен генератор рабочего агента, в частности генератор 8, работающий на твердом топливе (для повышения надежности: нет протечек, невзрывоопасен, надежен в работе и высокопроизводителен в использовании).

Полость генератора соединена посредством управляемого клапана 9 с полостью рабочего органа 10, представляющего собой фасонную конусообразную головку 11, в стенках которой выполнены рабочие породоразрушающие сопла 12 и 13, направленные по нормали и под углом, близким к нормали, к забою; сопла 14, ориентированные под углами к боковым стенкам забоя; а также сопла 15, ориентированные в направлении, противоположном забою и под углом (вверх) к оси корпуса.

Такая конструкция рабочего органа устройства позволяет легко проходить скважину (выработку) 16 (фиг. 2) в грунтах (горных породах), в том числе и криволинейные участки 17 (при необходимости).

Отклонение траектории (фиг. 2) от вертикальной (или наклонной-прямолинейной) достигается установкой дополнительного сопла 18 (фиг. 1) на корпусе в его стенке; работа этого сопла создает момент отклонения "М" рабочего органа к стенке скважины, что и вынуждает рабочий орган производить криволинейную выработку 17.

Управление работой устройства, его описанных конструктивных узлов, достигается размещением в торцевой части корпуса управляющего программированного устройства 19, которое может быть запрограммировано на автономную работу, или может управляться через трос-кабель 20, которым одновременно можно монтировать устройство на устье выработки (скважины) и удерживать во время проходки выработки 16, при которой сечение ее ствола 21 заполняют разрушаемым на забое грунтом. Для полной локализации выработки обустраивают ее устье 22 и перекрывают водонепроницаемой пробкой 23.

Мобильность корпуса устройства при перемещении его в выработке достигается за счет закрепления на корпусе, продольно его оси, газошламонаправляющих стабилизаторов 24 (фиг. 1), с помощью которых при обтекании корпуса и данных стабилизаторов газошламовой смесью, отходящей от забоя, ориентируют рабочий орган 10 и корпус 1 для проходки или вертикальной выработки 25, или с переводом вертикальной выработки 16 в криволинейную 17 и в горизонтальную 26 для более целенаправленной доставки контейнера 2 в определенный горизонт, например в массив кембрийской глины, или в неводоносный горизонт, производя захоронение отходов.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках осуществляют следующим образом. Контейнер 2 с заключенными в его полости отходами размещают в корпусе устройства (как это показано на фиг. 1). Устройство - автономный буровой аппарат 1 с его рабочим органом 10 размещают на устье 22 выработки и включают генератор 8 рабочего агента (в данном случае - газа), который под давлением 50-200 (или более - если этого требует прочность проходимого грунта, - обычно достаточно 30-50 кгс/см²) кгс/см² истекает из рабочих сопел и разрушает грунт на забое, образуя выработку 16. По мере углубления выработки скорость восходящего бурового шлама (фиг. 2) снижают для зависания частиц в сечении ствола 21 и забивания сечения выработки этими частицами разрушенного на забое грунта (породы), для этого достаточно задать с помощью программированного устройства 19 скорость восходящего потока газошламовой смеси ниже скорости витания частиц грунта в этом потоке (такая скорость находится в пределах 25-60 м/с). Такая грунтовая пробка уплотняется восходящим снизу потоком шлама и создает абсолютно надежную локализацию захоронения отходов, при этом на дневной поверхности, на устье 22, выполняют водонепроницаемую пробку, например, из сульфатостойкого расширяющегося (при твердении) портландцемента.

Если задано захоронение контейнера в определенном горизонте геоструктур, то выработку 16 переводят, как указано выше, в криволинейную 17 за счет работы стабилизаторов 24 и сопла 18 и переводят выработку в горизонтальную 26, в которой более надежно локализуют контейнер 2 и производят захоронение отходов.

Для более устойчивого горизонтального продвижения корпуса его сечение выполняют прямоугольным, как показано на фиг. 2 - внизу, т.к. такое выполнение корпуса исключает его вращение вокруг его же продольной оси при проходке горизонтального участка 26 выработки.

Таким образом, предлагаемый способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, при его технологической простоте, обладает высокой надежностью, оперативностью и отвечает современной культуре обращения с такими опасными техногенными отходами.

При необходимости заявитель может представить более полные данные по технической и технологической сущности, и эффективности данного способа (исключая возможность предоставления специальных сведений и технологических тонкостей типа ноу-хау).

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов
Заявляемый способ исследован на соответствие критериям изобретения: новизна, промышленная применимость, уровень решенной технической задачи. При этом были приняты во внимание источники информации в данной и родственных областях технологий. Так в источниках /2, 3,..., 10/ выявлены отдельные порознь используемые признаки, дающие каждый свой положительный технический результат. Однако исследованиями не выявлена заявляемая совокупность существенных признаков, позволяющая получить более высокий технический результат, это дает основание заявителю для вывода о соответствии предложения критерию изобретения и взятия Патента РФ на данный способ.

Источники информвции
1. Атомная техника за рубежом, журн. N 7, 1984, с. 26.

2. Шведов В.П. и др. Ядерная технология, М., Атомиздат, 1979, с. 250-251 (прототип).

3. Коломиец Б.И., Радиоактивные отходы атомных ледоколов - источник образования, Мурманск, 2993.

4. Минаев В.И., Бестраншейная прокладка трубопроводов, М., Недра, 1978, с. 220-222.

5. RU 94018125 A1, G 21 F 9/00, 1995.

6. US 4724853, B 08 B 3/12, 1985.

7. DE 2908141 A1, G 21 F 9/00, 1980.

8. WO 93/20401 A1, - " -, 1993.

9. RU 2102804 C1 G 21 F 9/28, 1993.

10. RU 2090943 C1, G 21 F 9/34, 1993.

Сущность изобретения: контейнер с отходами размещают на борту автономного бурового аппарата, имеющего независимое энергетическое оснащение и автоматизированный программированный блок управления его работой. Захоронение отходов ведется за счет проходки выработки заданного диаметра на глубину ниже водоупорного горизонта, откуда поступление восходящей жидкости исключено гидрогеологическими условиями. При заглублении аппарата с несомым на нем контейнером ведут забивку сечения этой проходимой выработки самим же буровым аппаратом за счет задаваемой ему схемы разработки и выброса грунта. Это делает способ полностью автономным и высоконадежным, т.к. и пройденный аппаратом водоупорный горизонт также заполняется и герметизируется тем же аппаратом. Технический результат заключается в том, что способ обладает высокими показателями оперативности и надежности в длительном временном измерении захоронения опасных отходов. 2 ил.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, включающий проходку выработки в грунте, начиная с дневной поверхности, опускание в нее указанных отходов и захоронение, отличающийся тем, что контейнер с отходами размещают в корпусе автономного бурового аппарата, с помощью этого аппарата осуществляют проходку выработки, по мере углубления выработки изменяют скорость восходящего потока от забоя по сечению выработки, задают сначала скорость восходящего потока равной скорости витания в потоке частиц разрушенного на забое выработки грунта, затем скорость этого псевдоожиженного верхнего слоя потока снижают и оседающими частицами закупоривают сечение проходимой выработки, уплотняя грунт в сечении выработки подпираемым нижним восходящим потоком бурового шлама, частицы которого также уплотняют и заполняют сечение проходимой выработки разрушенными на ее забое частицами грунта, локализуют таким образом контейнер с отходами на дне выработки и подвергают его захоронению.