ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЗАХОРОНЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2003 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к технологии утилизации и захоронения токсичных и радиоактивных отходов химической и ядерной технологий и касается технических средств для реализации технологии путем погружения этих отходов в выработки, образованные в геоструктурах.

В настоящее время известны технические решения в этой области человеческой деятельности, из которых наиболее представительным и наиболее близким является технический комплекс для захоронения токсичных и радиоактивных отходов (ТиРАО), содержащий контейнер с отходами, агрегат для размещения в его корпусе контейнера и последующего погружения контейнера в выработку, образованную в геологических структурах [1].

Обладая определенными преимуществами перед другими аналогами, этот технический комплекс имеет существенные и очевидные недостатки, заключающиеся в использовании нескольких отдельных технических средств для осуществления процесса захоронения ТиРАО, где с помощью отдельных, различных по роду и назначению, устройств осуществляют порознь упаковку отходов в контейнеры, хранят контейнеры, пока с помощью самостоятельного бурильного агрегата проходят выработку в геоструктурах, стенки выработки при этом стараются закрепить для предупреждения процесса их обрушения, затем с помощью подъемного механизма опускают контейнер в выработку, заполняют полость выработки и осуществляют захоронение отходов. Такое техническое средство требует значительных затрат времени, трудозатрат, соблюдения особых правил безопасного хранения и ведения всех работ.

Технической задачей и получаемым техническим результатом в данном изобретении является существенное упрощение всего процесса, сокращение общих затрат на его осуществление, автономизация процесса подготовки всех агрегатов технического комплекса к их совмещению и выполнению операций погружения в полость выработки отходов с последующим захоронением их в геоструктурах, а также автоматизация работы технического комплекса по организации процесса проходки выработки в геоструктурах, заполнения ее полости своей работой, отвода контейнеров с ТиРАО в сторону от ствола пройденной выработки - для удаления отходов в геоструктуры в целях повышения экологической безопасности всего процесса их захоронения. Кроме того, техническая задача, решаемая изобретением, предусматривает возможность одновременного захоронения одним устройством сразу нескольких контейнеров, каждый из которых заполнен разнотипными отходами, в частности РАО, токсическими, комбинированными, ядовитыми и т.п.

Указанная техническая задача и достигаемый технический результат в изобретении достигаются за счет выполнения технического комплекса для захоронения токсичных и радиоактивных отходов, содержащего контейнер с указанными отходами, агрегат для размещения в его корпусе контейнера и последующего погружения контейнера в выработку, образованную в геологических структурах, и снабженного установкой, размещенной на поверхности грунта, имеющей сквозное отверстие (или несколько таких сквозных отверстий) для расположения в нем и установке указанного агрегата, который выполнен в виде удлиненного полого тела и снабжен расположенными в его корпусе генератором рабочего агента, аккумулятором сжатого газа, программированным блоком управления, блок управления соединен связями управления с генератором рабочего агента и аккумулятором сжатого газа, причем корпус агрегата по своим торцам снабжен полыми рабочими органами, оснащенными соплами, закрепленными в их стенках, полости рабочих органов соединены магистралями с генератором рабочего агента и аккумулятором сжатого газа, оси сопел ориентированы своей частью вдоль продольной оси агрегата по его торцам, а другая часть сопел ориентирована под углами к диаметральной плоскости сечения корпуса агрегата, участвующего в реализации процесса.

При этом в техническом комплексе установка, размещенная на поверхности грунта, имеет анкеры и приспособление для перекрытия сечения ее сквозного отверстия, выполненного в теле установки.

Указанная установка имеет магистраль для отвода избыточной рабочей среды, а также попутного флюида и газа из полости выработки.

В агрегате часть сопел рабочих органов имеет клапаны для регулирования их проходных сечений, которые соединены связью управления с указанным программированным блоком управления.

При этом геометрическое ориентирование корпуса агрегата на окончательной стадии процесса захоронения контейнера с ТиРАО на дне выработки выбирают близким к горизонтальному за счет такого ориентирования корпуса агрегата с помощью его сопел.

Причем при достижении корпусом агрегата заданной глубины в полости выработки, перед переводом корпуса в ориентированное положение, близкое к горизонтальному, производят заполнение полости выработки за счет выбора режима работы сопел агрегата.

При этом корпус агрегата оснащен излучателем акустических волн, а установка имеет приемник акустических волн, который регистрирует расстояние от установки до агрегата, находящегося в полости проходимой им же выработки.

Описываемый технический комплекс для захоронения токсичных и радиоактивных отходов исследован по своим существенным признакам на соответствие критериям изобретения: "новизна", "промышленная применимость", "уровень решенной технической задачи". По источникам информации [2], [3], [4] выявлены отдельные порознь используемые признаки, как наличие бурильного устройства для проходки скважины, наличие установки на поверхности грунта для размещения на ней бурильного агрегата, наличие общего пульта управления.

Однако при известности отдельных признаков они не имеют технической возможности совмещения в едином устройстве для выполнения поставленной технической задачи и получения указанного технического результата; действительно, в известных отдельных признаках, использующих разнотипные агрегаты и устройства для проходки выработки в грунтах, емкость для размещения в ее полости техногенных отходов, техническое средство для обратной засыпки выработки, нет никаких указаний на наличие единого законченного технического средства для осуществления всей совокупности технических операций по захоронению токсичных и/или радиоактивных отходов в выработках, образованных в геоструктурах.

Эти исследования дают основание для заключения о соответствии заявляемого технического комплекса критериям изобретения, что дает право заявителю взять патент на данное изобретение.

Описываемый технический комплекс раскрывается далее на чертежах, где:
на фиг. 1 показан общий вид комплекса для захоронения токсичных и радиоактивных отходов с сечением его по вертикали;
на фиг.2 показан в плане вариант размещения комплекса;
на фиг.3 и фиг.4 показаны детали агрегатов технического комплекса, осуществляющие регулирование его проходного сечения;
на фиг.5 показан агрегат комплекса, предназначенный для размещения в нем контейнеров с ТиРАО и для проходки выработки;
на фиг.6 показан то же агрегат (по фиг.5) с раскрытием его конструкции и сечением по продольной оси;
на фиг. 7 приведена блок-схема взаимодействия программированного блока управления технического комплекса с отдельными блоками;
на фиг.8 - узел А на фиг.5 - деталь сопла рабочего органа.

Технический комплекс для захоронения токсичных и радиоактивных отходов содержит установку 1, которую размещают на поверхности грунта (фиг.1) для осуществления описываемой технологии захоронения ТиРАО. Эта установка имеет сквозное отверстие 2 со встроенными в него подпружиненными шаровыми захватами 3 для установки в них агрегата 4, выполненного в виде удлиненного полого тела (фиг. 5, 6), оснащенного полыми рабочими органами по своим торцам, где рабочий орган 5, закрепленный на нижнем торце, является главным и предназначен для проходки пород и образования выработки в геологических структурах. Агрегат 4 оснащен программированным блоком 6 управления работой отдельных блоков, узлов (фиг.7), а также оснащен излучателями 7 и 8 акустических волн, каждый из которых настроен на свою частоту волн, что позволяет точно определять глубину нахождения агрегата 4 и местоположение его в геоструктурах (фиг.1).

Отверстие 2 установки 1 на части своей длины имеет упругоподатливые стенки 9 (фиг. 1), за которыми образована полость 10, а в ней установлены сферические упругоподатливые диафрагмы 11, полости между которыми соединены патрубком 12 с источником сжатой рабочей среды (фиг.1, 3, 4) 13, соединенным линией командной связи с общим пультом управления 14 (фиг.1), с которым также соединены блоки 15 и 16, предназначенные соответственно для подачи избыточного давления в узел 3 и регулирования усилия пружин шаровых захватов 3 и для приема акустических сигналов от датчиков 7 и 8 агрегата 4, а также для приема сигналов от датчика 17, закрепленного на корпусе агрегата и предназначенного для более точного определения вертикального и горизонтального положений агрегата (фиг.1).

Установка 1 имеет также полости с выходным патрубком 18 и подающим патрубком 19, из которых патрубок 18 является магистралью, предназначенной для отвода аномального флюида и/или газа из полости проходимой выработки или любой другой среды, например газожидкостной фазы, из полости выработки и полости установки при проходке выработки 20 и ее горизонтального или близкого к нему участка 21, в который доставляют отходы данным техническим комплексом.

Агрегат 4 (фиг.5) может иметь один клапан 22 при оснащении его энергетического узла газообразующей смесью 23 для выработки рабочего агента, подаваемого в рабочий орган 5 (но более эффективно оснащение агрегата генератором рабочего агента, раскрываемым далее по фиг.6). Верхняя часть полости корпуса агрегата (фиг.5, 6) предназначена для размещения в ней одного контейнера или предпочтительно нескольких контейнеров: 24, 25, 26, что делает агрегат и весь комплекс универсальным, способным нести несколько контейнеров с различными отходами: часть контейнеров - с токсичными отходами, часть контейнеров - с РАО, часть - с любыми опасными техногенными отходами, каждый из которых надежно локализован в своем персональном контейнере (фиг.5); контейнеры разделены непроницаемыми перегородками 27, а их стенки надежно изолированы гидроизоляционным материалом и остеклены в арматурном каркасе 28.

Рабочий орган 5 агрегата 4 имеет рабочие сопла 29, ориентированные к забою, рабочие сопла 30, ориентированные по углами к стенкам забоя и выработки, и сопла 31, ориентированные в сторону, обратную от забоя, и предназначенные для расширения сечения проходимой выработки и для создания усилия подачи агрегата к забою выработки.

Агрегат 4 имеет также на своем верхнем торце (фиг.6) рабочий орган 32 с соплами 33, предназначенными для выполнения трех технических функций: дополнительного расширения сечения проходимой выработки, создания усилия подачи агрегата к забою, а также для усиления отходящего вверх потока бурового шлама, который в начале проходки отводят на дневную поверхность грунта через свободное отверстие 2, а далее этим шламом заполняют и забивают полость проходимой выработки, отделяя участок 21 от сообщения с дневной поверхностью, что надежно гарантирует условия захоронения контейнеров.

Агрегат 4 технического комплекса, выполненный в виде удлиненного полого тела, преимущественно цилиндра, снабжен расположенными в его корпусе генератором рабочего агента 34 с клапаном 35, соединенным с программированным блоком 6 управления, инициатором 36 выработки рабочего агента (газа, парогазовой смеси), подаваемого в аккумулятор сжатого газа (парогазовой смеси) 37, имеющим клапан 38, соединенный с блоком 6 управления; из клапана рабочий агент поступает по трубе 39 вниз в рабочий орган 5, а также в полость генератора 40 по трубе 41; из генератора 40 низкотемпературный поток газа поступает в патрубок 42 через перфорированный патрубок 43 и управляемый клапан 44 (верхний по фиг.6); далее часть газа по трубе 45 поступает в рабочий орган 5, а другая часть этого газа поступает в верхний рабочий орган 32 агрегата. При этом через нижний (по фиг.6) клапан 44 разогретый газ поступает через клапан 46 в рабочий орган, через клапан 47 в рабочий орган поступает рабочий агент из патрубка 42 и 39 - в полость 48, а газ, поступающий в рубашку 49 рабочего органа 5, охлаждает его и далее участвует в процессе воздействия на забой, создавая более эффективные условия для термического напряжения пород и их разрушения.

При недостаточном весе установки 1 ее закрепляют с помощью анкеров 50 (фиг. 1) для исключения ее смещения при внезапном вскрытии водоносного (или газоносного) горизонта и других нештатных ситуациях, связанных с нетехнологическим использованием установки.

Для возможности регулирования положения агрегата 4 в полости выработки 20 и 21 часть сопел его рабочего органа 5 имеет клапаны для регулирования их проходных сечений; эти клапаны (фиг.8) выполнены из вставок из упругоподатливого материала 51, образующего полость между собой и стенкой сопла; в эту полость по трубке 52 и ниппель 53 подают сжатую рабочую среду, регулируя или перекрывая полностью сечения того или иного (29, 30) сопла, что создает отклоняющий момент корпусу агрегата и наклон его в горизонтальное или близкое к нему положение в выработке (фиг.1), используя лопасти 54.

Работа детально раскрытого своими агрегатами, блоками и узлами технического комплекса осуществляется следующим образом.

На поверхности грунта (фиг.1), над местом намеченного захоронения ТиРАО, закрепляют установку 1; агрегат 4 оснащают генератором рабочего агента и другими, указанными выше узлами, а также размещают в корпусе агрегата (фиг. 5, 6) контейнеры с ТиРАО, проверяют работу программированного блока 6 управления комплексом и с его помощью запускают генератор 34 рабочего агента, подав сигналы управления на клапан 35, инициатор 36 и клапан 38 (как показано на блок-схеме управления по фиг.7, где предусмотрены подача управляющего сигнала и прием сигнала исполнения, т.е. прямой и обратный сигналы), рабочий агент, как показано выше, поступая в полости рабочего органа 5, осуществляет функции по разрушению пород и проходке выработки, истекая из его сопел 29, 30, 31 и из сопел 33 рабочего органа 32.

Процесс проходки выработки оперативно контролируют с помощью блока 6 и блока управления 14, отслеживая с помощью датчиков 7, 8, 17 глубину погружения агрегата 4 и его положение в выработке 20 и 21, перед образованием которой полость выработки 20 заполняют и забивают буровым шламом с помощью работающего агрегата 4, снижая скорость восходящего к установке потока бурового шлама работой сопел 29, 30.

При необходимости захоронения одновременно значительного числа контейнеров используют установку (фиг.2) с несколькими отверстиями 2 и несколькими агрегатами 4, а процесс погружения агрегатов с контейнерами ведут так же, как и одного агрегата.

Таким образом, технический комплекс является высокоэффективным, мобильным и автономным техническим средством для массового захоронения ТиРАО и любых техногенных опасных отходов в геоструктурах.

При необходимости заявитель может привести более подробные материалы относительно технической сущности и технологической эффективности данного изобретения.

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

2. RU 2121723 С1, 10.11.1998, G 21 F 9/34.

3. SU 1184382 А, 07.08.1987, E 21 F 17/16.

4. GB 2286284 А, 09.08.1995.

5. US 5191157 А, 02.03.1993.

6. FR 2389975 А1, 01.12.1978.

7. US 4178209 А, 11.12.1979.

8. Атомная техника за рубежом, журн. 7, 1984, с.26.

Изобретение предназначено для утилизации и захоронения токсичных и радиоактивных отходов химической и ядерной технологий путем погружения этих отходов в выработки, образованные в геоструктурах. Технический комплекс для захоронения токсичных и радиоактивных отходов содержит контейнер с отходами, агрегат для размещения в его корпусе контейнера и последующего погружения контейнера в выработку, образованную в геологических структурах. Комплекс снабжен установкой, размещенной на поверхности грунта, имеющей сквозное отверстие для расположения в установке указанного агрегата. При этом агрегат выполнен в виде удлиненного полого тела и снабжен расположенными в его корпусе генератором рабочего агента, аккумулятором сжатого газа, программированным блоком управления. Последний соединен связями управления с генератором рабочего агента и аккумулятором сжатого газа. Корпус агрегата по своим торцам снабжен полыми рабочими органами, оснащенными в своих стенках установленными соплами. Полости рабочих органов соединены магистралями с генератором рабочего агента и аккумулятором сжатого газа. Оси сопел ориентированы своей частью вдоль продольной оси агрегата по его торцам. Другая часть сопел ориентирована под углами к диаметральной плоскости сечения корпуса агрегата. Изобретение позволяет упростить процесс захоронения, сократить общие затраты на его осуществление, автономизировать процесс подготовки всех агрегатов технического комплекса к работе, повысить экологическую безопасность всего процесса захоронения. 6 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Технический комплекс для захоронения токсичных и радиоактивных отходов, содержащий контейнер с отходами, агрегат для размещения в его корпусе контейнера и последующего погружения контейнера в выработку, образованную в геологических структурах, отличающийся тем, что комплекс снабжен установкой, размещенной на поверхности грунта, имеющей сквозное отверстие для расположения в установке указанного агрегата, при этом агрегат выполнен в виде удлиненного полого тела и снабжен расположенными в его корпусе генератором рабочего агента, аккумулятором сжатого газа, программированным блоком управления, соединенным связями управления с генератором рабочего агента и аккумулятором сжатого газа, причем корпус агрегата по своим торцам снабжен полыми рабочими органами, оснащенными в своих стенках установленными соплами, полости рабочих органов соединены магистралями с генератором рабочего агента и аккумулятором сжатого газа, а оси сопел ориентированы своей частью вдоль продольной оси агрегата по его торцам, а другая часть сопел ориентирована под углами к диаметральной плоскости сечения корпуса агрегата. 2. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что установка, размещенная на поверхности грунта, имеет анкеры и приспособления для перекрытия сечения ее сквозного отверстия. 3. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что указанная установка имеет магистраль для отвода избыточной среды из полости выработки. 4. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что часть сопел рабочих органов имеют клапаны для регулирования их проходных сечений, при этом клапаны соединены связью управления с программированным блоком управления. 5. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что геометрическое ориентирование корпуса агрегата при захоронении контейнера на дне выработки выбирают близким к горизонтальному за счет такого ориентирования корпуса агрегата с помощью его сопел. 6. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что при достижении корпусом агрегата заданной глубины в полости выработки, перед переводом корпуса в ориентирование, близкое к горизонтальному, производят заполнение полости выработки с помощью данного работающего агрегата выбором режима работы его сопел. 7. Технический комплекс по п.1, отличающийся тем, что корпус агрегата оснащен излучателем акустических волн, а установка имеет приемник акустических волн, регистрирующий расстояние от установки до агрегата, находящегося в выработке.