СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ РЕАКТОРОВ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Советский патент 1994 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к области захоронения радиоактивных отходов и предназначено для захоронения отработавших или остановленных реакторов атомных электростанций (АЭС).

В связи с созданием новых, усовершенствованных типов АЭС особенно остро стоит проблема ликвидации отработавших или остановленных по какой-либо причине реакторов АЭС, сложность в осуществлении которой заключается в том, что части реактора содержат радиоактивный материал и особенно радиоактивно загрязненную воду, которая может при демонтаже реактора загрязнять окружающую среду и подвергать облучению рабочий персонал.

Известен способ захоронения радиоактивных материалов, включающий загрузку радиоактивных материалов в капсулы, которые размещают в контейнере с гидронепроницаемой оболочкой, установленном в полости, образованной в скале, при этом пространство между оболочкой контейнера и стенками полости заполняют водопроницаемым материалом.

Известный способ практически нельзя использовать для захоронения реакторов АЭС целиком, при его использовании требуется разделение реактора на отдельные части, эта операция чрезвычайно трудоемкая и опасная из-за возможности радиоактивного облучения людей и загрязнений окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ ликвидации остановленных АЭС, при котором радиоактивно незараженные части реактора демонтируются, а радиоактивно зараженная часть реактора оснащается герметичной защищаемой от облучения оболочкой, под фундаментом АЭС в грунте создается полость или несколько полостей, в которую спускают реактор до тех пор, пока хотя бы часть реактора не будет полностью находиться ниже уровня земли, при этом полость создается проходкой расположенных одна под другой штолен, которые вначале заполняются жидкостью или песком, которые затем удаляются, а стенки штолен взрываются, полость крепится винтовыми сваями, шунтовой крепью и т. п.

Недостатками известного способа являются ненадежность производства работ по захоронению и большие материальные и трудовые затраты, что связано с необходимостью проходки штолен под фундаментом АЭС, заполнением их жидкостью или песком, последующим их удалением, взрыванием стенок штолен и сложностью управления процессом спуска реактора в полость.

Цель изобретения - повышение надежности и безопасности производства захоронения с одновременным снижением затрат.

Цель достигается тем, что по способу захоронения реакторов АЭС, включающему создание подземной камеры под фундаментом реактора и спуск в нее реактора, камеру создают путем взрывной отбойки, магазинирования и последующего выпуска замагазинированной отбитой породы, а спуск реактора в полость производят в процессе плавного регулируемого постепенного выпуска отбитой породы.

Другим отличием является то, что при спуске реактора в камеру часть выпущенной отбитой породы поднимают и засыпают в камеру.

Кроме того, камеру с размещенным в ней реактором заполняют выпущенной отбитой породой до фундамента АЭС с последующей цементацией.

Еще одним отличием является то, что под камерой с размещенным реактором путем взрывной отбойки, маганизирования и последующего выпуска замагазинированной отбитой породы создают нижележащую камеру, в которую в процессе выпуска отбитой руды спускают реактор из вышележащей камеры, при этом в вышележащую камеру одновременно спускают другой реактор.

Отличием является также то, что перед спуском реактора из вышележащей камеры в нижележащую камеру по контуру вышележащей камеры создают вертикальную щелевую выработку.

Указанные отличительные признаки не обнаружены в известных технических решениях.

На чертеже показана реализация предлагаемого способа захоронения отработавших реакторов АЭС.

Для осуществления способа рядом со зданием АЭС 1 и отработавшим, оснащенным герметичной защитной от облучения оболочкой реактором 2 с надшахтного копра 3 проходится вертикальный ствол шахты 4. От ствола под фундаментом реактора проходятся верхний вентиляционный штрек 5 и нижний откаточный штрек 6. Расстояние по высоте между штреками 5 и 6 определяется высотой захораниваемого реактора 2 плюс необходимая высота закладки реактора и высота выпускных воронок 7 и выпускных ортов 8 камеры-магазина 9. Выпускные орты 8 оснащаются вибрационными питателями или какими-нибудь иными механизмами для плавного постепенного выпуска пустых взорванных пород из камеры-магазина 9 и погрузки их в вагонетки на откаточном штреке 6.

Для снижения объема подготовительных работ породы камеры-магазина 9 отбиваются вертикальными скважинами 10 большого диаметра на нижнее компенсационное пространство горизонтальными слоями путем взрывания сферических зарядов снизу вверх. Вертикальные параллельные скважины 10 большого диаметра (165-200 мм) бурят на всю высоту камеры-магазина 9 с верхнего вентиляционного штрека 5 до нижней подсечки. Мощность отбиваемого слоя (шаг отбойки) под камеры-магазина 9 составляет 3 м (показано пунктирными линиями). Это позволяет отказаться от проходки отрезного восстающего и образования отрезной щели.

Подсечку осуществляют бурением восходящего веера взрывных скважин 11 с использованием гидравлического бурового станка, устанавливаемого в выпускных ортах 8 откаточного штрека 6.

Вследствие того, что после отбойки порода занимает в силу разрыхления больший объем, чем она занимала в массиве, часть ее по мере отбойки периодически выпускают из камеры-магазина 9 и выдают на-гора из ствола шахты 4. Заполняющая камеру-магазин 9 отбитая порода служит средством для поддержания боковых пород. Под вентиляционным штреком 5 в камере-магазине 9 оставляется защитный подштрековый целик 12 безопасности, который взрывается в последнюю очередь.

Вентиляционный штрек 5 проходят на некотором расстоянии от фундамента реактора 2 в зависимости от состояния устойчивости пород целика 13 между основанием фундамента и кровлей проходимого штрека. Породный целик 13 разрушается взрывным способом: разбуривается вертикальными скважинами и отбивается одновременно с нижним целиком 12 на вентиляционный штрек 5 непосредственно перед началом опускания реактора 2 в камеру-магазин 9. Опускаемая нижняя часть фундамента (подошва), подвешенная к несущей конструкции фундамента, отделяется от нее и подготавливается к спуску в камеру-магазин 9. При этом реактор 2 садится на замагазинированную в камере-магазине 9 отбитую породу.

По завершении всех подготовительных операций на откаточном штреке 6 включают вибропитатели в выпускных ортах 8 и начинается плавный выпуск из камеры-магазина 9 взорванных замаганизированных пород, которые грузятся в вагонетки и выдаются по стволу шахты 4 на поверхность. При выпуске отбитой породы из камеры-магазина 9 реактор 2 плавно опускается в камеру-магазин 9. Наблюдение за процессом погружения реактора проводится из реакторного зала АЭС. Управление процессом захоронения осуществляют дистанционно также из зала АЭС за счет регулирования скорости (объема) выпуска породы из отдельных выпускаемых воронок во избежание возможных перекосов и заклиниваний реактора при равномерном его опускании в камеру-магазин 9.

Таким образом, процесс опускания осуществляется без присутствия людей в камере-магазине 9 и на штреке 5, что исключает облучение горняков, занятых захоронением реактора.

По мере опускания реактора 2 в камеру-магазин 9 часть выпущенной отбитой породы поднимают со штрека 6 на вентиляционный штрек 5 и засыпают обратно в камеру-магазин 9. В результате все пустоты, имеющиеся в реакторе 2 и камере-магазине 9, заполняются пустой породой и создается надежная защитная оболочка от радиоактивного облучения, возможна цементация пустой породы, например, цементным молочком.

Для более надежной изоляции реактора 2, размещенного в камере-магазине 9, и защиты окружающей среды, в частности реакторного зала АЭС, от проникающей радиации камера-магазин 9 поверх реактора 2 заполняется выпущенной отбитой породой, при этом отбитая порода цементируется и между верхней отметкой реактора 2 и фундаментом АЭС создается защитная плита, толщина которой выбирается из условий полной изоляции машинного зала АЭС от радиационного излучения захороненного реактора и из возможности использования ее для установки нового реактора.

Для многократного использования основных промышленных зданий и сооружений АЭС, жилого фонда и инфраструктуры в реакторном зале АЭС на месте захоронения реактора устанавливают новый реактор. Когда он через 25-30 лет отработает свой ресурс, его тоже нужно захоронить, предлагаемый способ позволяет осуществить это.

Для этого под камерой-магазином 9 с захороненным реактором 2 сооружают нижележащую камеру-магазин 14 соосно с вышележащей камерой-магазином 9. Камера-магазин 14 создается также как камера-магазин 9, все операции по созданию которой описаны выше. Затем реактор 2 из камеры-магазина 9 в процессе плавного регулируемого выпуска отбитой породы из камеры-магазина 14 опускается в камеру-магазин 14, при этом одновременно другой отработавший реактор из реакторного зала АЭС опускается в камеру-магазин 9 и поверх него из отбитой породы создается защитная плита.

Для облегчения спуска реактора 2 в камеру-магазин 14 из камеры-магазина 9 по контуру последней буровзрывным способом создается вертикальная щелевая выработка, отделяющая реактор 2 от вмещающих пород.

При необходимости спуска следующего реактора под камерой-магазином 14 сооружают камеру-магазин 15 и все операции по захоронению выполняют в описанной последовательности.

В отличие от известного решения данное предложение имеет следующие весьма существенные и важные преимущества: проходка серии штолен (одной над другой и рядом расположенных) и создание шахты с креплением боковых стенок винтовыми сваями, шпунтовой крепью и т. п. для погружения АЭС или части реактора по прототипу являются операциями, обладающими высокой трудоемкостью и опасностью в исполнении, ненадежны, особенно в неустойчивых породах и дорогостоящи. Создание под АЭС камеры-магазина без присутствия людей менее трудоемко, безопасно, надежно и дешевле по сравнению с прототипом.

По известному решению пройденная серия штолен во избежание их обрушения сразу же заполняется песком, водой или другим вымываемым наполнителем, а когда части реактора, подлежащие захоронению, опускаются, этот наполнитель вымывается. Это приводит к дополнительным затратам. При устройстве камеры-магазина операция заполнения выработок песком, водой или другим вымываемым наполнителем исключается, так как магазин заполнен взорванной на месте залегания породой, которая удерживает боковые стенки камеры. Никаких дополнительных объемов песка или других материалов в магазин доставлять, а затем удалять не требуется.

Таким образом, предложен надежный и безопасный способ захоронения отработавших реакторов АЭС, позволяющий исключить радиоактивное заражение окружающей среды и облучение персонала, занятого захоронением реакторов, и сэкономить крупные суммы капиталовложений и эксплуатационных затрат, так как многократно используются основные промышленные здания и сооружения АЭС, жилой фонд, соцкультбыт, инфраструктура района АЭС.

П р и м е р. Для захоронения отработавшего реактора ВВЭР-1000 АЭС, расположенной на коренных скальных породах крепостью до 10-12 (по проф. М. М. Протодьяконову), на расстоянии 200 м от здания реакторного блока проходится вертикальный ствол диаметром 30 м с установкой над устьем ствола проходческого надшахтного копра. Глубина ствола 30 м. Ствол оборудуется клетью и людским ходком. На глубинах 20 и 30 м делаются рассечки и проходятся вентиляционный и откаточный штреки соответственно под фундамент реактора. Сечение штреков типовое - 12 м². Ось обеих горизонтальных выработок совпадает с проекцией оси реактора. Габариты захораниваемого реактора ВВЭР-1000: высота 10,9 м, диаметр 4,5 м. Исходя из этих габаритов определены размеры камеры-магазина: высота 15 м, диаметр 5 м. С горизонта откаточного штрека проходят выпускные орты, из которых бурят восходящие веера взрывных скважин, после взрывания которых образуются выпускные воронки и подсечка (компенсационное пространство) камеры-магазина, исключающие проходку отрезного восстающего и образование отрезной щели.

С горизонта вентиляционного штрека по всей площади камеры-магазина бурятся вертикальные параллельные скважины большого диаметра (165-200 мм) на всю высоту камеры-магазина до нижней подсечки. Отбойку ведут снизу вверх на нижнее компенсационное пространство горизонтальными трехметровыми слоями взрыванием сферических зарядов.

Часть породы объемов 30 м³ из камеры-магазина выпускают из выпускных воронок при помощи четырех вибропитателей ПВГ-12-4,0 производительностью 300 м³ и выдают по откаточному штреку и вертикальному стволу на поверхность. Защитный подштрековый целик мощностью 3 м, отделяющий потолочину камеры-магазина от вентиляционного штрека, и целик мощностью 8 м между ним и фундаментом реактора взрывают в последнюю очередь, непосредственно перед началом опускания реактора в камеру-магазин. В результате реактор садится в отбитую замагазинированную породу. Опускание реактора происходит так, как описано ранее. По мере опускания реактора в камеру-магазин часть выпускаемой породы поднимается с откаточного штрека на вентиляционный и забрасывается обратно в камеру-магазин для заполнения пустот в реакторе и в магазине с последующей цементацией. Спуск реактора занимает 1-1,5 ч.

Над захороненным реактором создается защитная плита из зацементированных пород. Толщина плиты равна 8 м для изоляции помещений АЭС от радиационного излучения захороненного реактора. На месте захороненного реактора в здании АЭС монтируется новый реактор. (56) Заявка PCT W 083/04455, кл. G 21 F 9/34, 1983.

Заявка ФРГ N 2854330, кл. E 04 G 23/00, 1981.

Использование: изолирование отработавших объектов атомной промышленности, в частности АЭС, охрана окружающей среды. Сущность изобретения: осуществляют отбойку породы рядом с АЭС, для чего проходят вертикальный шахтный ствол, из которого проходят верхний вентиляционный и нижний откаточный штреки, между которыми создают камеру. Спуск реактора в камеру осуществляют в процесс выпуска замагазинированной отбитой породы, при этом реактор опирается на замаганизированную породу. Выпуск замаганизированной породы производят на нижний откаточный штрек через выпускные орты, которые оборудуются вибрационными питателями, обеспечивающими плавный регулируемый выпуск замаганизированной отбитой породы. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ РЕАКТОРОВ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, включающий оснащение реактора герметичной защитной от облучения оболочкой, создание под фундаментом реактора подземной камеры, спуск и размещение в ней реактора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и безопасности производства захоронения с одновременным снижением затрат, камеру создают путем взрывной отбойки, магазинирования и последующего выпуска замагазинированной отбитой породы, а спуск реактора в камеру производят в процессе выпуска замагазинированной отбитой породы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при спуске реактора в камеру часть выпущенной отбитой породы поднимают и засыпают в камеру. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что камеру с размещенным в ней реактором заполняют выпущенной отбитой породой с последующей цементацией. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что под камерой с размещенным в ней реактором путем отбойки, магазинирования и последующего выпуска замагазинированной отбитой породы создают нижележащую камеру, в которую в процессе выпуска отбитой породы опускают реактор из вышележащей камеры, при этом в вышележащую камеру одновременно опускают другой реактор. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед спуском реактора из вышележащей камеры в нижележащую камеры по контуру вышележащей камеры создают вертикальную щелевую выработку.