СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ Советский патент 1995 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к области складирования и хранения отходов.

Известны многочисленные способы захоронения жидких и твердых отходов промышленности в подземные горизонты.

Известны способы создания подземных полостей с поверхности для хранения отходов. Они могут быть созданы путем взрывов в глубоких скважинах мощных зарядов, в т.ч. и атомных. В растворимых горных породах полости могут создаваться и путем выщелачивания пород водой, закачиваемой через скважины. Жидкие отходы закачиваются через скважины в глубокие поглощающие горизонты.

Недостатки: при закачке отходов в глубокие поглощающие горизонты не решены вопросы контроля за распространением отходов по горизонтам, что порой приводит к обнаружению их на значительных расстояниях от точки сброса при выходе отходов (с подземными водами) на поверхность или в водные бассейны. В результате этот способ находит все большее возражение со стороны контролирующих природоохранных организаций.

Создание подземных хранилищ с помощью взрывов или выщелачивания представляет сложную техническую проблему и может быть применено лишь на участках где не ведется добыча других ископаемых. Недействующих рудниках (соляных) выщелачивание для создания полостей может быть использовано, но в экономическом плане не рационально, так как требует дополнительных значительных энергетических затрат и не решает проблему захоронения рассола, (или иной жидкости) применяемых для выщелачивания.

Способы захоронения отходов, применяемых в ФРГ, используют естественные горные и гидроизолирующие свойства вмещающих соляных пород, но вопрос полной изоляции здесь решается искусственными сооружениями (перемычками). Этот метод абсолютно надежным в соляных породах быть не может. Благодаря реклогическим свойствам солей и релаксации напряжений в породах подводящих выработок перемычки могут быть концентраторами напряжений в окружающих их породах.

Неравномерность распределения напряжений в окружающих породах приведет к образованию трещин в них, которые нарушат герметичность хранилищ. Сооружение прочных изолирующих перемычек является и экономически не выгодным, требующим значительных трудозатрат.

Цель изобретения создание способа складирования промышленных отходов, в том числе и токсичных, который бы обеспечил надежность и герметичность складирования отходов, их полную изоляцию от окружающей среды без дополнительных затрат в сравнительно короткие сроки.

Это достигается тем, что складирование промышленных отходов производят в соляных породах, для чего проходят камеры-хранилища с оставлением между ними породных целиков, проходят подготовительные горные выработки. Причем камеры хранилища проходят ниже уровня почвы подготовительного горизонта, а для достижения их герметичного закрытия горной породой используют горное давление, для чего после заполнения камер-хранилищ отходами, целики между подводящими к камерам подготовительными выработками разрезают дополнительными ходами, создавая податливую систему с коэффициентом нагружения целиков (отношение несущей способности целиков к действующей нагрузке) выше 0,7.

Для снижения величины деформации вышележащих пород при закрытии камер-хранилищ с помощью горного давления, выработки подготовительного горизонта после создания податливой системы целиков закладывается породой от проходки на 75-85% первоначального объема.

Считается, что для создания надежно гидроизолированных хранилищ отходов наиболее подходят соляные залежи при условии, что они должны иметь в диаметре несколько сотен метров и высота пласта над и под хранилищем должны быть не менее 100 м. Этим условиям удовлетворяет ряд соляных месторождений, в т. ч. Верхнекаменское месторождение калийно-магниевых содей. Здесь выше продуктивной отрабатываемой калийной толщи залегает покровная каменная соль мощностью до 20-40 м и необрабатываемая зона соляных карналлитовых пород мощностью до 50 м. Ниже калийных пластов залегает подстилающая каменная соль мощностью 350-400 м. Предполагается камеры хранилища проходить в подстилающей каменной соли. В объединении "Уралкалий", эксплуатирующем месторождение, есть опыт проходки камер большого сечения в подстилающей соли для закладки шламовых отходов. Ширина камер может достигать 16 м, высота 20 м без укрепления. При необходимости с применением дополнительных технических средств и эти габариты могут быть увеличены. Целики между камерами рассчитываются на длительный срок устойчивости не менее необходимого времени на подготовку блока камер-хранилищ, закладки их отходами и герметизации их горным давлением.

Способ иллюстрируется чертежами и осуществляется следующим образом.

Проходятся рабочий выемочный 1, вентиляционный 2 штреки и вентиляционный газенк 3 (см. фиг. 1). От выемочного штрека проходятся соединительные выработки к камерам 4 и из них начинается проходка камер-хранилищ 5. Если блок камер-хранилищ проходится на уже действующем руднике наиболее удобно и безопасно располагать его вблизи флангового вентиляционного ствола около действующего вентиляционного штрека.

Проходка камер-хранилищ 5 может вестись как буровзрывным, так и комбайновым способом. Камеры проходятся ниже уровня подошвы подготовительного горизонта, чтобы предотвратить при складировании жидких отходов попадание их в подготовительные выработки. После окончания подготовки блока камер-хранилищ производится захоронение в них отходов. После заполнения отдельных камер-хранилищ 5 в блоке соединительные выработки закладываются пустой породой на 75-85 об. Эти работу могут вестись обычными методами с помощью скреперной лебедки или доставочных самоходных вагонов типа 5ВС-15 используемых при добыче солей. Закладка выработок на период складирования отходов в следующие камеры обеспечивает безопасность от соприкосновения с уже заложенными отходами, а после окончания заполнения всего блока и создания податливой системы целиков, уменьшение общего оседания вышерасположенных пород.

Закладка соединительных выработок 4 может быть выполнена и одновременно с закладкой основных выработок 6 создающих податливую систему.

После окончания всех работ по складированию отходов в блоке целики между соединительными выработками разрезаются на уровне подготовительного горизонта тупиковыми выработками. Размеры оставляемых целиков принимаются из расчета, чтобы коэффициент их нагружения (отношение несущей способности целика к действующей нагрузке) был не менее 0,7. Это обеспечит быструю деформацию всей податливой системы. Расчеты и опытно-промышленные работы, проведенные в рудниках ПО "Уралкалий" показывают, что деформации подобных целиков достигают 3-4 мм/сут. Эти величины обеспечивают безопасность работающих при нарезке выработок, и в то же время позволяют надежно гидроизолировать весь блок заложенных отходами камер в течение 1,5-2 лет.

Например, при проходке камер и выработок комбайном Урал-10КС ширина подготовительных и разрезных выработок составит 4 м. При податливых целиках 1,5 м и коэффициент нагружения составит С ≈ 0,8. При закладке выработки породой на 0,75 объема общее оседание горных пород при герметизации будет 680 мм. При максимальных достигаемых скоростях деформации целиков 3-4 мм/сут с учетом нарастания и торможения процессов деформации в начальный и конечный период общая герметизация блока камер произойдет в 1,5-2 г. Благодаря реологическим, пластическим свойствам солей при этом достигается полная герметичность закрытых хранилищ. В ПО "Уралкалий" вскрыт горными выработками ряд участков шахтных полей, отработанных с податливыми целиками 10-15 лет назад. Исследования показали, что породы отработанного массива после полного оседания вышележащих горных пород имеют абсолютную изоляционную плотность, несущую способность до 80% первоначальной.

Предлагаемый способ может быть использован как для хранения твердых, так и жидких отходов. Для предотвращения выщелачивания окружающих пород жидкие отходы должны быть насыщены по элементам, слагающим растворимые окружающие породы. Для этого могут быть использованы промышленные рассолы, которых на любом солеперерабатывающем предприятии в избытке.

Могут по предлагаемому способу храниться и радиоактивные отходы. В этом случае параметры блока камер должны быть рассчитаны исходя из температурного режима хранения радиоактивных отходов. Подобное складирование в солях значительно эффективнее складирования в других породах, представляющих из себя сложнейшие технические сооружения. Эффективность эта достигается благодаря свойствами релаксации напряжений в солях и благодаря тому, что в герметизированном соляном массиве отсутствуют посторонние сооружения (перемычки и т. п.), а массив в результате этого является полностью однороднным.

Вскрытие блока камер при необходимости не представляет сложностей. Для этого может быть безопасно применен горный комбайн для добычи солей типа Урал или ПК-8. Опыт подобного вскрытия отработанных и заложенных массивов имеется.

Камеры-хранилища проходят ниже уровня почвы подготовленного горизонта. Для достижения их герметичного закрытия используют горное давление, для чего после заполнения камер целики между подводящими к камерам подготовительными выработками разрезают дополнительными ходами и создают податливую систему с коэффициентом нагружения целиков выше 0,7. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ, включающий проходку камер-хранилищ с оставлением между ними породных целиков, проходку подготовительных горных выработок, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения расходов на изоляцию, камеры-хранилища проходят ниже уровня почвы подготовительного горизонта, а для достижения их герметичного закрытия горной породой используют горное давление, для чего после заполнения камер-хранилищ отходами целики между подводящими к камерам подготовительными выработками разрезают дополнительными ходами, создавая податливую систему с коэффициентом нагружения целиков выше 0,7. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения величины деформации выщелачивающих пород, при закрытии камер-хранилищ с помощью горного давления, выработки подготовительного горизонта после создания податливой системы целиков закладываются породой от проходки на 75 85% первоначального объема.