способ захоронения радиоактивных отходов

Формула изобретения

Способ захоронения радиоактивных отходов, включающий бурение скважины, размещение в ней контейнеров с радиоактивными отходами с оставлением над ними барьерного целика, заполнение свободного объема скважины тампонажным материалом, герметизацию устья скважины, отличающийся тем, что контейнеры с радиоактивными отходами и барьерный целик размещают в зоне пластических деформаций окружающих пород, а в качестве тампонажного материала используют расширяющуюся при затвердевании смесь.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области захоронения радиоактивных отходов атомных электростанций и других отраслей атомной промышленности.

Наиболее близким к заявленному способу по совокупности признаков является способ захоронения РАО, включающий бурение скважины, спуск в нее контейнеров с радиоактивными отходами, проведение тампонажных работ путем заполнения оставшегося пространства в скважине на интервале расположения контейнеров цементным раствором, а выше этого интервала, на участке барьерного целика, путем выполнения изолирующего слоя из глины, герметизацию устья скважины (Характеристики инженерных барьеров в глубоких геологических формациях, совещание консультантов 13-17 ноября 1989, с. 19-22, МАГАТЭ. Отдел ядерного топливного цикла и обращения с отходами. Вена, апрель 1990).

Недостатком способа является наличие в породах вдоль ствола скважины на интервале захоронения и барьерного целика разуплотненной зоны, которая всегда образуется при бурении скважин вследствие смещения внутрь ее стенок под действием горного давления, а также наличие обсадной трубы на интервале захоронения. Разуплотненная зона вдоль скважины может являться каналом, по которому к контейнеру будет проникать жидкость. Наличие обсадной колонны на первоначальном этапе будет препятствовать плотному обжатию контейнеров со стороны породного массива, а после ее разрушения с течением времени под действием коррозии также может привести к возникновению водопроводящего канала.

Эти недостатки снижают надежность захоронения РАО.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи по созданию способа захоронения РАО с высокой степенью надежности, исключающего загрязнение окружающей среды.

Поставленная задача решена путем создания способа захоронения РАО, включающего бурение скважин, размещение в них контейнеров с РАО с оставлением над ними барьерного целика, заполнение свободного объема скважины тампонажными материалами, герметизацию устья скважины, в котором, согласно изобретению, контейнеры с РАО и барьерный целик размещают в скважине в зоне пластических деформаций окружающих пород, а тампонирование пространства между контейнерами и стенкой скважины, а также на интервале скважины в барьерном целике производят расширяющейся при затвердевании смесью (РЗС).

Как известно, зона пластических деформаций вокруг выработок, пройденных, например, в глинистых или соляных отложениях, возникает под действием горного давления ниже определенной глубины. В этом участке массива естественная пустота или выработка без крепления будет со временем затекать.

В качестве конкретной породной толщи, наиболее отвечающей указанным выше условиям, можно назвать т.н. майкопские глинистые отложения, однородная толща которых мощностью до 0,3-1,0 км широко распространена в Ставропольском крае, Ростовской области и Калмыцкой республике. Как показали опытные работы, в толще майкопских глин ниже глубины 50,0-80,0 м находится область, отвечающая состоянию пластического течения. Для этой же цели могут быть использованы соляные массивы, где выработки начинают заплывать, начиная с глубины 300-800 м. Могут быть использованы также и другие породы, склонные к вязкому течению под давлением.

При размещении контейнеров с РАО в скважине в зоне пластических деформаций окружающих пород, последние стремятся заполнить свободное пространство скважины, а расширяющаяся при твердении смесь, которой тампонируют пространство между контейнером с РАО и стенками скважин и выше контейнеров на интервале скважины, находящейся в барьерном целике, оказывает при затвердевании встречное давление на окружающие породы, в результате чего в приконтурной области происходит уплотнение и упрочнение окружающих пород. В зоне размещения контейнеров и над ними на интервале расположения скважины в барьерном целике образуется слой породы повышенной плотности, что практически исключает проникновение подземных вод в зону размещения контейнеров с РАО и тем самым исключается возможность загрязнения окружающей среды.

В качестве расширяющейся при затвердевании смеси (РЗС) могут быть использованы, например, невзрывные разрушающие средства типа НРС-1, разработанного ВНИстромом им. П.П.Будникова, или НРВ невзрывного разрушающего вещества, разработанного НИИЖБом Госстроя СССР и др. с добавками бентонита и веществ, регулирующих их физико-механические и технологические свойства.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез скважины после размещения в ней контейнеров с РАО, проведения тампонажных работ и герметизации устья; на фиг. 2 показано сечение скважины по а-а в верхней ее части; на фиг. 3 показано сечение скважины по b-b на интервале барьерного целика в зоне пластических деформаций; на фиг. 4 показано сечение скважины по с-с на интервале расположения контейнеров с РАО в зоне пластических деформаций.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Для захоронения отходов выбирается массив однородных пород, обладающий вязко-пластическими свойствами. В массиве бурится скважина 1, при этом интервал скважины 2, где будут впоследствии размещаться контейнеры с радиоактивными отходами (РАО), а также интервал скважины в барьерном целике 3, пройденный в зоне пластических деформацией окружающих пород, не закрепляется постоянной крепью. Поддержание породных стенок на этих интервалах в период до размещения контейнера производится с помощью бурового раствора. Обсадная труба 4 возводится при необходимости лишь в верхней части скважины.

Размещение контейнеров с РАО в скважине может производиться, например, с предварительной закачкой в скважину на заданном интервале РЗС 5 перед спуском контейнеров, либо с последующей после размещения контейнеров с РАО. РЗС имеет объемный вес больше, чем объемный вес бурового раствора. В обоих случаях буровой раствор вытесняется в верхнюю часть скважины 1.

В первом случае в нижнюю часть скважины заливается расчетное количество медленно твердеющей РЗС, при этом буровой раствор вытесняется в верхнюю часть скважины. Далее в этот же интервал опускаются контейнеры 6 с РАО. Причем спускное устройство (на чертеже не показано) в целях предотвращения попадания вдоль них воды к контейнерам 6 с РАО полностью извлекается на поверхность.

Выше последнего контейнера на участке барьерного целика 3 интервал скважины также заполняется РЗС 5. Выше барьерного целика 3 в обсадной трубе 4 возводится бетонная пробка 7.

Во втором случае контейнеры 6 с РАО опускаются в скважину 1, заполненную буровым раствором, при этом между контейнерами 6 и стенкой скважины 1 размещается дополнительная труба (на чертежах не показана), по которой в нижнюю часть скважины закачивается РЗС 5. После закачки РЗС труба убирается.

Расширяющаяся при затвердевании смесь (РЗС) в процессе затвердевания и расширения создает на стенке скважины высокое давление, что приводит к уплотнению слоев массива, непосредственно примыкающих к стенке скважины, образует вокруг скважины оболочку 8 повышенной плотности, препятствующую проникновению воды к контейнерам 6 с РАО.

Таким образом, благодаря предлагаемому способу размещения контейнеров с РАО в необсаженных скважинах в зоне пластических деформаций пород и применению в качестве тампонажного материала расширяющихся при затвердевании смесей (РЗС) в массиве вокруг контейнеров с РАО образуется зона повышенного уплотнения, создающая условия для полного исключения миграции РАО из зоны захоронения (могильника).