СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
METHOD OF DISPOSAL OF TOXIC AND RADIOACTIVE WASTES IN MINES

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при захоронении токсичных и радиоактивных отходов в закладочном массиве отработаных камер рудников.
Известен способ захоронения токсичных отходов с учетом охраны окружающей среды (Drisenroth N., Kind J., Die Untertage-Deponie Herfa-Neurode-Umwelterechte Beseitigung von problematischen toxischen Abfallen, Kali und Steinsalz, 1989, c. 182-195, нем.). Этот способ включает образование камер в соляной толще, крепление камер, размещение в них токсичных отходов и возведение гидроизоляционных перемычек. Однако этот способ не применяется в условиях действующих рудников, так как не обеспечивает безопасность.
Известен способ подземного складирования солешламовых отходов (а.с. №1058836, опубл. 07.12.1983). Способ включает проходку камер с оставлением междукамерных целиков в устойчивых породах, причем целики между камерами и выработками рабочих горизонтов создают с несущей способностью в 3-4 раза выше критической.
Однако этот способ разработан для захоронения жидких малотоксичных солеотходов и потому не предусматривает их изоляцию перемычками. Кроме того, он будет приводить к большим потерям руд в целиках.
Известен способ создания подземных хранилищ токсичных отходов в соляных породах, включающий образование камер в отрабатываемых калийных пластах и во вмещающих их породах каменной соли с оставлением междукамерных целиков, изоляцией камер гидроизоляционными перемычками, захоронение отходов в камерах осуществляют при условии, что междукамерные целики деформируются только в стадии установившейся ползучести при степени нагружения целиков, исключающей возникновение и развитие в них повреждений (патент RU №2066770, опубл. 20.09.1996).
Однако этот способ достаточно сложный из-за необходимости расчета целиков по условию установившейся ползучести, требует значительных затрат для определения множества расчетных характеристик, входящих в формулы расчета и не обеспечивает необходимой безопасности хранения в условиях действующего рудника.
Известен способ захоронения радиоактивных отходов (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.
Известен способ захоронения радиоактивных отходов (патент RU №2063077, опубл. 27.06.1996), включающий бурение скважин, размещение в них контейнеров с радиоактивными отходами (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).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, принятый за прототип, является способ захоронения токсичных отходов в горных выработках, пройденных в соляной толще (патент RU №2118459, опубл. 27.08.1998), включающий образование камер, разделенных междукамерными целиками, бурение скважин большого диаметра в почве камер захоронения и в соляной толще по контуру камер, в которых размещаются заключенные в контейнеры токсичные отходы и проходят разгрузочные щели глубиной, не меньшей глубины скважин. При этом после размещения в скважинах контейнеров с отходами, их заполняют жидким изолирующим материалом, не растворимым в воде, имеющим с солью хорошую адгезию и удельный вес, превышающий удельный вес насыщенного рассола, а разгрузочные щели заполняют жидким изолирующим материалом, в который добавляют мелко раздробленную соль. Кроме того, после заполнения зазоров между контейнерами и стенками скважин и разгрузочных щелей жидким изолирующим материалом, камеры заполняют отбитой раздробленной солью, предварительно перекрывая устья скважин бетонными плитами.
Недостатком способа является сложная и трудоемкая технология сооружения хранилища, связанная с необходимостью применения дорогостоящего оборудования для бурения скважин большого диаметра и выполнения разгрузочных щелей, а также высокими затратами на изолирующие материалы для контейнеров.
Техническим результатом изобретения является создание сравнительно дешевого способа захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработанном пространстве рудников при камерно-целиковых системах разработки с закладкой и одновременной эффективной утилизацией отработавших шин большегрузной техники, промышленная переработка которых требует больших капиталовложений. Гидравлическая закладка, в том числе твердеющая, отличается хорошим заполнением всех пустот и сравнительно небольшой усадкой закладочного массива (с учетом коэффициента компрессии под нагрузкой налегающей толщи усадка (η) не превышает 12-16%). При этом обладая большой прочностью при достаточной податливости материала, шины создают надежную защитную оболочку для контейнеров, а большая площадь гофрообразной внешней поверхности саркофагов (при частично сохранившемся протекторе шин) обеспечивает им необходимый теплообмен для охлаждения отходов с повышенным выделением тепла (например, радиоактивных отходов).
Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что размещение контейнеров осуществляют в саркофагах, возводимых из отработавших колесных шин большегрузной самоходной техники путем укладывания их в штабель и последовательного скрепления между собой, после чего камеры изолируют от сопредельных выработок гидроизолирующими перемычками и заполняют гидравлической твердеющей закладкой, при этом высоту саркофагов принимают меньше расчетного уровня усадки закладки, а высоту штабеля укладки контейнеров в саркофагах принимают меньше высоты саркофагов.
На фигуре 1 изображены разрезы фрагментов камеры и саркофагов с контейнерами.
Способ осуществляется следующим образом.
Захоронение отходов обычно производят на участке рудника на стадии доработки полезного ископаемого при камерной системе разработки с закладкой выработанного пространства. Участок захоронения выбирают вблизи границ горного отвода в районе, где в дальнейшем не планируется ведение горных работ. На этом участке выбирают камеры, подготовленные под закладку. В местах сооружения саркофагов в камере выравнивают почву 1 и на подготовленных площадках укладывают в штабеля отработавшие, но сохранившие свою целостность, шины 2 от большегрузной техники (например, от карьерных самосвалов), Шины выбирают примерно одного типоразмера по габаритам контейнеров с отходами 3. При укладке нижнюю шину 2 крепят к почве камеры анкерами 4, а следующие по мере укладки последовательно скрепляют между собой, например, с помощью струбцин 5. По мере сооружения саркофагов их заполняют контейнерами с отходами 3. После укладки последней (верхней) шины в штабеле для предохранения контейнеров от механического воздействия закладки при заполнении камеры твердеющей закладкой могут быть использованы три варианта: при первом (фиг.1, а) - саркофаг после укладки контейнеров заполняют твердеющей закладкой, при втором (фиг.1, б) - саркофаг сверху накрывают бетонной плитой 6, при третьем - последнюю верхнюю шину устанавливают вместе с диском. После размещения всех контейнеров в саркофагах камеру изолируют от сопрягающихся с ней выработок перемычками и заполняют закладкой 7. При этом по высоте саркофаги должны быть ниже расчетного уровня усадки закладки с учетом оседания кровли камеры 8, а высота штабеля контейнеров в саркофагах должна быть меньше высоты саркофагов.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить безопасность при захоронении высокотоксичных и радиоактивных отходов, в частности в условиях действующего рудника, и одновременно решить проблему утилизации шин большегрузной техники, требующей больших капиталовложений.