RU2157011C1

RU2157011C1 - Method for disposal of toxic and radioactive wastes in workings

Info

Publication number: RU2157011C1
Application number: RU99117822A
Authority: RU
Inventors: А.М. Азизов; И.М. Асланов; А.Г. Курицын; А.И. Плугин
Original assignee: Плугин Александр Илларионович
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: disposal of toxic and radioactive wastes. SUBSTANCE: wastes holding container is mounted on board self-contained drilling apparatus provided with independent power equipment and computerized programming unit for controlling its operation. Disposal of wastes is conducted due to penetration into working of desired diameter through depth below water-holding horizon wherefrom water upflow is impossible due to hydrogeological conditions. As container-carrying apparatus is being deepened, it penetrates into mentioned working by its own means due to computer-specified scheme of soil digging and excavation. Water-holding horizon that apparatus has passed is also filled up and sealed by the latter which makes proposed method quite independent and extremely reliable. EFFECT: improved speed and reliability of long-time disposal of harmful materials. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии утилизации и захоронения токсичных и радиоактивных отходов химической и ядерной технологий в выработках, образованных в геологических структурах. The invention relates to a technology for the disposal and disposal of toxic and radioactive waste from chemical and nuclear technologies in workings formed in geological structures.

В настоящее время известны принципиальные направления решения этой проблемы, наиболее представительной из которых является способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов, включающий отделение радиоактивных конструкций и элементов этих конструкций, помещение их в специальные контейнеры и захоронение этих контейнеров в наземных защитных сооружениях /1/. At present, the principal directions for solving this problem are known, the most representative of which is a method for the disposal of toxic and radioactive waste, including the separation of radioactive structures and elements of these structures, their placement in special containers and the burial of these containers in ground protective structures / 1 /.

Существенными и очевидными недостатками этого способа являются высокие трудо-, машинозатраты и энергозатраты, связанные с разделкой частей конструкции для отделения от общего массива ее частей, зараженных токсичными, или радиоактивными отходами, - это приводит к запылению рабочей площадки, вызывает необходимость использования специальных и уникальных агрегатов для улавливания и утилизации продуктов, отделяющихся при разделке конструкции. Кроме того, этот способ требует помещения зараженных конструкций в специальные контейнеры, что еще более удорожает весь процесс. Significant and obvious disadvantages of this method are the high labor, machine and energy costs associated with cutting parts of the structure to separate from the general array of its parts contaminated with toxic or radioactive waste - this leads to dusting of the site, necessitates the use of special and unique units for the collection and disposal of products that separate during the cutting of the structure. In addition, this method requires the placement of infected structures in special containers, which makes the whole process even more expensive.

Наиболее близким по технической и технологической сущности является способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, включающий проходку выработки в грунте, начиная с дневной поверхности, опускание в нее указанных отходов и захоронение за счет засыпки свободной полости /2/, /то же - Отчет Департамента США по конверсии, 1993, с.27-30, p.6, 15, 18/. The closest in technical and technological essence is the method of burial of toxic and radioactive waste in the mine workings, including excavation of the mine in the ground, starting from the day surface, lowering the specified waste into it and burial by filling the free cavity / 2 /, / the same - Department Report United States Conversion, 1993, p. 27-30, p. 6, 15, 18 /.

Существенным недостатком этого способа является раздельность выполнения всех операций, которые разнесены по времени осуществления: процесс образования выработки осуществляется отдельно от процесса захоронения (опускания и засыпки) и отдельно от процесса локализации и защиты захороненного объекта. Это приводит к значительным затратам времени и средств на технологию захоронения указанных отходов, при которых не исключаются потери токсичных или радиоактивных отходов при погрузках, перегрузках, транспортировке и складировании перед захоронением. Т.е. известный способ уже не соответствует современной технической культуре обращения с такими опасными техногенными отходами. A significant drawback of this method is the separate execution of all operations that are separated by the time of implementation: the process of generating a mine is carried out separately from the burial process (lowering and filling) and separately from the localization and protection of the buried object. This leads to a significant investment of time and money on the technology for the disposal of these wastes, which does not exclude the loss of toxic or radioactive waste during loading, transshipment, transportation and storage before disposal. Those. the known method no longer corresponds to the modern technical culture of handling such hazardous industrial waste.

Технический результат данного изобретения заключается в существенном повышении надежности, безопасности при сокращении времени и средств на осуществление всех процессов по обработке, захоронению и локализации указанных отходов. The technical result of this invention is to significantly increase reliability, safety while reducing time and money for the implementation of all processes for the processing, disposal and localization of these wastes.

Этот результат в изобретении достигается за счет того, что способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, включающий проходку выработки в грунте, начиная с дневной поверхности, опускание в нее указанных отходов и захоронение, предусматривает, что контейнер с указанными отходами (или токсичными, или радиоактивными) размещают в корпусе автономного бурового аппарата. С помощью этого аппарата осуществляют проходку выработки, по мере углубления выработки изменяют скорость восходящего потока от забоя - по сечению выработки, при этом сначала задают скорость восходящего потока, равной скорости витания в этом потоке частиц разрушенного на забое выработки грунта (горной породы), затем скорость этого псевдоожиженного верхнего слоя потока снижают и оседающими частицами грунта (горной породы), закупоривают сечение проходимой выработки, уплотняя грунт в сечении выработки подпираемым нижним восходящим потоком бурового шлама, частицы которого также уплотняют и заполняют сечение проходимой выработки разрушаемыми на ее забое частицами грунта, локализуют, таким образом, контейнер с отходами на дне выработки и подвергают захоронению указанные отходы. This result in the invention is achieved due to the fact that the method of disposing of toxic and radioactive waste in the workings, including sinking the workings in the soil, starting from the day surface, lowering the specified waste into it and disposing of it, provides that the container with the specified waste (or toxic, or radioactive) are placed in the body of an autonomous drilling apparatus. With the help of this apparatus, excavation is carried out; as the excavation deepens, the upstream velocity from the bottom is changed along the bottom of the excavation, and at the same time the upstream velocity is set equal to the speed of soaring particles of rock destroyed in the bottom of the mine, then the speed this fluidized upper layer of the flow is also reduced by settling particles of soil (rock), clog the cross section of passable excavation, compacting the soil in the cross section of the mine with propped lower upward flow drill cuttings particles which are also filled and compacted generation section traversed breakable at its bottom soil particles, localize, thus the waste container at the bottom and making disposal of these wastes is subjected.

Описываемый способ поясняется раскрытием устройства для его реализации, где на фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 приведена технологическая схема использования данного устройства. The described method is illustrated by the disclosure of a device for its implementation, where in FIG. 1 shows a general view of the device; in FIG. 2 shows a flow chart of the use of this device.

Устройство представляет собой автономный буровой аппарат (конструкции А. И. Плугина), содержащий удлиненный корпус 1, в котором размещают контейнер 2, стенки 3 которого ограничивают надежно заключенные в контейнере отходы 4 (токсичные, или радиоактивные, или комбинированные, представляющие собой определенную опасность для среды обитания). Через непроницаемую перегородку 5 с контейнером соединена рабочая 6 часть корпуса, в полости которой 7 размещен генератор рабочего агента, в частности генератор 8, работающий на твердом топливе (для повышения надежности: нет протечек, невзрывоопасен, надежен в работе и высокопроизводителен в использовании). The device is an autonomous drilling apparatus (designed by A. I. Pugin), containing an elongated body 1, in which a container 2 is placed, the walls 3 of which limit the waste 4 securely enclosed in the container (toxic, or radioactive, or combined, which pose a certain danger to habitat). Through the impermeable partition 5, the working part of the housing 6 is connected to the container, in the cavity of which 7 there is a working agent generator, in particular a solid fuel generator 8 (to increase reliability: there are no leaks, it is non-explosive, reliable in operation and highly efficient to use).

Полость генератора соединена посредством управляемого клапана 9 с полостью рабочего органа 10, представляющего собой фасонную конусообразную головку 11, в стенках которой выполнены рабочие породоразрушающие сопла 12 и 13, направленные по нормали и под углом, близким к нормали, к забою; сопла 14, ориентированные под углами к боковым стенкам забоя; а также сопла 15, ориентированные в направлении, противоположном забою и под углом (вверх) к оси корпуса. The cavity of the generator is connected by means of a controlled valve 9 to the cavity of the working body 10, which is a shaped cone-shaped head 11, in the walls of which there are working rock cutting nozzles 12 and 13 directed along the normal and at an angle close to the normal to the bottom; nozzles 14 oriented at angles to the side walls of the face; and also nozzles 15, oriented in the direction opposite to the bottom and at an angle (up) to the axis of the housing.

Такая конструкция рабочего органа устройства позволяет легко проходить скважину (выработку) 16 (фиг. 2) в грунтах (горных породах), в том числе и криволинейные участки 17 (при необходимости). This design of the working body of the device allows you to easily go through the well (development) 16 (Fig. 2) in soils (rocks), including curved sections 17 (if necessary).

Отклонение траектории (фиг. 2) от вертикальной (или наклонной-прямолинейной) достигается установкой дополнительного сопла 18 (фиг. 1) на корпусе в его стенке; работа этого сопла создает момент отклонения "М" рабочего органа к стенке скважины, что и вынуждает рабочий орган производить криволинейную выработку 17. The deviation of the trajectory (Fig. 2) from the vertical (or inclined-straight) is achieved by installing an additional nozzle 18 (Fig. 1) on the housing in its wall; the operation of this nozzle creates a moment of deviation "M" of the working body to the wall of the well, which forces the working body to produce curvilinear production 17.

Управление работой устройства, его описанных конструктивных узлов, достигается размещением в торцевой части корпуса управляющего программированного устройства 19, которое может быть запрограммировано на автономную работу, или может управляться через трос-кабель 20, которым одновременно можно монтировать устройство на устье выработки (скважины) и удерживать во время проходки выработки 16, при которой сечение ее ствола 21 заполняют разрушаемым на забое грунтом. Для полной локализации выработки обустраивают ее устье 22 и перекрывают водонепроницаемой пробкой 23. The operation of the device, its structural components described, is achieved by placing in the end part of the housing a programmable control device 19, which can be programmed to work autonomously, or can be controlled via a cable 20, which can simultaneously be mounted on the wellhead (wells) and held during sinking excavation 16, in which the cross section of its trunk 21 is filled with destructible at the bottom of the soil. For complete localization of the excavation, equip its mouth 22 and block it with a waterproof stopper 23.

Мобильность корпуса устройства при перемещении его в выработке достигается за счет закрепления на корпусе, продольно его оси, газошламонаправляющих стабилизаторов 24 (фиг. 1), с помощью которых при обтекании корпуса и данных стабилизаторов газошламовой смесью, отходящей от забоя, ориентируют рабочий орган 10 и корпус 1 для проходки или вертикальной выработки 25, или с переводом вертикальной выработки 16 в криволинейную 17 и в горизонтальную 26 для более целенаправленной доставки контейнера 2 в определенный горизонт, например в массив кембрийской глины, или в неводоносный горизонт, производя захоронение отходов. The mobility of the device’s body when moving it in the mine is achieved by fixing gas-slurry stabilizers 24 (Fig. 1) on the body, longitudinally to its axis, with which the working body 10 and the body are oriented when flowing around the body and these stabilizers with a gas-slurry mixture leaving the bottom; 1 for sinking or vertical working 25, or with the translation of vertical working 16 into curved 17 and horizontal 26 for more targeted delivery of container 2 to a certain horizon, for example, to the Cambrian massif th clay or nevodonosny horizon, making waste disposal.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках осуществляют следующим образом. Контейнер 2 с заключенными в его полости отходами размещают в корпусе устройства (как это показано на фиг. 1). Устройство - автономный буровой аппарат 1 с его рабочим органом 10 размещают на устье 22 выработки и включают генератор 8 рабочего агента (в данном случае - газа), который под давлением 50-200 (или более - если этого требует прочность проходимого грунта, - обычно достаточно 30-50 кгс/см²) кгс/см² истекает из рабочих сопел и разрушает грунт на забое, образуя выработку 16. По мере углубления выработки скорость восходящего бурового шлама (фиг. 2) снижают для зависания частиц в сечении ствола 21 и забивания сечения выработки этими частицами разрушенного на забое грунта (породы), для этого достаточно задать с помощью программированного устройства 19 скорость восходящего потока газошламовой смеси ниже скорости витания частиц грунта в этом потоке (такая скорость находится в пределах 25-60 м/с). Такая грунтовая пробка уплотняется восходящим снизу потоком шлама и создает абсолютно надежную локализацию захоронения отходов, при этом на дневной поверхности, на устье 22, выполняют водонепроницаемую пробку, например, из сульфатостойкого расширяющегося (при твердении) портландцемента.The method of burial of toxic and radioactive waste in the workings is as follows. The container 2 with the waste enclosed in its cavity is placed in the device case (as shown in Fig. 1). A device - an autonomous drilling apparatus 1 with its working body 10 is placed on the mouth 22 of the mine and includes a generator 8 of a working agent (in this case, gas), which is under pressure 50-200 (or more - if it is required by the strength of the soil to be passed, is usually enough 30-50 kgf / cm ² ) kgf / cm ² flows out of the working nozzles and destroys the soil at the bottom, forming a hole 16. As the hole deepens, the speed of the ascending drill cuttings (Fig. 2) is reduced for particles to hang in the bore section 21 and clog the section production of these particles destroyed by soil (rock), for this it is enough to set the speed of the upstream gas-slurry mixture using the programmed device 19 below the velocity of the soil particles in this stream (this speed is in the range of 25-60 m / s). Such a soil plug is compacted by an upward flow of sludge and creates an absolutely reliable localization of waste disposal, while on the surface, at the mouth 22, a waterproof plug is made, for example, from sulfate-resistant expanding (when hardening) Portland cement.

Если задано захоронение контейнера в определенном горизонте геоструктур, то выработку 16 переводят, как указано выше, в криволинейную 17 за счет работы стабилизаторов 24 и сопла 18 и переводят выработку в горизонтальную 26, в которой более надежно локализуют контейнер 2 и производят захоронение отходов. If the burial of the container is specified in a certain horizon of the geostructures, then the mine 16 is converted, as indicated above, into a curved 17 due to the operation of the stabilizers 24 and the nozzle 18 and the mine is converted to a horizontal 26, in which the container 2 is more reliably located and the waste is buried.

Для более устойчивого горизонтального продвижения корпуса его сечение выполняют прямоугольным, как показано на фиг. 2 - внизу, т.к. такое выполнение корпуса исключает его вращение вокруг его же продольной оси при проходке горизонтального участка 26 выработки. For more stable horizontal movement of the housing, its cross section is rectangular, as shown in FIG. 2 - below, because this embodiment of the housing eliminates its rotation around its own longitudinal axis during the sinking of the horizontal section 26 of the development.

Таким образом, предлагаемый способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов в выработках, при его технологической простоте, обладает высокой надежностью, оперативностью и отвечает современной культуре обращения с такими опасными техногенными отходами. Thus, the proposed method for the disposal of toxic and radioactive waste in the workings, with its technological simplicity, has high reliability, efficiency and meets the modern culture of handling such hazardous industrial wastes.

При необходимости заявитель может представить более полные данные по технической и технологической сущности, и эффективности данного способа (исключая возможность предоставления специальных сведений и технологических тонкостей типа ноу-хау). If necessary, the applicant can provide more complete data on the technical and technological nature, and the effectiveness of this method (excluding the possibility of providing special information and technological subtleties such as know-how).

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов
Заявляемый способ исследован на соответствие критериям изобретения: новизна, промышленная применимость, уровень решенной технической задачи. При этом были приняты во внимание источники информации в данной и родственных областях технологий. Так в источниках /2, 3,..., 10/ выявлены отдельные порознь используемые признаки, дающие каждый свой положительный технический результат. Однако исследованиями не выявлена заявляемая совокупность существенных признаков, позволяющая получить более высокий технический результат, это дает основание заявителю для вывода о соответствии предложения критерию изобретения и взятия Патента РФ на данный способ.The method of disposal of toxic and radioactive waste
The inventive method is investigated for compliance with the criteria of the invention: novelty, industrial applicability, the level of the solved technical problem. At the same time, sources of information in this and related areas of technology were taken into account. So in the sources / 2, 3, ..., 10 / identified separately used signs that give each its own positive technical result. However, studies have not revealed the claimed combination of essential features, which allows to obtain a higher technical result, this gives the applicant reason to conclude that the proposal meets the criteria of the invention and the patent of the Russian Federation for this method.

Источники информвции
1. Атомная техника за рубежом, журн. N 7, 1984, с. 26.Sources of Information
1. Nuclear technology abroad, journal. N 7, 1984, p. 26.

2. Шведов В.П. и др. Ядерная технология, М., Атомиздат, 1979, с. 250-251 (прототип). 2. Shvedov V.P. and other Nuclear technology, M., Atomizdat, 1979, p. 250-251 (prototype).

3. Коломиец Б.И., Радиоактивные отходы атомных ледоколов - источник образования, Мурманск, 2993. 3. Kolomiets BI, Radioactive waste from atomic icebreakers - source of formation, Murmansk, 2993.

4. Минаев В.И., Бестраншейная прокладка трубопроводов, М., Недра, 1978, с. 220-222. 4. Minaev V.I., Trenchless laying of pipelines, M., Nedra, 1978, p. 220-222.

5. RU 94018125 A1, G 21 F 9/00, 1995. 5. RU 94018125 A1, G 21 F 9/00, 1995.

6. US 4724853, B 08 B 3/12, 1985. 6. US 4724853, B 08 B 3/12, 1985.

7. DE 2908141 A1, G 21 F 9/00, 1980. 7. DE 2908141 A1, G 21 F 9/00, 1980.

8. WO 93/20401 A1, - " -, 1993. 8. WO 93/20401 A1, - "-, 1993.

9. RU 2102804 C1 G 21 F 9/28, 1993. 9. RU 2102804 C1 G 21 F 9/28, 1993.

10. RU 2090943 C1, G 21 F 9/34, 1993. 10. RU 2090943 C1, G 21 F 9/34, 1993.

Claims

A method of disposing of toxic and radioactive waste in workings, including excavating a mine in the ground, starting from the day surface, lowering the specified waste into it and disposing of it, characterized in that the waste container is placed in the body of an autonomous drilling apparatus, using this apparatus, excavation is carried out, as the deepening of the mine changes the speed of the upward flow from the bottom along the cross section of the development, first set the speed of the upward flow equal to the speed of movement in the flow of particles destroyed by the bottom e of the excavation of the soil, then the speed of this fluidized upper layer of the flow is reduced and the cross-section of the passable working hole is clogged by sedimenting particles, compacting the soil in the cross-section of the workout with a supported upward flow of drill cuttings, the particles of which also compact and fill the cross-section of the passable working with soil particles destroyed on its bottom, localize way the waste container is at the bottom of the mine and it is buried.