RU2532951C1

RU2532951C1 - Method of disposal of toxic and radioactive wastes in mines

Info

Publication number: RU2532951C1
Application number: RU2013135600/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Смирнов; Сергей Петрович Мозер; Эдуард Николаевич Работа; Евгений Владимирович Гончаров; Антон Дмитриевич Куранов
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-11-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: method comprises the arrangement of chambers divided by interchamber pillars, building of kistns from the used tyres of heavy machinery, placement in kistns of containers with wastes and filling of chambers with a hydraulic backfilling from hardening mixes.

EFFECT: use of disposed tyres of heavy machinery for improvement of reliability of disposal of hazardous industrial wastes.

1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при захоронении токсичных и радиоактивных отходов в закладочном массиве отработаных камер рудников.The invention relates to the mining industry and can be used for the disposal of toxic and radioactive waste in the filling array of spent chambers of mines.

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.A known method for the disposal of toxic waste, taking into account environmental protection (Drisenroth N., Kind J., Die Untertage-Deponie Herfa-Neurode-Umwelterechte Beseitigung von problematischen toxischen Abfallen, Kali und Steinsalz, 1989, c. 182-195, German.). This method includes the formation of chambers in the salt column, securing the chambers, placing toxic waste in them, and erecting waterproofing lintels. However, this method is not applied in the conditions of existing mines, as it does not provide security.

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.A known method of underground storage of saline waste (AS No. 1058836, publ. 07.12.1983). The method includes driving cameras with leaving inter-chamber pillars in stable rocks, the pillars between the chambers and the workings of the working horizons being created with a bearing capacity of 3-4 times higher than critical.

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.However, this method is designed for the disposal of liquid low-toxic salt waste and therefore does not provide for their isolation by jumpers. In addition, it will lead to large losses of ore in pillars.

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).There is a method of creating underground storage of toxic waste in salt formations, including the formation of chambers in the worked out potash strata and rock salt containing them with leaving inter-chamber pillars, isolating the chambers with waterproofing bridges, and the waste is buried in chambers provided that inter-chamber pillars are deformed only at the stage steady-state creep with a loading degree of pillars, excluding the occurrence and development of damage in them (patent RU No. 2066770, publ. 09/20/1996).

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.However, this method is quite complicated due to the need to calculate pillars under the condition of steady creep, it requires significant costs to determine the set of design characteristics included in the calculation formulas and does not provide the necessary storage safety in an existing mine.

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).A known method for the disposal of radioactive waste (RW), including drilling a well, lowering containers of radioactive waste into it, carrying out grouting work by filling the remaining space in the well in the interval between the containers with cement mortar, and above this interval, in the area of the barrier pillar, by performing an insulating clay layer, sealing the wellhead (Characteristics of engineering barriers in deep geological formations, meeting of consultants November 13-17, 1989, pp. 19-22, IAEA. Poison Department fuel cycle and waste management (Vienna, April 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.The disadvantage of this method is the presence in the rocks along the wellbore at the burial interval and the barrier pillar of the loosened zone, which is always formed when drilling wells due to displacement inside its walls under the influence of rock pressure, as well as the presence of casing at the burial interval. The deconsolidated zone along the well may be a channel through which fluid will penetrate to the container. The presence of a casing string at the initial stage will prevent dense squeezing of containers from the rock mass, and after its destruction over time under the influence of corrosion can also lead to the appearance of a water channel. These shortcomings reduce the reliability of radioactive waste disposal.

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).A known method of the disposal of radioactive waste (patent RU No. 2063077, publ. 06/27/1996), including drilling wells, placing containers with radioactive waste (RW) in them leaving a barrier pillar above them, filling the free volume of the well with grouting materials, sealing the wellhead, in which, according to the invention, the containers with radioactive waste and the rear pillar are placed in the well in the zone of plastic deformation of the surrounding rocks, and the plugging of the space between the containers and the wall of the well, as well as in the interval of the wells s in the barrier pillar produce an expanding mixture during hardening (RHS).

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.The closest to the invention in terms of technical nature and the achieved result, adopted as a prototype, is a method for the disposal of toxic waste in mining excavated in a salt column (patent RU No. 2111459, published on 08.27.1998), including the formation of chambers separated by inter-chamber pillars, drilling large-diameter wells in the soil of burial chambers and in the salt column along the contour of chambers that contain toxic waste contained in containers and pass discharge slots with a depth not less than the depth of the wells. Moreover, after containers with waste are placed in wells, they are filled with a liquid insulating material insoluble in water, having good adhesion with a salt and a specific gravity in excess of the specific gravity of a saturated brine, and discharge slots are filled with a liquid insulating material into which finely divided salt is added . In addition, after filling the gaps between the containers and the walls of the wells and discharge slots with liquid insulating material, the chambers are filled with broken-off crushed salt, previously blocking the wellheads with concrete slabs.

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.The disadvantage of this method is the complex and time-consuming technology of constructing a storage facility, associated with the need to use expensive equipment for drilling large diameter wells and performing discharge slots, as well as the high cost of insulating materials for containers.

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).The technical result of the invention is the creation of a relatively cheap method for the burial of toxic and radioactive waste in the worked out space of mines with whole chamber development systems with the laying and simultaneous effective disposal of spent tires of heavy vehicles, the industrial processing of which requires a large investment. The hydraulic filling, including hardening, is characterized by good filling of all voids and a relatively small shrinkage of the filling array (taking into account the compression coefficient under the load of the overlying shrinkage thickness (η) does not exceed 12-16%). At the same time, having great strength with sufficient material compliance, the tires create a reliable protective shell for containers, and the large corrugated outer surface of the sarcophagi (with the tire tread partially preserved) provides them with the necessary heat transfer for cooling waste with increased heat generation (for example, radioactive waste).

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.The technical result in the proposed method is achieved by the fact that the containers are placed in sarcophagi erected from the spent tire of a heavy-duty self-propelled vehicle by stacking them and stacking them together, after which the chambers are isolated from adjacent workings by waterproofing jumpers and filled with a hydraulic hardening tab, when the height of the sarcophagi is less than the estimated level of shrinkage of the bookmark, and the height of the stacking piles of containers in the sarcophagi is accepted ie less than the height of the sarcophagi.

На фигуре 1 изображены разрезы фрагментов камеры и саркофагов с контейнерами.The figure 1 shows sections of fragments of the chamber and sarcophagi with containers.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

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.Waste burial is usually carried out at the mine site at the stage of mineral processing with a chamber development system with the laying of the worked out space. The burial site is chosen near the boundaries of the mining allotment in the area where mining is not planned in the future. On this site select cameras prepared for the bookmark. At the construction sites of the sarcophagi in the chamber, soil 1 is leveled and tires 2 from heavy vehicles (for example, from dump trucks) are stacked in piles that have been spent but still intact on prepared sites. Tires choose about one size in terms of the dimensions of containers with waste 3. When laying the lower tire 2 is attached to the soil of the chamber with anchors 4, and the next, as they are laid, are sequentially fastened together, for example, using clamps 5. As the sarcophagi are constructed, they are filled with waste containers 3. After laying ki of the last (top) tire in the stack to protect containers from mechanical effects of the bookmark when filling the chamber with a hardening bookmark, three options can be used: in the first (Fig. 1, a) - the sarcophagus after laying the containers is filled with a hardening bookmark, in the second (figure 1 , b) - the sarcophagus is covered from above with a concrete slab 6, with the third - the last upper tire is installed together with the disk. After placing all containers in the sarcophagi, the chamber is isolated from the workings mating with it with jumpers and filled with bookmark 7. At the same time, the height of the sarcophagi should be lower than the calculated level of shrinkage of the bookmark, taking into account the subsidence of the roof of chamber 8, and the height of the stack of containers in the sarcophagi should be less than the height of the sarcophagi.

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.Thus, the application of the proposed method can improve safety during the disposal of highly toxic and radioactive waste, in particular in an existing mine, and at the same time solve the problem of disposal of tires of heavy vehicles, requiring large investments.

Claims

A method for the disposal of toxic and radioactive waste in mine workings, including the formation of chambers separated by interchamber pillars, in which the waste contained in containers is placed, characterized in that the containers are placed in sarcophagi erected from spent wheel tires of heavy vehicles by stacking them in a stack and sequential bonding to each other, after which the chambers are isolated from adjacent workings by waterproofing jumpers and filled with hydraulic hardening second tab, the height of the sarcophagi accept less than the calculated level bookmarks shrinkage, and the height of the stack of containers stacking in sarcophagi accept less than the height of the sarcophagi.