Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ И РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к технологиям обращения с токсичными и радиоактивными технологиями и может быть использовано при разработке месторождений с закладкой выработанного пространства.

Известно подземное хранилище радиоактивных отходов (патент РФ №2118857, опубл. 10.09.1998 г.). Подземное хранилище радиоактивных отходов включает горные выработки, расположенные в вечномерзлых породах. В рабочем объеме горных выработок размещены твердые радиоактивные отходы. В нижней части каждой горной выработки образован накопитель для жидкости. Накопитель отделен от рабочего объема горной выработки слоем непроницаемого для флюидов материала с низким коэффициентом теплопроводности.

Недостатком данного способа является узкая область применения, связанная с возможностью использования только в районах вечной мерзлоты.

Известен способ захоронения токсичных отходов в горных выработках (патент РФ №2118459, опубл. 27.08.1998 г.). Способ захоронения токсичных отходов в горных выработках включает образование камер, разделенных междукамерными целиками, бурение скважин большого диаметра, размещение в скважинах контейнеров с токсичными отходами. Новым является то, что скважины для размещения контейнеров с отходами бурят в почве камер захоронения. При этом в соляной толще по контуру камер проходят разгрузочные щели глубиной, не меньшей глубины скважин. После размещения в скважинах контейнеров с отходами зазоры между ними заполняют жидким изолирующим материалом, нерастворимым в воде.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость бурения скважин и образования отрезных щелей.

Известен способ захоронения супертоксичных промышленных отходов (патент РФ №2317160, опубл. 20.02.2008). Способ захоронения супертоксичных промышленных отходов включает последовательную укладку водонепроницаемого экрана, уплотнение его, укладку и уплотнение отходов, покрытие отходов вторым водонепроницаемым экраном, уплотнение и засыпку его слоем почвенно-растительного грунта с последующей посадкой растений. В качестве водонепроницаемого экрана используют изолирующий материал ИМ-1, содержащий нефтяной шлам, известняк в мелкокусковой форме, отходы бурения, глинистые породы, биопрепараты, пропитанные жидким битумом или гудроном. Перед укладкой из супертоксичных отходов формуют во влажной среде при 40-60°С в течение 1-3 суток зацементированные блоки, включающие: супертоксичные отходы, портландцемент, речной песок, изолирующий материал ИМ-1 при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: супертоксичные отходы - 1 мас. ч., портландцемент - 0,1-0,3 мас. ч., речной песок - 0,1-0,3 мас. ч., изолирующий материал ИМ-1 - 0,05-0,1 мас. ч., которые покрывают жидким битумом или гудроном в течение 3-5 мин, затем охлаждают и направляют на укладку.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость и высокий расход материалов.

Известен способ захоронения твердых радиоактивных отходов в приповерхностные могильники (патент РФ №2366011, опубл. 27.08.2009). При захоронении отходов производят обваловывание могильника снизу и с боков слоем от 0,5 до 1,5 м уплотненной смеси глины с бокситовым шламом. После заполнения могильника отходами производят обваловывание сверху так, чтобы вертикальная планировка этого гидроизолирующего слоя обеспечивала сток атмосферных осадков. Бокситовый шлам получают при обжиге бокситовой руды совместно с известью и содой и последующей промывке водой от растворимых натриевых соединений.

Недостатком данного способа являются наличие специфичных ингредиентов и высокая трудоемкость процессов по использованию способа.

Известно железобетонное хранилище радиоактивных отходов (патент РФ №2242813, опубл. 20.12.2004 г.). Сущность изобретения: железобетонное хранилище радиоактивных отходов включает окруженную дренажной канавой, выполненную в грунтовом массиве, сужающуюся сверху вниз емкость с плоским днищем. На днище расположен железобетонный, разделенный на отсеки резервуар со стенками, днищем и крышкой, образованными плитами перекрытия. Причем внутренняя поверхность стенок и днища железобетонного, разделенного на отсеки резервуара покрыта водонепроницаемой облицовкой (изолирующим материалом). Железобетонный, разделенный на отсеки резервуар расположен ниже поверхности грунтового массива. Над железобетонным, разделенным на отсеки резервуаром расположен слой песка, над нижней поверхностью которого установлены горизонтальные парожидкостные термосифоны. По верхней и боковым поверхностям слоя песка расположен теплоизолятор, а по периметру слоя песка - дренажная канава. Пространство между стенками сужающейся сверху вниз емкости и стенками железобетонного, разделенного на отсеки резервуара, а также между крышкой железобетонного, разделенного на отсеки резервуара и поверхностью сужающейся сверху вниз емкости заполнено дисперсным грунтом.

Недостатком данного способа являются сложность конструкции и высокая трудоемкость создания.

Известен способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов, (патент РФ №2532951, опубл. 20.11.2014 г.), принятый за прототип. Способ включает образование камер, разделенных междукамерными целиками, размещение контейнеров в саркофагах, возводимых из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники путем укладывания их в штабель и скрепления между собой, изоляцию сопредельных выработок гидроизолирующими перемычками и заполнение гидравлической твердеющей закладкой, принятие высоты саркофагов меньше расчетного уровня усадки закладки, а высоту штабеля укладки контейнеров в саркофагах принимают меньше высоты саркофагов.

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость создания саркофагов и возможность интенсивной коррозии контейнеров.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости создания саркофагов и снижение вероятности коррозии контейнеров.

Технический результат достигается тем, что по мере возведения саркофагов из шин внутренний зазор между ними и контейнерами для скрепления заполняют монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана, причем высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов поясняется фигурой 1, на которой изображена схема размещения контейнеров в закладочном массиве, поперечный разрез закладываемого пространства, где:

1 - горные выработки в виде камеры, получаемые в результате отработки;

2 - междукамерные целики;

3 - саркофаги, возводимые из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники путем укладывания их в штабель и скрепления между собой;

4 - гидравлическая твердеющая закладка;

5 - контейнер с отходами;

6 - внутренний зазор между шинами и контейнерами, заполненный монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана.

При заливке монтажной пены на основе жидкого предполимера с пропеллентом после выхода жидкого предполимера из баллона под воздействием влажности воздуха и влаги поверхности (что характерно для шахт и рудников, практически всегда имеющих значительную влажность) происходит реакция полимеризации (застывания). В конечном счете образуется жесткий пенополиуретан с повышенной механической прочностью (по отношению, например, к стабильным пенам), который обладает свойствами расширения с заполнением всех мест. Монтажные пены в настоящее время широко используются в строительстве и после затвердевания обладают механической прочностью и другими свойствами. Например, монтажная пена IZOFLEX обладает следующими свойствами: время затвердевания 12 часов, прочность на разрыв - 0,1 МПа, сцепляемость - 0,1 МПа, термоустойчивость -50-+130°, класс огнеопасности - самогасящаяся. Температура использования - от +5 до +30°C. Плотность полученной пены около 18 кг/м³. 0,75 л свободно распространяющейся пены IZOFLEX образует около 45 л пены. Таким образом, исходя из приведенных основных свойств монтажной пены видна возможность ее эффективного применения в подземном пространстве, так как в шахтах практически всегда имеется повышенная влажность, способствующая быстрому твердению вытесненного пропеллентом жидкого предполимера. Высокая термоустойчивость и свойства самогашения повысят безопасность ведения работ. За счет получения пены непосредственно в выработанном пространстве значительно упрощаются операции способа и сокращаются трудозатраты на возведение саркофагов из шин. Помимо простоты применения монтажная пена обладает свойствами расширения, наиболее эффективно проявляющимися в свободном и влажном выработанном пространстве шахт. Поэтому высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу, так как монтажные пены на основе жидкого предполимера обладают относительно одинаковой способностью увеличивать объем, в среднем в два раза. Свойства увеличения объема залитой монтажной пены будут способствовать эффективному закреплению контейнеров 5 внутри саркофагов из отработанных шин 3, что снижает вероятность коррозии контейнеров 5 за счет исключения образования воздушных зазоров между шинами саркофага и закладочным массивом. Для заполнения внутреннего пространства между шинами и контейнерами 5 могут быть использованы профессиональные и непрофессиональные монтажные пены фирм Chemlux, Domos, Formula, Krass, Panafix, Бартонс, Макрофлекс и т.д. При работах с монтажной пеной рабочие должны пользоваться средствами индивидуальной защиты, по меньшей мере резиновыми перчатками для исключения контакта пены с руками.

Способ захоронения токсичных и радиоактивных отходов осуществляют следующим образом. Образуют путем ведения горных работ горные выработки в виде камер 1, разделенные междукамерными целиками 2. Затем размещают в камерах 1 контейнеры 5 в саркофагах 3, возводимых из отработанных колесных шин большегрузной самоходной техники. Саркофаги 3 образуют путем укладывания в штабель и скрепления между собой шин путем заполнения внутреннего зазора 6 между ними и контейнерами монтажной пеной на основе жидкого предполимера с пропеллентом с последующим образованием жесткого пенополиуретана. Ширину контейнера принимают не более 0,9D, где D - внутренний диаметр шины, м. Данная величина зазора позволит избежать трудностей, связанных с установкой контейнеров 3 во внутреннее пространство саркофагов 5. Высоту подачи пены принимают равной половине высоты саркофага 3 из шин при подаче пены на весь саркофаг сразу. После установки необходимого числа саркофагов 3 внутри камер 1 производят изоляцию сопредельных выработок гидроизолирующими перемычками (условно не показаны). Затем производят заполнение оставшегося пространства между саркофагами 3 и камерами 1 гидравлической твердеющей закладкой 6. Высоту саркофагов 3 принимают меньше расчетного уровня усадки закладки 6, а высоты штабеля укладки контейнеров 5 в саркофагах 3 меньше высоты саркофагов 3.

Применение данного способа захоронения токсичных и радиоактивных отходов обеспечивает следующие преимущества:

- снижение трудоемкости создания саркофагов;

- снижение вероятности коррозии контейнеров;

- повышение безопасности возведения саркофагов и проведения закладочных работ.