Проблемы nодземной изоляции радиоактивных отходов и материалов

59 Pages·2002·3.264 MB·Russian

by  И.Ю.Шишиц

МОСКОВСКИЙ
ГОСУ ААРСТВЕННЫЙ
ГОРНЫЙ ~НИВЕРСИТЕТ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
РЕААКUИОННЬIЙ
московского
ГОСУДАРСТВЕННОГО
с о в Е Т
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
~
Председаmель
Л.А.ПУЧКОВ ректор МГГУ,
чл.-корр. РАН
Зам. председателя
л.х.гитис директор
Издательства МГГУ
Члены редсовета
И.В. ДЕМЕНТЬЕВ акаде.мик РАЕН
А.П.ДМИТРИЕВ акаде.мик РАЕН
Б.А. КАРТОЗИЯ акаде.мик РАЕН
В.В. КУРЕХИН акаде.мик РАЕН
М.В. КУРЛЕНЯ акаде.мик РАН
в.и.осипов акаде.мик РАН
э.м. соколов акаде.мик МАНВШ
К.Н. ТРУБЕЦКОЙ акаде.мик РАН
В.В.ХРОНИН профессор
В.А. ЧАНТУРИЛ акаде.мик РАН
Е.И. ШЕМЯКИН акаде.мик РАН
ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
и.ю.шищиц
ПРОВЛЕМЫ
ПОАЗЕМНОЙ ИЗОЛЯIJИИ
РААИОАIТИВНЫХ
ОТХОАОВ
И МАТЕРИАЛОВ
Допущено Учебно-методическим объединением
вузов Российской Федерации по образованию в
области горного дела в качестве учебного посо­
бия для студентов вузов, обучающихся по спе­
циальностям <<Подземная разработка .често­
рождений полезных ископаемых» и «Шахтное и
подземное строительство» направления под­
готовки дипломированных специалистов
<<Горное дело»
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО
УНИВЕРСИТЕТА
2 о о 2
УДК 621.039.75
ББК 38.78
Ш55
Рецеюенты:
Доктор теХJШческих наук, профt:ссор М.Н. Шушmк (Московский
государственный горный университет)
Главный сnециаm1ст М.К. Пименов (ВНИПИпромтехнологии)
Ши1Ц1ЩИ.Ю.
Ш 55 Проблемы nодземной изоЛЯЦЮI радиоактивных отходов
и материалов: Учеб. nособие. - М.: Издательство Москов­
ского государственного горного университета, 2002.-55 с.: ил.
ISBN 5-7418-0234-6
В данной работе •мJМШ сформулировано описание техноло­
гии подземной изоляции радиоактивных отходов и материалов как
нового направления в системе горных наук и технологий. Обосно­
вана необходимость постановки и разработки основных понятий и
определений этого направления в системе горных технологий. Опи­
саны проблемы, которые должны быть решены, принципы, крите­
рии и требования безопасности, обеспечивающие надежность изо­
ляции радиоактивных отходов в подземных сооружениях. Описаны
цели, задачи и методы научного сопровождения при строительстве
и эксплуатации подземных хранилищ радиоактивных отходов и ма­
териалов.
Для студентов горных вузов и дипломированных специалистов.
у дк 621.039.75
ББК 38.78
ISBN 5-7418-0234-6 ©И.RJ.Шиrциц, 2002
©Издательство МГГУ, 2002
ВВЕДЕНИЕ
Необходимость разработки научно-технических основ
технолопоt подземной нэоJUЩИИ радиоактивных отходов
и материалов
инувшее ХХ столетие в силу социальных, демогра­
м
фических, экономических и иных причин характери­
зовалось ускорением научно-технического прогресса и как
следствие этого - развитием традиционных технологий и
внедрением новых процессов и технологий. Это сопрщюж­
дается развитием промытленных и урбанистических ком­
плексов с изъятием из сферы жизнедеятельности . человека
зон . обитания, обеспечивающих здоровье и комфортное
проживание.
Впервые перед человечеством в полном объеме встала
проблема выживания, что в свою очередь потребовало опре­
деления путей и методов устойчивого развития (22]. Это по­
служило главной причиной развития экологических и геоэко­
логических областей знаний, призванных обеспечить создание
новых подземных технологий.
При этом одними из главных становятся горные техноло­
гии, которые являются не только средством обеспечения по­
требностей общества минеральными, энергетическими и
иными ресурсами, но и мощным (стратегическим) резервом
путем многостороннего комплексDого использованJ:UI под­
земного пространства для обеспечения устойчивого развития.
Именно это обстоятельство потребовало пересмотра структу­
ры и содержания системы горных наук [1], позволяющей
«решительно вьmести их на принципиально новые позиции в
понимании предмета содержания и в целом их идерлогии и
методологии» (2]. Эта предпосьшка позволяет развивать, на­
учно обосновывать и внедрять в практику освоения подзем­
ного пространства новые нетрадиционные технологии. Одной
из них является технология комплексного использования под-
3
земного пространства дriЯ надежной и экологически безопас­
ной изоляции вредных отходов промыiiL1енности и других
сфер жизнедеятельности от окружающей среды и человека,
что во многом поможет восстановить потенциал природы.
Это нашло свое отражение в монографии [1], в которой
впервые в горных науках выявлены общее, однородное с дру­
гими науками о Земле, и частное содержание, позволяющее
различить фундаментальные, но характерные черты [2].
Акад. Н.П. Лавёров определяет, что общее состоит в том,
что горные науки изучают закономерности преобразования
недр, а частное состоит в том, что горные технологии и тех­
нические средства организованы в крупномасштабное про­
изводство, а само производство следует рассматривать не
только в сугубо техническом, но и в экологическом и соци­
ально-экономическом плане.
Практическая значимость монографии состоит в том, что
в ней впервые в мировой практике научно обоснована новая
классификация горных наук как системы знаний об освоении
и сохранности недр и изложено содержание основных горных
наук по следующим группам:
• горное педроведение (горно-промышленная геология,
геометрия и квали:метрия недр, геомеханика, разрушение
горных пород, рудничная аэрогазодинамика, горная теп­
лофизика);
• горная системология (теория проектирования освоения
недр, экономика освоения георесурсов, горная экология,
горная информатика);
• геотехнология (физике-техническая геотехнология,
физико-химическая геотехнология, строительная геотех­
нология, геотехника);
• обогаще~rnе полезных ископаемых (основы методолопrn
обогащеimЯ полезных ископаемых и стратегия развития
процессов первичной переработки минерального и техно­
гешюго сырья, технологическая минералогия, дезинтегра­
ция и подготовка минерального сырья к обогащенто, физи­
ческие и химические процессы разделеimЯ, коiЩентрации и
переработки минералов, процессы извлечеimЯ полезных
компонентов из природных и техногеиных вод).
4
В перечисленной структуре классификации горных наук
освещено большинство современных направлений горной де­
ятельности. Разработанная классификация горных наук бьmа
утверждена Российской академией наук, что имеет большое
значение не только для организации научной деятельности,
но, что наиболее важно, для совершенствования ее структуры.
Анализ содержания классификации горных наук выявил
ряд принципиальных особенностей методологического плана,
которые за:кточаются в следующем:
•
достаточная полнота совокупности основных направ­
лений деятельности в недрах;
• самодостаточность системы направлений развития гор­
ного дела для комплексного прогнозирования дальнейшего
развития отдельных новых направлеЮIЙ с соблюдением
единого комплексного научно-методического подхода;
•
упорядоченная научно-методическая последователь­
ность формулирования всех элементов, обосновывающих
суть, значимость и содержание каждого научного на­
правления горных наук;
•
равнозначность каждого из элементов направления во
всей рассматриваемой системе;
•
аддитивность, т.е. взаимная согласованность, непро­
тиворечивость и упорядоченность всех развитьiХ в систе­
ме определений направлений горных наук;
• интегрированность разработанной системы горных
наук с другими комплексами при:кладных, фундамен­
тальных и общественных наук;
• четкая терминологическая формулировка как отде.ль­
НЬIХ терминов, так и сложньiХ понятий.
Последняя особенность наиболее важна, так как термины
и понятия должны выражать твердо фиксированное значение
независимо от контекста и бьnъ однозначными в пределах
данной и родственных дисциJUIИн, отражать объективные
связи между соответствующими предметами, процессами и
свойствами и позволять их развитие при формировании но­
вых направлений в науке.
Бурное развитие традиционных и внедрение новых тех­
нологий в промышленность привели к резкому ухудшению
5
экологической обстановки и качества среды обитания челове­
ка. Ведущую роль в этом играют неизбежно образующиеся
отходы промыLШiенных производств.
По данным ООН к настоящему времени только в ги.дро­
сферу уже попало свыше 15 млрд т различных загрязнителей.
В России суммарная площадь, занятая отходами, состав­
ляет более 0,5 млн га, а их негативное воздействие на окру­
жающую среду проявляется на территориях, в 10-15 раз пре­
вышающих эту площадь. Большинство отходов активно
взаимодействуют с окружающей средой. Только в Москве
ежегодно образуется 2,5 млн т твердых бьrrовых отходов.
На территории России ежегодно накаrurnвается 3,5 млрд т
техногеиных отходов. Наиболее остро стоит вопрос об утили­
зации накапливающихся отходов горно-добывающей про­
мьшшенности [3,4).
Среди промыLШiенных отходов значительную часть со­
ставляют токсичные отходы химического и других произ­
водств, отходы сельского хозяйства.
Особую опасность представляют радиоактивные отходы
(РАО), суммарный объем и активность которых составляет
= 640 мз и = 1, 5 млрд Ки соответственно [5, 6, 7).
На различных объектах Минатома России, Минобороны
и Минтранса находится на хранении= 8,5 тыс т отработавше­
го ядерного топлива общей активностью = 4,45 млрд Ки, ко­
торое в соответствии с Концепцией развития атомной про­
мыLШiенности должно быть в будущем переработано, в ре­
зуm,тате чего объемы РАО возрастут, и образовавшисся
отходы также будут нуждаться в надежной изоляции. Воз­
можно, что некоторые виды отработавшего ядерного топли­
ва, д.r1Я которых еще не определены технологии их переработ­
ки, также необходимо будет изолировать.
Таким образом, учитывая экологическую опасность
РАО, необходимость их изоляции является новой и важной
народнохозяйственной проблсмой, направленной на обес­
печение радиационной безопасности и улучшение условий
жизни населения.
6
Обладая широкими ресурсными возможностями, геоло­
гические формации (mпосфера) способны обеспечить созда­
ние сооружений для надежной и экологически безопасной
изоляции боm,шого спектра отходов [8, 11].
Учитывая сложные технологические воздействия, созда­
ваемые размещаемыми под землей отходами, при соЗдании
подземных сооружений для изоляции вредных отходов необ­
ходимо собтодение специат,ных требований к выбору геоло­
гических площадок, к конструкциям хранИJШЩ, технологии
их строитет,ства, эксплуатации и герметизации. Особенно
это относится к проблемам изоляции радиоактивных отходов
и материалов.
В настоящее время общепризнано, что надежным и эко­
логически безопасным методом изоляции радиоактивных от­
ходов разШiчного уровня активности является их размещение
в отвержденном и твердом виде в специат,но оборудованных
подземных сооружениях различной конструкции в массивах
[8).
пород, отвечающих необходимым требованиям
По существу актуальным RtJ/IIU!mcR вопрос о разработке
технологии подземной UЗOIIJЩUU paдuoaкiiUUIHЫX отход08
(ТПИ РАО). Первоочередной является разработка принци­
пов формирования практической деятет,ности этой новой
области знаний на основе принципов, изложенных выше.
Характерной чертой развития технологии подземной
изоляции РАО явилось последоватеm,ное накопление теоре­
тических и практических знаний и опыта по обоснованию,
конструированию и (отчасти) практическому внедрению тех­
нических решений. Одновременно развивали:сь работы и по
созданию нормативных документов, регламентирующих при­
нципы надежности и безопасности изоляции РАО в подзем­
ных условиях.
Однако, несмотря на весьма обширный научный потен­
циал в этой области, до сих пор не бьио известно работ, фор­
мулирующих ТПИ РАО как раздел горной науки и производ­
ства со всеми необходимыми понятиями элементов, опреде­
ляющих и разъясняющих суть новой технологии.
Для этого необходимо в первую очередь опредеШiться с
попятнем ТПИ РАО и его содержанием.
7