Проблемы nодземной изоляции радиоактивных отходов и материалов

МОСКОВСКИЙ 
ГОСУ ААРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ ~НИВЕРСИТЕТ 

РЕААКUИОННЬIЙ 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 

московского 

с о в Е Т 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 

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 пособия для студентов вузов, обучающихся по специальностям <<Подземная разработка .честорождений полезных ископаемых» и «Шахтное и 

подземное строительство» направления подготовки 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 Московского государственного горного университета, 2002.- 55 с.: ил. 
ISBN 5-7418-0234-6 

В данной работе •мJМШ сформулировано описание технологии подземной изоляции радиоактивных отходов и материалов как 

нового направления в системе горных наук и технологий. Обоснована необходимость постановки и разработки основных понятий и 

определений этого направления в системе горных технологий. Описаны проблемы, которые должны быть решены, принципы, критерии и требования безопасности, обеспечивающие надежность изоляции радиоактивных отходов в подземных сооружениях. Описаны 

цели, задачи и методы научного сопровождения при строительстве 

и эксплуатации подземных хранилищ радиоактивных отходов и материалов. 

Для студентов горных вузов и дипломированных специалистов. 

ISBN 5-7418-0234-6 

у 
дк 621.039.75 

ББК 38.78 

©И.RJ.Шиrциц, 2002 

©Издательство МГГУ, 2002 

ВВЕДЕНИЕ 

Необходимость разработки научно-технических основ 

технолопоt подземной нэоJUЩИИ радиоактивных отходов 

и материалов 
м 

инувшее ХХ столетие в силу социальных, демографических, экономических и иных причин характеризовалось ускорением научно-технического прогресса и как 

следствие этого развитием традиционных технологий и 

внедрением новых процессов и технологий. Это сопрщюждается развитием промытленных и урбанистических комплексов 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 определения путей и методов устойчивого развития (22]. Это послужило главной причиной развития экологических и геоэкологических областей знаний, призванных обеспечить создание 

новых подземных технологий. 

При этом одними из главных становятся горные технологии, которые являются не только средством обеспечения потребностей общества 
минеральными, энергетическими и 

иными ресурсами, но и мощным (стратегическим) резервом 

путем многостороннего комплексDого использованJ:UI подземного пространства для обеспечения устойчивого развития. 

Именно это обстоятельство потребовало пересмотра структуры 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, научно обосновывать и внедрять в практику освоения подземного пространства новые нетрадиционные технологии. Одной 

из них является технология комплексного использования под
3 

земного пространства дriЯ надежной и экологически безопасной 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 другими 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 технические средства организованы в крупномасштабное производство, а само производство следует рассматривать не 

только в сугубо техническом, но и в экологическом и социально-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: 

4 

• 
горное педроведение (горно-промышленная геология, 

геометрия и квали:метрия недр, геомеханика, разрушение 

горных пород, рудничная аэрогазодинамика, горная теплофизика); 
• 
горная системология (теория проектирования освоения 

недр, экономика освоения георесурсов, горная экология, 

горная информатика); 
• 
геотехнология 
(физике-техническая 
геотехнология, 

физико-химическая геотехнология, строительная геотехнология, геотехника); 
• 
обогаще~rnе полезных ископаемых (основы методолопrn 

обогащеimЯ полезных ископаемых и стратегия развития 

процессов первичной переработки минерального и техногешюго сырья, технологическая минералогия, дезинтеграция и подготовка минерального сырья к обогащенто, физические и химические процессы разделеimЯ, коiЩентрации и 

переработки минералов, процессы извлечеimЯ полезных 

компонентов из природных и техногеиных вод). 

В перечисленной структуре классификации горных наук 

освещено большинство современных направлений горной деятельности. 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 направлений деятельности в недрах; 
• 
самодостаточность системы направлений развития горного дела для комплексного прогнозирования дальнейшего 

развития отдельных новых направлеЮIЙ с соблюдением 

единого комплексного научно-методического подхода; 
• 
упорядоченная 
научно-методическая 
последовательность формулирования всех элементов, обосновывающих 

суть, значимость и содержание каждого научного направления горных наук; 
• 
равнозначность каждого из элементов направления во 

всей рассматриваемой системе; 
• 
аддитивность, т.е. взаимная согласованность, непротиворечивость и упорядоченность всех развитьiХ в системе определений направлений горных наук; 
• 
интегрированность разработанной системы горных 

наук с другими комплексами при:кладных, фундаментальных и общественных наук; 
• 
четкая терминологическая формулировка как отде.льНЬIХ 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 новых направлений в науке. 

Бурное развитие традиционных и внедрение новых технологий в промышленность привели к резкому ухудшению 

5 

экологической обстановки и качества среды обитания человека. Ведущую роль в этом играют неизбежно образующиеся 

отходы промыLШiенных производств. 

По данным ООН к настоящему времени только в ги.дросферу уже попало свыше 15 млрд т различных загрязнителей. 

В России суммарная площадь, занятая отходами, составляет более 0,5 млн га, а их негативное воздействие на окружающую среду проявляется на территориях, в 10-15 раз превышающих 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 утилизации накапливающихся отходов горно-добывающей промьшшенности [3,4). 

Среди промыLШiенных отходов значительную часть составляют токсичные отходы химического и других производств, 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 отработавшего ядерного топлива общей активностью = 4,45 млрд Ки, которое в соответствии с Концепцией развития атомной промыLШiенности должно быть в будущем переработано, в резуm,тате чего объемы РАО возрастут, и образовавшисся 

отходы также будут нуждаться в надежной изоляции. Возможно, что некоторые виды отработавшего ядерного топлива, д.r1Я которых еще не определены технологии их переработки, также необходимо будет изолировать. 

Таким образом, учитывая экологическую опасность 

РАО, необходимость их изоляции является новой и важной 

народнохозяйственной проблсмой, направленной на обеспечение радиационной безопасности и улучшение условий 

жизни населения. 

6 

Обладая широкими ресурсными возможностями, геологические формации (mпосфера) способны обеспечить создание сооружений для надежной и экологически безопасной 

изоляции боm,шого спектра отходов [8, 11]. 

Учитывая сложные технологические воздействия, создаваемые размещаемыми под землей отходами, при соЗдании 

подземных сооружений для изоляции вредных отходов необходимо собтодение специат,ных требований к выбору геологических 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 экологически безопасным методом изоляции радиоактивных отходов разШiчного уровня активности является их размещение 

в отвержденном и твердом виде в специат,но оборудованных 

подземных сооружениях различной конструкции в массивах 

пород, отвечающих необходимым требованиям [8). 

По существу актуальным RtJ/IIU!mcR вопрос о разработке 

технологии подземной 
UЗOIIJЩUU paдuoaкiiUUIHЫX 
отход08 

(ТПИ РАО). Первоочередной является разработка принципов формирования практической деятет,ности этой новой 

области знаний на основе принципов, изложенных выше. 

Характерной чертой развития технологии подземной 

изоляции РАО явилось последоватеm,ное накопление теоретических и практических знаний и опыта по обоснованию, 

конструированию и (отчасти) практическому внедрению технических решений. Одновременно развивали:сь работы и по 

созданию нормативных документов, регламентирующих принципы надежности и безопасности изоляции РАО в подземных условиях. 

Однако, несмотря на весьма обширный научный потенциал в этой области, до сих пор не бьио известно работ, формулирующих ТПИ РАО как раздел горной науки и производства со всеми необходимыми понятиями элементов, определяющих и разъясняющих суть новой технологии. 

Для этого необходимо в первую очередь опредеШiться с 

попятнем ТПИ РАО и его содержанием. 

7 

В связи с этим первоначалыюе значение имеет понимание 

термина «технология» в его энциклопедическом смысле. 

Технология (от греческого technё- искусство, мастерство, умение и ... логия) совокупность методов обработки, 

изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, 

материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе 

производства продукции. 

Задача технологии как науки выявление физических, 

химических, механических и других закономерностей с целью 

определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производств, процесса [13]. 

Исходя из концептуального выбора типа деятельности по 

надежной изоляции радиоактивных отходов в подземных сооружениях и конструкциях, можно утверждать, что этот тип 

деятельности как научного и производственного инженерного 

направления должен быть составной частью комплекса горных наук- геотехнологии. 

Объединяющей идеей этой группы наук является выявление научных предпосьшок дriЯ технических решений, расширяющих и углубляющих функциональные возможности недр 

и функционирующих в них производств. Эта группа наук связана с теорией создания и эксплуатации подземных предприятий. Предметом геотехнологий являются взаимосвязи технологий, процессов, технических средств, технологических конструкций 
сооружений, 
вмещающей их 
среды 
с 
целью 

изыскания и обоснования наиболее безопасных, экологически 

приемлемых и экономически обоснованных способов функционирования подземных предприятий [1]. 

Таким образом, технология подземной изоляции paдuoaкnuuJHЫX отходов и .мamepШIЛOtl (ТПИ Р 
АО) является совокупностью научных знаний, технических приемов, технологических процессов, нормативно регулирующих правил и социально-экономических обоснований, направленных на создание специальных подземных сооружений и коне1рукций, 

обеспечивающих надежную и экологически безопасную изоляцию радиационно-опасных материалов от человека и окружающей его природной среды. 

8