CC BY
27
СЕМИНАР 17
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001”
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© А.В. Корчак, В.С. Гупало , 2001
УДК 622.413.3:536.244 % -- N ^
А.В. Корчак, В.С. Гупало
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА НА МАССИВ СКАЛЬНЫХ ПОРОД В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
К
онечной стадией ядерного топливного цикла является утилизация отработанного топлива или его высокоактивных компонентов после переработки. За всю историю развития ядерной энергетики никогда так остро не стояла блема утилизации радиоактивных отходов. К концу 1995 г. в России было накоплено 8,6*108 м3 радиоактивных отходов, активностью 1,5*109 Ки. Общепринято, что надежную и долговременную изоляцию долгоживущих дионуклидов может обеспечить только гическая формация.
Размещение отходов в подземных сооружениях для длительного хранения сопряжено с техногенными нагрузками на вмещающий породный массив от воздействия самого сооружения и от размещенных в нем отходов. Под действием тепловыделяющих отходов горный массив может изменять свои свойства.
Для определения характера изменения свойств на одном из подземных объектов Минатома в течение 40 лет проводятся исследова-
Таблица
ния изменения состояния породного массива.
ность подземного
ния заключается в наличии в нем мощных источников пла, разогревших
щий породный массив до температуры 65°, что
ляет считать его аналогом будущих хранилищ тепло-деляющих отходов. Наличие тепловых источников
вает значительное техногенное воздействие на динамику развития геомеханических процессов в породах вмещающего массива.
Подземные сооружения представляют собой подземные выработки большого поперечного сечения и значительной протяженности, закрепленные бетоном или железобетоном. Они расположены в теле региональной надвиговой структуры, представленной серией разномасштабных блоков скальных массивов, разделенных разломами 1-3 порядков.
Вмещающий породный массив сложен метаморфическим комплексом пород. Наибольшее распространение имеют биотит-плагиоклазовые гнейсы с однородной массивной текстурой. Интрузивные образования отмечаются в виде даек диабазов, протяженностью до десятков и сотен метров, мощностью от 1 до 15-20 метров. Основные физикомеханические характеристики вмещающего массива приведены в таблице. Тектонические трещины заполнены хлоритом и карбонатными глинистыми минералами.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД
Степень Размеры Коэфф. Предел прочности при одноосном сжатии, Мпа Модуль
тектонической структ. структ. В образце В массиве упруг.
нарушенности блоков, М ослабл. Биотит гнейсы Диа- базы Порфи- риты Биотит. гнейсы Диа- базы Порфи- риты Е*105
Слабо трещиноватые «О, ,8 0, 0,53 140 165 175 75,6 89,1 94,5 3,0
Т рещиноватые ,8 0, «о, 0, 0,34 140 155 165 47,6 52,7 56,1 2,0
Сильно трещиноватые 0,2...0,5 0,26 110 140 150 28,6 36,,4 39,0 1,5
Рис. 1. Схема изотерм целиков
Рис. 2. Графики смещения глубинных реперов по скважинам 36, 32, 47
ного массива проводились следующие ментальные наблюдения [1]:
1. Измерение тепловых режимов вмещающего скального массива и воздуха в камерах.
2. Исследование динамики развития пряженно-деформированного состояния окружающих пород.
Для сравнения результатов измерений были выбраны две камеры, расположенные на глубине 250 метров и имеющие одинаковые размеры. Камеры находятся в одинаковых горно-геологических условиях (вмещаю-щие массивы сложены аналогичными породами и относятся к одной категории трещиноватости), но разных технологических: одна камера содержит источник тепла, разогревший вмещающие породы, другая не оказывает влияния на температурный режим пород. В результате воздействия «горячей» камеры вмещающие породы оказались разогретыми до температуры 65°. На рис. 1 представлен план целиков с изолиниями теплового поля.
Анализ деформационных процессов в окружающих породах выполнялся на основе результатов наблюдений за среднегодовыми смещениями большого количества глубинных реперов в скважинах, пробуренных в бортах камер, а также результатов замеров конвергенции контурных реперов, заложенных в бетонной крепи. На рис. 2 представлены графики смещения пород в целиках, измеренные с помощью горизонтальных глубинных реперов.
Анализ полученных величин смещений обделки и породного массива за одинаковый промежуток времени смещения происходит в выработках с мощными источниками тепла эти величины составляют - 5-9 мм, а для «холодных» выработок на порядок меньше - 1,7 мм.
Подобный характер деформирования можно объяснить наличием в строении борта камеры отдельных структурных блоков, испытывающих силовое воздействие, а также различием упругих и прочностных свойств, плоскостей ослабления, ограничивающих отдельные структурные блоки.
Для решения комплекса геомеханических задач, связанного с прогнозом сохранности естественных изоляционных свойств пород
Рис. 3. Схема испытательного стенда: 1 - рама стенда; 2 - модель; 3 - силоизмерители; 4 - домкрат силовой; 5 - демпфер; 6 - опорные метки; 7 -измерительные точки
Для изучения влияния температуры на свойства заполнителя разрабатывается объемная модель массива, нарушенного трещинами с различными видами заполнителя. Испытаниям подвергаются собранные из элементарных элементов блоки, размером 500x500x200. Подбор эквивалентного материала с заданными прочностными характеристиками осуществляется в соответствии с критериями подобия.
Испытываемые блоки подвергаются температурному воздействию с целью оценки изменения деформируемости массива от воздействия температуры (рис.
3).
Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации параметров технологии
строительства хранилищ или могильников высокоактивных отходов, повышающих обоснованность и надежность их проектирования.
1. Зверев А.Б. Мониторинг крупных подземных сооружений для размещения энергетических установок (АЭС) и специальных производств, долговременного хранения и захоронения токсичных отходов. В сб. «Инженер-но-геологический и геофизический мониторинг природных объектов
и инженерных сооружений». М.: Инженерно-геологический и геоэкологический научный центр РАН, 1993.
2. Gupalo T.A., Seleznev N.I., Zhidkov V.V., Gupalo V.S. Analysis of the results of long-term in-situ investigations on the status of the rock mass and MCC underground
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
facilities under the long term tech-nogenous effects by heat sources of large sizes. International Conference on Radioactive Waste Disposal (DisTec'98). Hamburg, Germany. 911 September, 1998.
3. Витке В. Механика скальных пород. М., Недра, 1990 г.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Корчак Андрей Владимирович - профессор, доктор технических наук, главный ученый секретарь Совета Московского государственного горного университета.
Гупало В. С. - аспирант, Московский государственный горный университет.
