О проекте подземной исследовательской лаборатории в Нижнеканском массиве.

Программа исследований, намечаемых в ПИЛ

Н.Ф. ЛобановЗаместитель директора по капитальному строительству,ФГУП «Национальный оператор по обращению с РАО»

Подземные лаборатории 1-го типа

(созданы только для выполнения исследований)

Название, страна Тип сооружений Породы, глубина

Ассе, Германия бывший рудник в солях массив соли, 490 – 950 м

Тоно, Япония бывший урановый рудник осадочные породы, 150 м

Камаиси, Япония бывший железо-медный рудник граниты, 300 – 700 м

Гримзель, Швейцария выработки, пройденные из тоннеля граниты, 450 м

Монт Терри, Швейцария

выработки, пройденные из тоннеля

твердые глины, 250-320 м

Олкилуото, Финляндия тоннель граниты, 60 – 100 м

Турнемир, Франция бывший ж/д тоннель твердые глины, 250 м

HADES-URL , Бельгия комплекс для экспериментов глины, 230 м

Уайтшелл, Канада комплекс для экспериментов граниты, 240 – 420 м

Äспö, Швеция комплекс для экспериментов граниты, 200 - 450 м

2

Подземные лаборатории 2-го типа

(созданы для проведения уточняющих исследований с возможностью в дальнейшем захоронения РАО)

Название, страна Породы, глубина

ОНКАЛО, Финляндия граниты, 500 м

Мёз, Франция уплотненные глины, 450 – 500 м

Горлебен, Германия соляной купол, 900 м

Конрад, Германия выработки в железном руднике, в известняках, перекрытых глинистыми сланцами, 800-1300 м

Морслебен, Германия соляной купол, около 500 м

WIPP, США, штат Нью-Мехико

соляные горизонты, 655 м

Юкка Маунтин, США слоистые туфы, около 300 м

3

Комплексы исследований в международных подземных лабораториях

1. Исследование массива горных пород в натурных условиях, определение возможных диапазонов изменения параметров, важных для оценки безопасности объекта изоляции РАО

2. Экспериментальные исследования материалов инженерных барьеров3. Отработка технических решений по конструкции объекта изоляции РАО,

сооружению инженерных барьеров, размещению в нем отходов, консервации объекта

4. Разработка и испытания оборудования, технических средств, способов проходки горных выработок

5. Проверка численных моделей для оценки поведения всей многобарьерной системы объекта или его отдельных частей - для обоснования безопасности

6. Демонстрация в полном или уменьшенном масштабе возможности создания объекта изоляции РАО и проведения в нем различных операций на всех этапах строительства и эксплуатации

4

Местоположение и цели создания подземной лаборатории

Местоположение площадки объекта:• Красноярский край, Нижнеканский массив скальных пород, • 4.5 км от Енисея, 9 км от г. Железногорска

Глубина расположения подземных сооружений – 450-525 м

Подземная лаборатория создается для: •уточненного исследования характеристик вмещающего массива горных

пород, подтверждения пригодности массива пород для безопасного глубинного захоронения долгоживущих РАО;

•исследования и обоснования изолирующих свойств системы инженерных барьеров;

•отработки технических решений и транспортно-технологических схем по строительству и эксплуатации будущего объекта захоронения РАО;

•обучения производственного персонала выполнению работ в объекте.

5

Принципиальная схема подземной лаборатории

6

Вертикальные разрезы подземных выработок ПИЛ для размещения контейнеров с имитаторами РАО

7

Основные сооружения подземной лаборатории

• Три вертикальных ствола глубиной по 500 м сечением по 6.0 м

• Поверхностная инфраструктура, в том числе наземные здания и

сооружения на приствольных площадках

• Горизонтальные горно-капитальные выработки сечением 20 м2 общей

длиной 5000 м

• Четыре горизонтальные выработки сечением 40-60 м2 общей длиной 600

м и четыре вертикальные скважины глубиной по 75 м

8

Этапы и сроки исследований в подземной лаборатории

I этап - 2018-2024 (7 лет):Исследования массива пород и подземных вод до глубины 520 м в ходе строительства трех вертикальных стволов глубиной до 520 м диаметром по 6.0 м. Исследования массива пород и подземных вод на площади 360*730 м в диапазоне глубин 450-520 м - выполнение комплекса инженерно-геологических изысканий, натурных и лабораторных исследований в горизонтальных выработках общей длиной 5000 м и в пробуренных из них разведочных скважинах.Отработка на имитаторах технологических операций строительства камер и скважин захоронения РАО.

II этап – с 2025 г.Отработка технологических операций обращения с РАО - в подземных сооружениях подземной лаборатории. Испытания и отработка образцов нестандартного оборудования.Исследования технологии сооружения и изолирующих свойств элементов системы инженерных барьеров в четырех горизонтальных выработках общей длиной 600 м и четырех вертикальных скважинах глубиной по 75 м.Продолжение исследований массива пород и подземных вод в горизонтальных транспортно-вентиляционных выработках общей длиной 5000 м.

9

Направления исследования массива горных пород

- установление величины горизонтальных и вертикальных смещений массива горных пород и инженерных объектов в зоне влияния строительства в процессе всего жизненного цикла объекта до его полного заполнения отходами;

- измерение величины раскрытия трещин и конвергенции массива (опционально)

- контроль напряженно-деформированного состояния (НДС) массива;- текущий контроль и прогноз: появления и развития разрывных нарушений, подвижек

инженерно-геологических элементов;- создание пространственного 3D изображения блочной структуры массива (в радиусе 300м

от расположения приемных преобразователей).

- отслеживание наличия и оконтуривание обводненных участков в ближней зоне околовыработочного пространства;

- построение 2D и 3D моделей структуры исследуемого участка массива мощностью до 50-70 м.

- визуализация внутренней структуры приконтурной области (на глубину до 2 м);- поиск областей отслоения обделки от основной кровли;- выявление участков массива с повышенной трещиноватостью.

- получение исходных данных для моделирования гидрогеологической ситуации.

- картирование зон трещиноватости (в т.ч. разрывных нарушений) и верификация блочной структуры объекта.

Исследование долговременных изоляционных свойств инженерного барьера методом физического

моделирования

- актуализация температурных моделей и расчетов;

- измерение теплофизических характеристик пород в естественных условиях.

- контроль искривления стволов пилотных скважин;

- уточнение геологического разреза.

Горно-геологические исследования

РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ

- определение на физической модели остаточных изоляционных свойств инженерного барьера после имитации комплексного воздействия на него подземных вод и теплового потока;

- оценка соблюдения требуемой однородности и прочих первичных свойств инженерного барьера.

10

Основные параметры массива горных пород и подземных вод, определяющие долговременную безопасность захоронения РАО

• Траектории возможной миграции радионуклидов в массиве пород

• Коэффициенты фильтрации и скорости движения подземных вод в

массиве пород

• Коэффициенты трещиноватости, пористости в массиве пород и

материалах-заполнителях трещин

• Коэффициенты дисперсии растворов радионуклидов в массиве пород

• Коэффициенты задержки основных долгоживущих радионуклидов на

породах и материалах-заполнителях трещин

• Химический состав, температура, возраст подземных вод в зоне

размещения ВАО

• Концентрация радионуклидов в подземных водах на различных участках

траектории миграции

11

Основные параметры системы инженерных барьеров, определяющие долговременную безопасность захоронения долгоживущих ВАО

• Длительность сквозной коррозии стенок упаковок в условиях

взаимодействия с бентонитовыми водами

• Скорость диффузии воды через уплотненный бентонит

• Пористость в уплотненном бентоните

• Коэффициент увеличения объема и давления уплотненного бентонита

при водонасыщении

• Температурный режим в бентонитовом барьере

• Скорости выщелачивания долгоживущих радионуклидов из стеклянной

матрицы

• Коэффициенты растворимости радионуклидов в поровых водах в

бентонитовом барьере

• Коэффициенты задержки основных долгоживущих радионуклидов в

бентонитовом барьере и на материалах коррозии стальных упаковок

после выщелачивания из стеклянной матрицы

12

Исследование массива пород

Вид исследований РезультатыГеодинамические Сейсмические

Обоснование стабильности блока массива пород, отсутствия значимых вертикальных и горизонтальных смещений в долговременной перспективе, разрушающих сейсмических воздействий

ГеомеханическиеГорно-геологические

Обоснование монолитности массива пород и устойчивости горных выработок. Уточнение расположения зон трещиноватости. Определение физико-механических характеристик пород.Определение оптимальных режимов строительства подземных сооружений

Гидрогеологические Определение наличия и расположения зон повышенной водопроводимости. Направления, скорости и возможные объемы поступления подземных вод с поверхности в нижележащие горизонты и при возможном движении в массиве пород

Гидрогеохимические Химический состав подземных вод.Сорбционные свойства пород и материалов-заполнителей трещин

Результат исследований:Детальное обоснование безопасности окончательной глубинной изоляции отвержденных радиоактивных отходов на рекомендованном участке на основе исходных данных, полученных в натурных условиях

13

Принципиальная схема ПИЛ в составе ПГЗРО

14

Места размещения пунктов исследований в подземных выработках лаборатории

Пункты бурения разведочных скважин из горнокапитальных выработок определяются при производстве горнопроходческих работ.

- Предполагаемый участок проведения термометрических наблюдений

- Предполагаемый участок проведения сейсмических наблюдений

- Гидрогеологические посты

- Область исследования инженерных барьеров

- Область расположения термометрической колонны

14

Места проведения исследований в ПИЛ

15

Гор. + 5.0м (450.0 м)

Гор. -70.0м (525.0 м)

Места проведения щелевой разгрузки (геомеханические исследования)

Гидрогеологическая скважина пробуренная с поверхности (гидрогеологические исследования)

Гидрогеологические скважины пробуренные из горных выработок верхнего горизонта до отметки -175 м (гидрогеологические исследования)

Места проведения торцевой разгрузки в скважинах (геомеханические исследования)

Места ультразвуковых исследований в скважинах (горно-геологические исследования)

Колодцы для определения дебитов водопритока в горных выработках ПИЛ (гидрогеологические исследования)

Профильные линии сейсмо-акустических измерений в борту и почве выработок (горно-геологические исследования)

Предполагаемые места пересечения выработкой зоны с повышенной трещиноватостью (горно-геологические исследования)

Ориентировочный график исследования массива пород

Подготовка территории строительства

имитаторов

на имитаторах

16

Строительство стволов и обору- дование околоствольных

дворов

Исследование транспортно-технологических операций

Транспортно-технологические операции Методы, результаты

1.Бурение в подземных условиях вертикальных скважин большого диаметра глубиной 75 м

2.Доставка перегрузочных контейнеров до скважин захоронения пеналов

3.Поэтапная загрузка пеналов с изолирующими контейнерами в технологическую скважину с окончательной герметизацией

4.Доставка контейнеров и установка в штабель и в каньон в горизонтальных камерах

5.Доставка закладочных смесей и заполнение пустотного пространства в горизонтальной камере

• Моделирование и натурные исследова-ния транспортно-технологических операций на имитаторах РАО

• Исследование методов выполнения технологических операций в дистанционном режиме

•Разработка и исследование наиболее безопасных технологических решений и применяемого оборудования

• Моделирование потенциальных нештатных ситуаций, отработка мероприятий по ликвидации последствий

Результат исследований:Исследованы и отработаны на имитаторах транспортно-технологические операции выполнения работ в подземных условиях, разработаны технологические регламенты

17

Исследования нестандартного оборудованияи системы инженерных барьеров

Вид исследований Результаты

Испытания нестандартного оборудования на макетах и опытных образцах

Натурные исследования, испытания и доработка нестандартного оборудования:•транспортных, перегрузочных контейнеров и захораниваемых упаковок, желонки для загрузки тиксотропной смеси в скважину•изолирующих контейнеров с уплотненным бентонитом,•многофункциональной загрузочной платформы,•кранов-кантователей, транспортных тележек, •шиберных устройств и др.

Исследование изолирующих свойств инженерных барьеров

Лабораторные и натурные исследования изолирующих свойств в условиях длительного воздействия подземных вод и температур: •металлических пеналов, железобетонных и металлических контейнеров, •блоков из уплотненного бентонита, цементно-бентонитовых закладочных смесей

Результат исследований:Испытаны и отработаны в натурных условиях образцы нестандартного оборудования, исследованы в натурных условиях и обоснованы изолирующие свойства системы инженерных барьеров

18

СПАСИБО

ЗА ВНИМАНИЕ