CC BY
109
УДК 621.311.25
A.Э. Кокосадзе, канд. техн. наук, зам. ген. директора (Россия, Москва, Оргэнергострой),
С.А. Чесноков, канд. техн. наук, консультант, 8-905-501-80-26 (Россия, Москва, Оргэнергострой),
B.М. Фридкин, д-р техн. наук (Россия, Москва, МГСУ)
КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Рассматриваются основные проблемы строительства подземных атомных электростанций малой мощности.
Ключевые слова: подземная атомная электростанция, малая мощность, проектирование.
Современный уровень развития НИИОКР и проектных решений подземных атомных станций (ПАЭС) определяет новый подход к концепции создания ПАЭС с реакторами малой мощности (ММ) успешно используемыми в морском флоте атомными подводными лодками (АЛЛ) и т.п.
[1-5].
Реакторные установки АЛЛ представляют собой корпусные реакторы и имеют четырехпетлевую систему охлаждения, в каждой петле установлены один циркулярный насос и один парогенератор. Высокая надежность и живучесть таких ядерных установок подтверждены как многолетним опытом эксплуатации АЛЛ, так и, к сожалению, имевшей место одиночной гибелью лодок, при этом никогда не происходила авария с расплавлением активной зоны реактора.
Реакторы всех затонувших АПЛ были надежно заглушены, подчас и с человеческими жертвами.
Реакторы АЛЛ и других судов имеют мощность 40,50 и от 70 до 140 МВт и главные турбины от 14 до 37 МВт.
Имевшийся мировой опыт создания ПАЭС в пяти странах, включая Россию, показал их достаточную надежность, но все они были выведены из эксплуатации, в основном, по экономическим соображениям.
Однако недавно в печати появились сообщения о начале проектирования новой ПАЭС на территории США.
Обращение к проектам ПАЭС и подземным хранилищам РАО связано, в частности, с возрастающей астероидно-кометной опасностью для промышленно опасных производств [6].
Так, в результате прохождения в 1994 г. около Земли кометы Шу-мейхера-Леви и установленных возбуждений гравидинамического резонанса планет Солнечной системы и Луны существенно возросла скорость эволюции климатических и геофизических воздействий на земную поверхность, в частности, на земные объекты [7]. Это приводит к необходимости
пересмотра параметров внешних воздействий и нагрузок и методов расчета наземных и подземных особо опасных промышленных объектов, к которым относят подземные АЭС и хранилища высокоактивных отходов (BAO) и облученного ядерного топлива (ОЯТ).
Концепция создания таких станций включает следующие основные положения:
- глубина заложения реакторных помещений (РП) составляет не менее 60.. .100 мв зависимости от конкретных свойств породного массива;
- помещение реакторов должно быть совмещено с временным хранилищем низко и средне активных радиоактивных отходов (НАО) и (CAO), продолжительность эксплуатации такого рода выработок составляет не менее 70 лет для судовых реакторов малой мощности (РММ);
- на глубине свыше 300 м располагают выработки хранилищ отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), BAO и ОЯТ, продолжительность эксплуатации которых составляет сотни и тысячи лет;
- снятие РММ с эксплуатации производят в подземных условиях, окончательная консервация станции - путем заполнения тоннелей или каверн составами из бетонита в смеси со свинцом:
- станции располагают в породных массивах, рассчитываемых на создание хранилищ BAO и ОЯТ ;
- конструкция ПАЭС допускает вывоз отдельных РММ для ремонта на заводах их изготавливающих;
- конструкция хранилища исключает возможность изъятия радиоактивных материалов с поверхности в незамеченном для космической разведки режиме;
- станция допускает поэтапный ввод в эксплуатацию;
- имеется возможность типизации конструктивных решений станции, что позволяет значительно снизить финансовые вложения.
В настоящее время обсуждают две основные возможные компоновки ПАЭС ММ - в вертикальных выработках (стволах) большого диаметра [8] и горизонтальных выработках, создаваемых или в прибрежных скальных массивах, или в подходящих породах кристаллических щитов, доступ к которым осуществляют с помощью подходных наклонных выработок линейного или спиралевидного типа или при помощи вертикальных стволах [9].
Значительный интерес представляет сравнение этих двух конкурентно способных вариантов [10], в частности, с позиции методологии формообразования строительных конструкций, развитой в работе [11].
Размещение ПАЭС ММ в вертикальных шахтных стволах большого диаметра имеет следующие основные преимущества перед компоновкой станций в горизонтальных выработках (ГВ).
1. Малая удельная поверхность вскрытия горных отводов в плане по сравнению с ГВ вследствие отсутствия подходных, вскрывающих, технологических и других выработок.
2. Повышенная устойчивость вертикальной цилиндрической выработки к сейсмическим и другим природныь и техногенным воздействиям на глубоких горизонтах станций и хранилищ.
3. Минимальный риск вскрытия крупных тектонических и обводненных трещиноватых зон, возможность их эффективной гидроизоляции в приствольном пространстве.
4. Возможность более надежного изучения массива пород при проходке ствола по керновым материалам по передовому бурению скважин.
5. Ограниченные площади отвода земель, отсутствие проблем дальнейшей транспортировки BAO при размещении хранилищ BAO и ОЯТ внутри станции.
6. Воздействие проектной и запроектной аварии на шахтный ствол ограничено малым объемом горных работ в связи с интервальным (секционным) размещение элементов станции по высоте [5].
7. Сооружение станций в шахтных стволах в более короткий период времени, чем размещение их в ГВ, сокращенный период подготовки и проведения ОКР.
8. Ограниченное развитие зон геомеханических и гидрофильтрационных воздействий шахтных стволов на окружающую среду в связи с отсутствием гидростатических давлений в приствольной зоне, стесненной деформацией породного массива; возможность размещения станции в зонах с практически застойным режимом водообмена (гидрофильтрации, гидрогеомиграции).
9. Ограниченное развитие зоны геотермальных (гидротермальных) воздействий станции в связи с рассредоточением в породном массиве реакторов, турбин и хранилищ РАО и повышением удельной площади контактов в системе «Станция, хранилище BAO - геологическая среда».
К недостаткам станций, размещаемых в шахтных стволах, можно отнести:
- возможность развития вокруг стволов на всю их высоту зон вторичной трещиноватости, которые при определенных условиях могут стать каналами распространения радионуклидов при повреждении инженерных барьеров;
- при сооружении нескольких шахтных стволов возможно образо-вание большого по величине объема извлеченных пород, испытывающего техногенное воздействие;
- определенная сложность ведения горных работ по сравнению с
ГВ;
- трудность изъятия контейнеров с отходами из стволов через длительное время при технической необходимости.
К важнейшим элементам конструкции ПАЭС относят инженерные барьеры.
Для обеспечения безопасной работы станции важную роль играют отработка технологии формирования первичного инженерного барьера, его радиационного, температурного и физико-механического режимов в длительной перспективе в различных средах.
Выбору рациональных конструкций инженерных барьеров посвящен ряд работ [8-10], в которых для каждой выбранной глубинной геоформации рекомендуют принимать технические решения барьеров с применением хорошо изученных и апробированных конструкционных материалов, которым предстоит работать в прогнозируемом диапазоне времени до 1000 лет и более в условиях механических, тепловых и радиационных воздействий.
Природно-техническая система «геомассив - инженерный барьер» (или «мультибарьер») в обязательном порядке должна иметь необходимую и достаточную прочность и устойчивость для восприятия современных ударно-динамических воздействий, включая нагрузки от потенциально возможных террористических угроз.
Список литературы
1. Петров Э. Новая технология обеспечивает ПАТЭС рентабельность // Ядерное общество. № 2.31999. С.43-44.
2. Еще раз о ПАТЭС / И.Новиков и [др.]. // Ядерное общество, 2000. № 2. С.43-44.
3. Инновационные технологии создания подземных комплексов АЭС малой мощности / С.А. Дмитриев и [др.]. //Труды международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». М., 2008. С. 912-915.
4. Критерии и направления создания инженерных сооружений для подземного захоронения радиоактивных отходов и подземных атомных электростанций / О.Л. Кедровский и [др.] //Наука и технологии в промышленности. 2008. № 4. С.65-67.
5. Подземные электростанции малой мощности / О.Л. Кедровский и [др.]. //Известия ТулГУ. Сер. Естественные науки. Изд. ТулГУ. Тула. Вып.
4. 2009. С. 113-115.
6. Катастрофические воздействия космических тел / под ред. В.В. Адушкина и И.В. Немчинова. Институт динамических геосфер РАН. М.: ИКЦ Академкнига, 2005. 310 с.
7. Явления космогенной эволюции климатических и геофизических процессов на урбанизированных территориях / В.М. Кириченко и [др.] // Экология урбанизированных территорий. 2011. № 2. С. 37-40.
8. Кокосадзе А.Э. Экотехнологические проблемы создания подземных ядерных комплексов в галогенных геоформациях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 3. С. 249-254.
9. Кокосадзе А.Э. Контруктивно-технологичекие решения объектов подземной атомной энергетики малой мощности // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 4. С. 337-341.
10. Контруктивно-технологичекие и экологические аспекты создания подземных хранилищ ядерного топлива в глубинных галогенных фор -мациях / С.А. Чесноков и [др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 3. С. 182-189.
11. Фридкин В.М. Принципы формообразования в теории линейнопротяженных сооружений. М.: Изд-во. «Ладья», 2006. 512 с.
A.E. Kokosadze, S.A. Chesnokov, V.M. Fridkin
DESIGN OF UNDERGROUND NUCLEAR POWER PLANT OF LOW CAPACITY
The main problems of containment construction above nuclear power stations are considered.
Key words: underground nuclear power plant, low capacity, design.
Получено 20.04.11
УДК 622.232.75
B.B. Король, ассист., (4872)36-64-19, [email protected],
А.Е. Пушкарев, д-р техн. наук, проф., (4872)33-31-55 (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ МАССИВА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИМИ РЕЗЦАМИ СТРУГОВЫХ УСТАНОВОК
Произведен анализ серии экспериментов. Определена зависимость относительной толщины стружки от давления воды, временного сопротивления угля одноосному сжатию и шага резания, обеспечивающей разрушение угольного массива при минимальных энергетических затратах.
Ключевые слова: струг, гидромеханическое разрушение угля, гидромеханиче-скийрезец.
В последние десятилетия в угольной отрасли России сложилась ситуация, при которой промышленные запасы угля сосредоточены в пластах малой и средней мощности. В настоящее время подземную разработку пластов каменного угля мощностью менее 1,8 м длинными забоями целесообразно вести струговыми установками - не зависимо от угла залегания и крепости угля. Такая практика широко распространена в Украине и Гер-мении. Высокий выход угля и малая доля прихватываемых боковых пород
