一种废物坑内低放废物的回取方法与流程

本发明涉及军用核设施和民用核设施退役及放射性废物处理技术领域，具体涉及一种废物坑内低放废物的回取方法。

背景技术：

在核工业60多年的发展过程中产生、积累了大量的放射性固体废物，由于早期废物分类管理的理念尚未建立，这些废物绝大多数杂乱的堆积在各种类型如仓式、井式、地坑等的废物库内。这些废物库不满足现行放射性废物管理要求，并且随着设施的老化，这种粗放性的废物暂存方式极易造成放射性核素迁移流失，构成了对所在地区环境安全的潜在威胁。一旦废物出现贯穿裂纹或被洪水淹没，造成放射性物质进入水系，将影响到整个流域的环境安全。

废物坑内一般设置7个地下废物贮存坑，废物坑的结构复杂，呈“口小大坑深”的特点，废物坑顶宽3.36m，底宽1.595m，高8.35m，两边为弧形，换中心弧长为5.75m，坑顶部为0.3m的混凝土屏蔽层，每个坑内有两个直径为1000mm的圆形坑口，如图1所示。废物坑中废物源项不清、各种类型的废物盘根错节，存在因重量大无法取动、体积大无法取出，袋装废物一装就散等现象。废物坑内剂量水平高，废物辐射水平在5—100mSv/h之间，人员无法靠近作业，只能通过视频系统监视并远距离实施。由于原设计未考虑废物回取，使得废物回取受到辐射安全、废物鉴别、工艺路线、机具选择等方面诸多因素的制约，给废物回取工程造成困难。

基于此，研究并开发设计一种废物坑内低放废物的回取方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有废物坑内低放废物回取方法中废物回取效率低等问题。本发明目的在于提供一种废物坑内低放废物的回取方法，根据废物坑内低放废物的辐射水平及体积，动力机械手和电动抓取结合操作对废物进行回取，解决了常规回取方法废物回取效率低、无法根据废物坑的特点自由抓取等技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种废物坑内低放废物的回取方法，采用动力机械手将废物坑坑口内的废物抓取至废物坑坑口下方的正投影区域内，然后利用电动抓具将废物坑坑口下方的正投影区域内的废物抓取至废物坑外并装入废物包装箱或转运容器中。

废物坑内一般设置7个地下废物贮存坑，废物坑的结构复杂，呈“口小大坑深”的特点，废物坑顶宽3.36m，底宽1.595m，高8.35m，两边为弧形，换中心弧长为5.75m，坑顶部为0.3m的混凝土屏蔽层，每个坑内有两个直径为1000mm的圆形坑口。废物坑中废物源项不清、各种类型的废物盘根错节，存在因重量大无法取动、体积大无法取出，袋装废物一装就散等现象。废物坑内辐射剂量水平高，废物辐射水平在5—100mSv/h之间，人员无法靠近作业，只能通过视频系统监视并远距离实施。

基于此，发明人设计将动力机械手与电动抓具配合进行远距离遥控操作。首先采用动力机械手将废物坑坑口正投影区域的周围的废物抓取至废物坑坑口的正投影区域内，然后再利用电动抓具将坑口下方的正投影区域内的废物抓取至坑外并装入废物包装箱或转运容器中。发明人充分利用动力机械手抓取精度高、自由度多、活动范围大和电动抓取量大、操作简单等特点，将动力机械手与电动抓具结合，合理设计操作步骤，提高废物坑内废物的回取率。

本技术方案中采用的动力机械手，其主要作用是：1、安全的回取坑内放射性废物；2、回取废物在库内的搬运；3、对坑内的辐射水平高的废物进行分拣；4、对废物进行分类。涉及到的电动抓具，其主要作用是：1、安全的回取坑内放射性废物；2、回取废物在库区内的搬运；3、对大量杂项废物进行分拣。而现有核领域对低放坑内废物的抓取方式为：通常只单独依靠动力机械手或电动抓具进行抓取，而电动抓具在抓取过程中通常只能直上直下，不能在废物坑内执行拐弯、转向、斜向、斜上等操作。因此对于具有小口径、大肚、深坑特点的废物坑是无法抓取的，而动力机械手在整个抓取时，抓取效率低，但能在废物坑内执行转向、拐弯等操作，故本操作方法中将动力机械手与电动抓取结合，提高废物的抓取效率，且在不同具有特殊特点的废物坑内也能保持高效的抓取效果。

进一步地，所述一种废物坑内低放废物的回取方法，具体包括以下操作步骤，

步骤1）：打开废物坑坑口盖板，动力机械手夹持γ相机，对废物坑内的废物扫描，获得废物坑内废物的辐射热点，根据辐射热点的数量和面积大小确定抓取步骤；

步骤2）：采用动力机械手将辐射水平的废物抓取出坑内直接装入坑边的倒运容器内，装满后，采用吊车将倒运容器转运到γ探测器旁，对倒运容器内的废物扫描和测量后转移至分拣平台；

步骤3）在分拣平台上对废物进行分拣，包装，然后将空容器吊运至废物坑的原位置，进行下一步的抓取；

步骤4）操作电动抓具抓取坑口下方的正投影区域内的废物出坑后装入废物坑边的倒运容器内，装满后重复步骤3）分拣操作，分装；

步骤5）重复操作步骤4），直至电动抓具无法抓取到废物，利用动力机械手将坑口正投影区域周边的废物抓取至废物坑坑口的正投影区域内，再操作电动抓具抓取废物。

针对呈“口小、中部大、坑深”的废物坑特点，位于废物坑坑口对应的坑底区域，其周围的废物很难回取，尤其是废物体积较大时，回取时间延长。发明人基于上述废物回取过程中缺陷，首先采用动力机械手夹持γ相机，γ相机可对废物坑内的废物进行全方位的扫描，并将扫描出的辐射热点数量及面积大小进行显示，根据显示的废物辐射水平及数量，动力机械手将辐射水平大于10mSv/h废物抓取至废物坑坑边的倒运容器中，并将倒运容器装满。倒运容器内的废物转运至γ探测器旁，γ探测器对废物进行扫描、测量，并将探测到废物的射线能量转换为可以记录的电脉冲信号，根据电脉冲信号在分拣平台对废物进行分拣，分装。

其中动力机械手为选用德国威利斯米勒公司生产的A1000系列机械手，由本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置等构成，是一种在三维空间可仿人操作的自动化设备。动力机械手可对环境状态的快速反应和分析判断能力，又具有可持续时间长、精确度高、抗恶劣环境的工作能力。γ相机为本领域公知的设备，其结构及其原理不再详述。γ探测器亦为本领域公知的设备，其结构及其原理不再详述。

在分拣平台对倒运容器转运的废物根据监测到电脉冲信号进行分类，然后分装。分拣完毕后，此时，倒运容器为空容器，可将空容器吊运至废物坑坑边的原容器，然后进行下一步抓取。

动力机械手只能抓取重量不大于180kg的废物，其夹钳张开的最大尺寸为20cm，因此其在抓取低放坑内的废物存在不能抓取重量大的废物，由于夹钳的张开尺寸限制，整个抓取效率将降低。

电动抓具使用时，只能直上直下，仅能对大量的杂项废物进行抓取，不能定向抓取小件废物。

故本操作方法中充分利用动力机械手、电动抓具的特点，避免各自抓取时的劣势，将两者优势结合，首先由动力机械手将小口径、大肚的低放坑内的废物均抓取到坑口下方的正投影区域内，充分利用了动力机械手能够随意在坑内转弯等特点，抓取小件废物的优势，快速将废物抓取到动力机械手便于抓取的位置；然后采用电动抓具将坑口正投影区域的废物快速抓取至坑外，整个抓取效率相对于单个使用动力机械手、电动抓具将极大的提高。

利用动力机械手将辐射水平大于10mSv/h废物抓取完毕后，操作电动抓具将废物坑坑口下方的正投影区域内的废物抓取至废物坑坑边的倒运容器内，然后再次进行分拣。

电动抓具可将废物坑坑口下方的正投影区域内的废物全部抓取结束后，然后再次采用动力机械手将坑口正投影区域的周围的废物抓取至坑口正投影区域内，再采用电动抓具进行抓取，分拣，包装，直至把废物坑坑内的废物全部回收。

上述操作步骤，充分利用了动力机械手在抓取时能够精确度抓取，且能够在废物坑内横向移动，及电动抓具抓取效率高等优势，两者的相互结合极大的提高了废物的回取率。

进一步地，步骤5）操作结束后还包括步骤6）：重复步骤1）至步骤5）操作，直至将废物坑内废物全部回取并分拣，包装。

进一步地，所述步骤3）在分拣平台上对废物进行分拣，具体分拣方法为：将分拣出的金属废物、杂项废物分开装入屏蔽包装箱，将分拣出的可压缩废物，可燃废物分开装入至可压缩废物桶。

进一步地，所述步骤3）将空容器吊运至废物坑的原位置为通过吊车操作。这里的吊车为3t吊车，其结构及其原理均为本领域的公知常识，不再详述，在本技术方案中其主要作用是吊运倒运容器。

进一步地，所述电动抓具为电动液压四瓣抓斗，电动液压四瓣抓斗包括抓斗机身，抓斗机身的开口端四周设有引导帽，所述引导帽为由两根圆形钢筋的与多根环绕在抓斗机身的开口端周围的弧形钢筋连接而成，两根圆形钢筋中位于上端的圆形钢筋的直径小于位于下端的圆形钢筋的直径。

这里对电动抓具结构的限制，主要考虑坑内低放废物回取方法中，电动抓具在抓取废物时容易与坑口发生碰撞，造成抓斗机身顶部的挂钩等结构损坏，严重时引起抓斗的抓瓣变形，直接影响电动抓取的抓取效果。

为了解决该电动抓具在抓取过程中的问题，采用在抓斗机身上设置引导帽，保护抓斗机身的开口端，引导帽可在电动抓具抓取过程中对电动抓具进行保护。同时，对电动抓具的具体结构进行限定，其中两根圆形钢筋中位于上端的圆形钢筋的直径小于位于小端的圆形钢筋的直径，其主要作用是在电动抓具抓取废物从坑内向坑外移动经过小口径的坑口过程中，对电动抓具的运行轨迹发挥导向作用，避免与坑口发生碰撞。

进一步地，所述位于上端的圆形钢筋与弧形钢筋的连接端上设有引导角，引导角的角度范围为110—160°。

这里对引导帽发挥引导作用的结构进行限定，在引导帽上圆形钢筋与弧形钢筋的连接位置设置一定角度，让引导帽结构横截面直径较小的上端首先通过，然后再通过直径较大的下端，减小与坑口的碰撞，或者降低碰撞的剧烈程度。

进一步地，所述抓斗机身的主体四周设有防护装置，防护装置为由多根呈纵向排列的圆形钢筋与多根环绕在抓斗机身的钢筋交织而成，多根呈纵向排列的圆形钢筋的中心位于一条直线上。

防护装置的设置是对抓斗机身的结构进行保护，与引导帽的结构类似，避免与坑口发生碰撞，延长电动抓具的使用周期。

进一步地，所述防护装置上靠近抓斗机身的开口端的圆形钢筋与直线状钢筋的连接端设有引导角，引导角的角度范围为120°—140°

引导角的设置，便于使用电动抓具抓具废物出坑口的过程中，尤其是通过小口径的过程中，对电动抓具的运行轨迹具有导向作用。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

（1）本技术方案废物坑内低放废物回取方法，操作过程中将动力机械手和电动抓具按照一定的操作顺序结合在一起，解决了坑内的低放废物回取的技术难题，为国内其他地坑式废物库的退役提供了借鉴与参考价值。

（2）本发明技术方案相对于现有技术采用机器人抓取提高了低放废物的回取效率。

（3）本发明技术方案减少了操作人员受照剂量，操作过程中人员不用进入现场，只需在控制室内操作即可，而如果采用单一操作工具如动力机械手或电动抓具进行操作时，则人员需进入现场对废物进行分拣、人工对坑内废物进行扒、掏等，可见，采用按照一定操作顺序的动力机械手与电动抓具配合操作，更加保证了操作人员安全。

（4）本技术方案中对电动抓具结构进行限定，尤其是将电动抓具用于小口径、大肚、深坑的低放坑时，防止与低放坑的坑口发生碰撞，延长电动抓具的使用周期。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明中废物坑的结构示意图；

图2为本发明中实施例2的流程图；

图3为本发明中电动抓具的结构示意图；

其中：1—引导帽、2—防护装置、3—抓斗机身。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

本发明一种坑内低放废物回放方法，采用动力机械手将废物坑坑口内的废物抓取至废物坑坑口下方的正投影区域内，然后利用电动抓具将废物坑坑口下方的正投影区域内的废物抓取至废物坑外并装入废物包装箱或转运容器中。

本方法适用于所有类型的低放坑内废物的回取。

实施例2：

本发明一种坑内低放废物回放方法，针对图1所示的废物坑，其回取方法包括以下操作步骤，如图2所示，

步骤1）：打开废物坑坑口盖板，动力机械手夹持γ相机，对废物坑内的废物扫描，获得废物坑内废物的辐射热点，根据辐射热点的数量和面积大小确定抓取步骤；

步骤2）：采用动力机械手将辐射水平大于10mSv/h的废物抓取出坑内直接装入坑边的倒运容器内，装满后，采用吊车将倒运容器转运到γ探测器旁，对倒运容器内的废物扫描和测量后转移至分拣平台，其中吊车可为3t吊车，用于吊运倒运容器，且也可以将吊车替换为动力机械手吊；

步骤3）在分拣平台上对废物进行分拣，将分拣出的金属废物、杂项废物分开装入屏蔽包装箱，将分拣出的可压缩废物，可燃废物分开装入至可压缩废物桶，然后将空容器吊运至废物坑的原位置，进行下一步的抓取；

步骤4）操作电动抓具抓取坑口正投影区域内的废物出坑后装入废物坑边的倒运容器内，装满后重复步骤3）分拣操作，分装；

步骤5）重复操作步骤4），直至电动抓具无法抓取到废物，利用动力机械手将坑口下方正投影区域周边的废物抓取至废物坑坑口的正投影区域内，再操作电动抓具抓取废物；

步骤6）重复以上操作，直至将废物坑内废物全部回取并分拣，包装。

优选，所述步骤3）将空容器吊运至废物坑的原位置为通过吊车操作。

本实施例中，主要针对体积过大的废物，利用动力机械手、吊车配合将废物从低放坑内抓取至坑外装入废物包装箱内。

其中步骤2）中采用动力机械手将辐射水平大、质量较轻的废物直接抓取进行分拣后，然后装箱。

步骤4）中，针对大体积的杂项废物、则采用电动抓具将废物抓取至坑外并装入倒运容器内，进行分拣、包装。

步骤5）针对杂项废物、金属废物、可燃废物等，利用电动抓具与动力机械手进行配合，对其进行粗分。

本方法中涉及到的分拣平台的结构及其原理为本领域的公知设备，其主要作用是对棉纱、塑料布等可燃废物进行细分拣。

采用上述实施例所述的回取方法，在17个月内完成了废物库7个废物坑内废物的回取，累计回取各类低放废物约475m³，安全性、可靠性、高效性较强，操作过程中人员受照剂量较小，废物回取量为国内第一。同时本实施例所述的坑内废物回取方法具有较强的通用性和可借鉴性，可推广应用于国内普遍存在废物坑内废物的回收，对推动我国低放废物安全、高效回取的开展和环境保护具有重大而深远的意义。

对比实施例：

现有对低放坑内的废物仅采用动力机械手抓取废物，动力机械手仅能抓取重量小于等于180kg的废物，且其夹钳张开最大尺寸为20cm，该动力机械手无法抓取废物坑内的塑料袋、水泥块、泥土等废物。

故如果单独使用该动力机械手，必然抓取效率降低，无法完成整个抓取废物的过程。且操作时，需要人工操作，必然增加人工受照剂量。

现有的低放坑内的废物如果仅采用电动抓取回取废物，电动抓具仅能直上直下，不能在坑内拐弯等操作，尤其是在一些不规则低放坑内抓取废物时，不仅容易导致电动抓具与坑口的碰撞，同时，仅能抓取坑口下方正投影区域内的废物，其周围的废物将无法抓取，可分析出采用该方法抓取时，抓取效率低，无法完成抓取废物，且需要人工操作。

实施例3：

在上述实施例的基础上，如图3所示，限定所述电动抓具为电动液压四瓣抓斗，电动液压四瓣抓斗包括抓斗机身3，抓斗机身3的开口端四周设有引导帽1，所述引导帽1为由两根圆形钢筋的与多根环绕在抓斗机身3的开口端周围的弧形钢筋连接而成，两根圆形钢筋中位于上端的圆形钢筋的直径小于位于下端的圆形钢筋的直径。

优选，所述位于上端的圆形钢筋与弧形钢筋的连接端上设有引导角，引导角的角度范围为110—160°。

优选，所述抓斗机身3的主体四周设有防护装置2，防护装置2为由多根呈纵向排列的圆形钢筋与多根环绕在抓斗机身3的钢筋交织而成，多根呈纵向排列的圆形钢筋的中心位于一条直线上。

优选，所述防护装置2上靠近抓斗机身3的开口端的圆形钢筋与直线状钢筋的连接端设有引导角，引导角的角度范围为120°—140°。

实施例3中对电动抓具结构进行限定，尤其是将电动抓具用于小口径、大肚、深坑的低放坑时，防止与低放坑的坑口发生碰撞，延长电动抓具的使用周期。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。