一种高放废物地质处置库人工屏障缓冲材料的安置方法与流程

本发明涉及一种高放废物地质处置库人工屏障系统，尤其是一种高放废物地质处置库人工屏障缓冲材料的安置方法。

背景技术：

近年来，随着国民经济的蓬勃发展，能源短缺逐渐成为中国所面临的严峻问题，中国越来越重视核能的利用和发展，核能的利用，必将产生大量的核废料，因此核废料处置已经成为迫在解决的课题。

对于高放废物的处置，目前国际社会上普遍接受的可行方案是把高放废物深埋于地下500～1000m深的稳定的地层中：即将高放废物经过固化处理、灌装后，储藏在深部地质处置库中，该处置库通常称为“高放废物地质处置库”,以下简称为“处置库”。

处置库的设计思路，一般采用的是“多屏障系统”，包括围岩地质屏障，基于膨润土作为缓冲材料的人工屏障和废物储存容器屏障。玻璃固化的高放废物封装在特制的容器中，这种容器是用非常耐腐蚀的高级合金钢或铜等材料制造的。处置的时候，固化容器的周围还要填充吸附性能好的膨润土材料，这样构成了多道“人工屏障”。除此之外，还有优良的“天然屏障”。高放废物库建在几百米深地下的稳定地质层内(如花岗岩、粘土岩、盐岩等)，其选址在既没有裂隙、断层、地震和火山活动，也没有矿藏和地下水流过的地质体。地质构造具有良好的阻滞放射性核素迁移和扩散的能力，可以起到有效隔离放射性核素的屏障作用。

关于形成人工屏障的缓冲材料的放置，目前多采用两种方法：如图1所示，方法一是将高放废物1通过主巷道6放置在水平的侧向巷道中，在侧向巷道中，先紧挨着高放废物是用混凝土材料7固定，混凝土材料的外侧填充的是缓冲材料颗粒2。这样放置，虽然可以有效阻滞高放废物中产生的放射性核素在水平方向的迁移，但是，高放废物的上下表面与围岩直接接触，在这一方向上，并不能有效阻滞核素的迁移；图2所示的方法二，是将缓冲材料(例如膨润土材料)加工成缓冲材料块体3后，环向放置在盛装高放废物1的处置罐8周围，缓冲材料块体与缓冲材料块体之间存在孔隙，由于缓冲材料块体是高压实块体，缓冲材料吸水膨胀之后，块体与块体之间会有相互作用力，并不能起到完全密实的作用，导致在块体与块体接触面处留有孔隙，成为核素迁移的潜在通道。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种高放废物地质处置库人工屏障缓冲材料的安置方法，使用该安置方法构筑的缓冲材料人工屏障，可以有效地起到固定处置罐和降低核素迁移的作用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包含如下步骤：1)在处置库的侧向巷道内部下方，沿巷道长度方向铺设混凝土支座；2)在混凝土支座之上放置高压实成块的缓冲材料块体；3)将盛装有高放废物的处置罐放在缓冲材料块体之上；4)在处置罐周围的巷道空间内用松散的缓冲材料颗粒进行填充。

相比现有的形成人工屏障的缓冲材料的放置方法，本发明提出的一种新型的处置库缓冲材料放置方法，通过在处置库侧向巷道的中间部分安放装有高放废物的处置罐，具体地，是在处置罐的下部使用高压实成块的缓冲材料块体，起到固定支撑的作用，而处置罐的周围使用松散的缓冲材料颗粒进行填充，这样缓冲材料均直接和处置罐接触，下部起到固定作用，周围用松散的颗粒起到密封，随着缓冲材料的吸水膨胀，缓冲材料颗粒可以进入下部高压实块体之间的孔隙中，可以有效起到全面密封固定处置罐的作用，不会留有间隙，降低了核素迁移。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个现有技术处置库的结构示意图。

图2是本发明另一个现有技术缓冲材料在侧向巷道内放置的局部放大示意图。

图3是本发明一个实施例处置库的剖视图。

图中，1、高放废物，2、缓冲材料颗粒，3、缓冲材料块体，4、混凝土支座，5、侧向巷道，6、主巷道，7、混凝土材料，8、处置罐。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图3示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种高放废物地质处置库人工屏障缓冲材料的安置方法，其中的缓冲材料通常采用的是膨润土，包含如下步骤：

1)在处置库的侧向巷道5内部下方，沿巷道长度方向铺设混凝土支座4，混凝土支座4起到固定支撑的作用；

2)在混凝土支座4之上放置高压实成块的缓冲材料块体3；

3)将盛装有高放废物1的处置罐8放在缓冲材料块体3之上；

4)在处置罐8周围的巷道空间内用松散的缓冲材料颗粒2进行填充，缓冲材料颗粒2起到密封作用。

作为本实施例的一种具体实现结构，参见图2示出的处置库的剖视图中，所述混凝土支座4可以是具有一个弧形的上支撑面，通常在其他方向上为平面，混凝土支座4的水平下部直接设置在侧向巷道5内部，上支撑面的弧度与处置罐8的外形弧度一致，缓冲材料块体3的形状也呈与上支撑面一致的弧度，并排列放置在混凝土支座4的上支撑面上，缓冲材料块体3由混凝土支座4向处置罐8逐层排布，并且使用的缓冲材料块体数量逐层递减。

优选地，为了使得各方面受力均匀，结构稳定，将放置后的处置罐8设置在侧向巷道5横截面的居中位置。当侧向巷道5的形状采取图3所示的拱形设计时，通常使处置罐8的中心线位于巷道上半圆的轴线位置，效果最好。

在本实施例中，因为膨润土具备遇水膨胀、自封闭性、低渗透性和核素吸附等特性，一般选用膨润土作为缓冲回填材料，简称缓冲材料，在众多的膨润土中，目前基本确定作为处置库缓冲材料的主要有美国的mx-80膨润土、西班牙的febex膨润土、日本的kunigel-v1膨润土以及中国的高庙子膨润土。

使用这种方式的好处还在于，方便安装和制造，缓冲材料颗粒2可以通过特制管路输入到指定位置，使得回填操作变的更加容易同时也更有可能实现机器化操作。这种放置方法，可以同时兼顾固定处置罐8及密封的作用；借助于此种安置方式，更容易实现在实验室同时开展相同情况下压实缓冲材料和松散缓冲材料的热水力耦合热性研究，为实际深部地质处置提供指导。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种高放废物地质处置库人工屏障缓冲材料的安置方法。它是通过在处置库侧向巷道的中间部分安放装有高放废物的处置罐，在处置罐的下部使用高压实成块的缓冲材料块体，起到固定支撑的作用，而处置罐的周围使用松散的缓冲材料颗粒进行填充，这样缓冲材料均直接和处置罐接触，下部起到固定作用，周围用松散的颗粒起到密封。本发明可以有效起到全面密封固定处置罐的作用，不会留有间隙，降低了核素迁移。

技术研发人员：刘江峰;倪宏阳;宋帅兵;浦海;茅献彪;曹栩楼
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2017.04.11
技术公布日：2017.08.18