Проект "Днепр-2". Как это было.

Оцените материал
(7 голосов)

Второй взрыв, получивший наименование "Днепр-2", произведен 27 августа 1984 г. Одновременно взорвано два ядерных заряда мощностью 1.7 кт каждый. Рудный блок подготовлен на том же месторождении, где был первый взрыв, использованы ранее пройденные технологическая и транспортная штольни. Блок примыкает к магазину отбитой руды первого взрыва. Как и в первом эксперименте, в блоке пройдены горизонтальный и вертикальный экраны.

Цель и задачи эксперимента

Эксперимент "Днепр-1" доказал принципиальную возможность применения подземных ядерных взрывов для дробления руды в технологии подземной разработки рудных месторождений.

Вместе с тем полученных данных недостаточно для проектирования новой технологии разработки крупных месторождений, имеющих сходные горно-технические условия, так как не выявлены возможности дробления групповым взрывом одновременно больших объемов горной массы, непрерывного ведения работ по добыче с постоянной производительностью предприятия и полностью не решены вопросы основных конструктивных элементов новой технологии для групповых взрывов.

Днепр-2Ядерный взрыв «Днепр-2» со скреперной доставкой руды

При одновременном взрывании двух зарядов использован эффект столкновения ударных волн, что, как считалось, должно способствовать увеличению выхода отбиваемой руды и ее лучшему измельчению. Ожидалось улучшение выпуска отбитой руды за счет увеличения коэффициента разрыхления с 1.07 (при первом взрыве) до 1.14, что достигалось за счет выпуска магазина и увеличения объема вертикального экрана. Проводилась дополнительная длительная проверка работы системы по отводу радиоактивных частиц от эпицентра в камеру захоронения. В задачи также входило дальнейшее уточнение воздействия ядерного заряда на массив, как на поверхности, так и на подземных работах путем визуального наблюдения и продолжение исследований по оценке уровня радиоактивности в отбитой руде, на поверхности и в атмосфере.

Оптические и визуальные наблюдения

Оптическая аппаратура для регистрации внешней картины взрыва, как и при первом взрыве, была установлена в передвижном приборном фургоне на расстоянии 1.5 км от эпицентра взрыва.

В эпицентральной зоне было установлено четыре световых репера, из них два в эпицентре КБ-1 и КБ-2 и два в точках выхода ЛНС. Реперы зажглись за 3 с до взрыва.

Оптическая аппаратура и реперы сработали в заданном режиме. Выброса газов и породы не зарегистрировано. Максимальная высота подъема грунта оценивается величиной 0.4-0.8 м.

Визуальным наблюдением установлено, что со склонов горы Куэльпор сошли небольшие осыпи. К устьям штолен скатились единичные куски породы. На всех прилегающих дорогах повреждений не обнаружено, и они могли нормально эксплуатироваться.

  • Радиационная обстановка в отбитой руде, на поверхности и в атмосфере

До проведения хибинского эксперимента американскими и советскими учеными были предложены различные варианты отбойки руды ядерными взрывами. Одной из проблем при этом оказался выпуск руды, частично загрязненной радиацией. В первом проекте, предложенном советскими специалистами, предусматривалось извлечение радиоактивного шлама через выпускные выработки днища с применением средств биологической защиты персонала.

Другим проектом, опубликованным в американских источниках, предполагалось использование полостей взрыва в качестве магазина, из которого производится выпуск. Недостатком проекта являлась необходимость проходки и крепления вертикальных выработок в зоне радиоактивного шлака, выдача чистой руды через выработки, находящиеся в радиационных шлаках.

В отличие от этого, в проекте наших ученых Б.И. Нифонтова, В.М. Кольцова, К.В. Мясникова и др. предполагалось регулирование режима выпуска обрушений руды с выдачей "чистой" и загрязненной либо захоронение последней в специальных выработках днища.

Повышение радиационной безопасности при выпуске взорванной массы, таким образом, могло достигаться путем размещения зарядов в боковых вмещающих породах, селективной выдачи загрязненной и чистой руды и локализации загрязненных участков методом битумизации или цементизации.

Специалисты-атомщики совместно с предприятием ФГУП ВНИПИпромтехнология создали систему управления радиационным эффектом взрыва. Для предотвращения или снижения попадания радионуклидов в отбитую руду предлагалась конструкция отвода продуктов взрыва на десятки метров от эпицентра. Действие такой системы проверялось на Семипалатинском полигоне в штольнях 148/1 в 1971 г. и 148/5 в 1974 г. В этом же году в штольне 148/5 горного массива Дегелен был также успешно проведен эксперимент по системе управления радиационным эффектом. Доказано, что применение этого способа снижает загрязнение раздробленной руды и радиационную опасность при использовании ядерной взрывной технологии в промышленных целях.

Проверенный на других объектах метод был заложен в проект проведения хибинского эксперимента "Днепр-2".

Ниже показана схема отвода радиоактивности из двух взрывных камер, расположенных на расстоянии 75 м друг от друга, по 120-метровым отводящим выработкам в камеру захоронения для радиоактивных отходов. По этим отводным выработкам проложены металлические трубы большого диаметра, по которым перемещались испаренный материал и расплавленная порода из эпицентра взрыва. Истечение этих компонентов продолжалось несколько десятых долей секунды. Камера для радиоактивных отходов находится в пустых породах висячего бока, что исключает попадание радионуклидов в руду. Подтверждением этому является заключение специалистов п/я М-5703: "Условия горных работ не требовали каких-либо ограничений, поскольку параметры радиационной обстановки на рабочих местах не отличались от фоновых величин".

Днепр-2

 

Схема эксперимента "Днепр-2" с двумя ядерными взрывами

Более детально захоронение радиоактивных продуктов взрыва исследовалось при проведении эксперимента "Днепр-2". По сравнению с первым взрывом 1972 г. длина каждой выработки захоронения была увеличена. Для обеспечения доступа к камерам захоронения горный массив на горизонте +375 м вскрывался технологическим штреком № 2 вплоть до сбойки с измерительной выработкой, пройденной до взрыва.

Проведено визуальное обследование выработок захоронения № 1 и № 2. Начало обследования (точка 0) в месте сопряжения выработок захоронения и измерительной выработки.

Выработка захоронения № 1

0 м - на своде, как и на стенках, имеются зияющие горизонтальные трещины с оплавом в виде покрова со свисающими сосульками; поверхность, где оплав обвалился, чистая, неизмененная, мощность оплава от 2 до 8 см; левая стенка чистая, подошва покрыта сплошными расплавом и упавшими обломками породы

5 м - по правой стенке и своду тянется непрерывный покров сплава, на своде сосульки длиной до 10 см, толщина покрова 2-5 см; открытые трещины до 30 см имеют сплошное покрытие

9 м - в трещинах левой стенки рыхлый расплав, в котором преобладает измененная порода с тонкими прослойками стекла

8-12 м - бетонные обломки, обломки породы, покрытые слоем оплава

20 м -  правая и левая стенки имеют в нижней плоскости зияющие горизонтальные трещины, на подошве валик стекшего оплава, на кровле гладкая поверхность с сосульками расплава, переходящими в сплошной покров

33 м -  по левой стороне слабо падающая трещина раскрытостью около 5 см, с корочками расплава по краям и брекчией посередине; на подошве прочный расплав

40 м - кровля покрыта расплавом, имеются валуны, округлые, утопленные с корками оплава; также присутствуют неутепленные и возвышающиеся обломки породы, покрытые слоем оплава; на подошве толщина расплава 35-40 см 40-50 м - ситуация аналогичная

55 м - завал крупных глыб, чистых по краям, в расщелинах расплав

60 м - на лежащих валунах корка оплава толщиной до 10-12 см, под оплавом рыхлая порода

65 м - крупный 10-15 м вывал, закрывший стенки и подошву; в некоторых местах обнажаются корки расплава черного цвета на монолитных стенках, толщина покрова до 5 см; в расщелинах вне пределов допуска видны массы рыхлого пестрого материала с оплавом

Выработка захоронения № 2

0 м - разрушена бетонная перегородка с кусками перемятой металлической трубы; в правой части выработки видно 0,5 м деформированного неоплавленного швеллера, здесь же субгоризонтальные трещины с раскрытостью 35-40 см, просматривающиеся на расстояние до 10-12 м; кровля трещины покрыта слоем расплава толщиной 0.5 см

5 м - кровля покрыта густыми нашлепками расплава; на правой стенке трещина раскрытостью 30 см и длиной более 15 м, которая покрыта расплавом толщиной 0.5 см

25 м - вывал, состоящий из бетона с кусками              металлических конструкций (плоских, толщиной 6-8 мм); расплав образует небольшие натеки на кровле; размеры кусков бетона до 60 см; вывал заканчивается на 35 м, он обусловлен мончекитовой дайкой мощностью 0.5 м, имеющей продольную трещиноватость

35 м - в правой стенке отмечена горизонтальная трещина длиной более 20 м и раскрытостью 1-30 см

45 м - начало вывала

55 м - на подошве застывший поток расплава толщиной 10 см

82 м - выработка имеет изометрическую форму; расплавом забиты трещины толщиной 2 см; обрушение произошло после заполнения трещины расплавом, пересекающая выработка не сомкнута, а забита почти под кровлю материалом

92-93 м - на левой стенке камеры образовался лаз, залитый расплавом

100 м - конец камеры; в верхней части навала, заполняющего камеру, имеется широкий лаз, из которого просматривается камера размером 8-10 м; в дальней части камеры навал, постепенно поднимаясь, уходит под кровлю; в правой части камеры имеется лаз овальной формы, просвет - 2 м, в лазе - 0.8 м; максимально видимое превышение кровли дальней камеры -10 м

В результате обследования камеры захоронения сделано заключение, что основная масса радиоактивного расплава от взрыва 1984 г. рассредоточена в этих выработках и соединяющих их трещинах. По оценкам, масса расплавленной радиоактивной породы в них составляет приблизительно 1700 т. Более 90% от общего количества образовавшейся при взрыве радиоактивности было выброшено в пустые породы, и руда практически не была загрязнена.

Обследование проводилось с 4 по 22 мая 1987 г. Радиевым институтом им. Хлопина. ВНИПИПТ, п/я 5703 и представителями комбината "Апатит".

С момента проведения взрыва в 1972 г. по сегодняшний день лаборатория радиационной безопасности М-5703 проводит ежегодный мониторинг. В заключительном отчете за 1997 г. приведены сведения об экспериментальных работах на объекте "Днепр" за период 1972-1995 гг., позволившие оценить радиационные последствия ядерных взрывов. В состав мониторинга входит радиационный контроль объектов внешней среды на промплощадке бывшего рудника и прилегающей территории, наблюдения за его состоянием при ликвидации рудничных сооружений. Радиационному контролю подлежат почвы, рудничные воды, донные отложения, воды местных ручьев, растительность, грибы и ягоды. К наблюдаемым сооружениям относятся изолирующие перемычки на устьях штолен, трубопровод для стока воды из рудника рудный склад. Радиометрическая съемка территории показала что уровень радиационного фона находится в пределах 8-26 мкР/ч, а плотность потока бета-частиц колебалась от 1 до 4 бета-част/см2 мин. Данные не отличаются от многолетних наблюдений и соответствуют естественному фону севера европейской части страны.

При проведении натурных исследований были отобраны пробы воды, донного осадка, растительности. В результате лабораторных анализов в пробах внешней среды обнаружены радионуклиды ядерного взрыва: цезий-137, стронций-90, тритий. Содержание цезия и стронция во всех водных пробах соответствует фоновому содержанию. В пробах ягод и грибов количество цезия-137 не превысило 5.1-10 Бк/кг, стронция-90 - 22 10 Бк/кг сырого веса, что практически совпадает с данными за предыдущие годы и не превышает допустимых норм. Обследованием установлено, что устья штолен, состояние засыпки, трубопроводы и каналы для разбавления сточных вод из рудника в удовлетворительном состоянии.

Сделан вывод, что на промплощадке рудника и прилегающей территории радиационный фон находится в пределах естественных колебаний. Содержание искусственных радионуклидов взрывного происхождения в воде местных водоемов, почве и растительности ниже допустимых уровней и не превышает уровней глобального загрязнения долгоживущими нуклидами (цезий, стронций, тритий) данного района. Из всех контролируемых параметров не отвечает требованиям НРБ-99 содержание трития в шахтной воде, вытекающей из штольни по трубопроводам, но в результате разбавления водой из реки Кунийок оно ниже допустимых норм для питьевой воды.

Дозы внешнего и внутреннего облучения населения, посещавшего районы объекта "Днепр", сопоставимы с облучением от естественного радиационного фона. Выводы основаны также на ежегодных актах обследования с 1973 по 2003 гг.

В дальнейшем при проходке рудоперепускного восстающего 1/3, подэтажных штреков и смотровых ходков после взрыва "Днепр-1" для определения кусковатости отбитой руды одновременно уточнялось наличие радиоактивности в отбитой руде. Установлено, что оно не превышало фоновых показателей. При выпуске более 400 тыс. т руды, добытой из магазинов после двух взрывов ("Днепр-1" и "Днепр-2"), радиационной службой комбината также подтверждено отсутствие превышения радиационного фона. Полагаем, это стало возможно в результате применения механизма управления распределением радионуклидов и размещения зарядов в породах висячего бока месторождения за контуром рудного тела.

Волногасящие экраны

Экраны являются составляющей новой технологии и предназначены для снижения сейсмического воздействия на массив и улучшения качества дробления руды. Оценка эффективности экранирования взрывной волны применительно к условиям экспериментального взрыва первоначально проверена методом моделирования в масштабе 1:500 с соблюдением геометрического подобия расположения щелей и заряда, а также ожидаемых размеров полости взрыва. Взрывы проводились на плоских моделях из органического стекла размером 2.5x28x31 см с условным блоком размером 10x10см, оконтуренным сплошной вертикальной и горизонтальной щелями с целиками. Вертикальную нагрузку от веса налегающих пород и отсутствие возможности бокового расширения обеспечивали обжатием модели в специальной обойме. Начальную нарушенность пород перед взрывом имитировали нанесением на модель сетки трещин, соответствующей в масштабе естественной нарушенности массива, наиболее распространенной системе трещин. Измерение и регистрацию волн напряжений при взрывах производили с помощью пьезоэлектрических датчиков, расположенных перед щелями и за ними, и электронных осциллографов типа С1-24, С8-9а и С8-1, разработанных в ИГГМ АН УССР и ГоИ КФАН СССР.

Характер разрушения моделей оценивался путем фотографирования. Эффективность экранирования взрывных волн определялась отношением максимальных радиальных напряжений, измеренных на постоянных расстояниях от центра взрыва, перед щелями и за ними при взрывании зарядов одинакового веса. Отметим, что расчетному радиусу полости взрыва 15 см, определенному для условий экспериментального взрыва по формуле Клоссмана, в модели соответствует радиус 3 см, который может быть достигнут при весе цилиндрического заряда 4 г.

Оценка эффективности экранирования взрывных волн с помощью щелей, проведенная по осциллограммам напряжений, измеренных в моделях на расстояниях 40 и 70 м, в перерасчете на натуру от центра взрыва показала, что при наличии экранирующих щелей диссипативные потери энергии волны на указанной базе привели к снижению максимальных напряжений в 1.4-2.1 раза, увеличению времени нарастания напряжений до максимума в 1.5-2 раза при длительности эффективной части импульса 25-30 м-с и средней скорости распространения взрывной волны 2800-3000 м/с.

При проведении взрыва "Днепр-1" сейсмическими замерами подтверждено, что в зависимости от наличия целиков в экранирующих щелях сейсмическое воздействие на массив может изменяться в 3-5 раз.

Технология образования горизонтального экрана мало чем отличается от "подсечки" блоков при скважинной отбойке. Горизонтальный экран образуется после проходки буро-подсечного штрека на гор. +330 м нарезкой подсечных штреков. Порода разрушается взрыванием рядов глубоких скважин, пробуренных станками НКР-100, с частичной уборкой породы.

Для временного поддержания массива блока от самообрушения на горизонте подсечки оставались целики. Технология образования элементарна и не вызывает вопросов в организации.

Разделка вертикального защитного экрана проводилась посекционным взрыванием нисходящих и восходящих скважин, пробуренных станками НКР-100. Отбойка скважин в секциях производилась на отрезные восстающие, порода из щели выпускалась на скреперный штрек, откуда транспортировалась на поверхность. Для поддержания боков щели в ней оставляли два ленточных целика общей площадью около 1000 м2.

Время на образование экранов при последовательном порядке организации работ в опытном блоке составило 11 месяцев, из них 4 месяца на образование вертикальной щели.

Отбойка и выпуск руды

Ядерным взрывом "Днепр-2" участок рудного массива был отбит в контуре, предусмотренном проектом. Объем обрушенной массы составил 488400 м3 с параметрами блока 50x125x90 м. Произведен выпуск руды скреперными лебедками 2ЛС-100 с производительностью 350 т/смену. Выпущено 352 тыс. т руды. Осложнений при выпуске руды не наблюдалось. Качество руды вполне удовлетворительное, что подтверждается расходом ВВ на вторичное дробление - 17,5 г/т. Этот расход ВВ в несколько раз ниже, чем при скважинной отбойке, где при скреперном выпуске он составил 139 г/т, а вибропитателями 62 г/т. Прессование руды и крупных зависаний не наблюдалось.
 
По материалам монографии В.В. Гущина "Подземная разработка апатитовых месторождений:от минных до ядерных взрывов".
 
Прочитано 2618 раз Последнее изменение Вторник, 24 Май 2016 19:11

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены