Ugrás a tartalomhoz

A nukleáris ipar hulladékkezelési kihívásai

Dr. Szűcs István (2013)

5.3. A tároló létesítés főbb mérföldkövei és technológiai folyamatai

5.3. A tároló létesítés főbb mérföldkövei és technológiai folyamatai

5.3.1. A létesítés főbb engedélyeztetési és kivitelezési mérföldkövei

A 2004 végén megkezdett felszíni és felszín alatti földtani kutatási tevékenység két kutató lejtősakna és az ahhoz kapcsolódó kutatási tevékenységek megvalósításán alapult, a kihajtásukhoz szükséges létesítési (építési) engedély kiadására csak az akkor hatályban lévő, bányászatról szóló 1993. évi XLVIII. törvény (Bányatörvény) adott lehetőséget, bányászati célú létesítményként.

2005. őszén a Magyar Országgyűlés a határozatában hozzájárult ahhoz, hogy az Atomtörvény 7. §. (2) bekezdése alapján Bátaapáti közigazgatási területén, a már földtanilag alkalmasnak minősített területen megkezdődjenek a kis és közepes aktivitású radioaktív hulladékok tárolására alkalmas hulladéktároló létesítését előkészítő tevékenységek.

2006 augusztusában megkezdődött a Nemzeti Radioaktívhulladék-tároló (NRHT) beruházás előkészítése, amely során a legfontosabb a Keleti és Nyugati lejtősaknák kutatási célú kihajtása és a tároló tervezett szintjének megközelítése volt. Ugyanekkor elkészült a teljes létesítményre vonatkozó Létesítést Megelőző Biztonsági Jelentés (LMBJ), amelyet az ÁNTSZ Dél-dunántúli Regionális Intézete a létesítési engedély kiadásával elfogadott.

2007 végén lezárult a földtani kutatás, a felszín alatti munkák folytatásához pedig 2007 októberére elkészült a NRHT felszín alatti létesítményeinek műszaki tervdokumentációja, amelyet a Pécsi Bányakapitánysági szakhatósági hozzájárulása mellett az ÁNTSZ hagyott jóvá.

2008-ra, a megkezdett bányászati tevékenységek eredményeként elérték a tároló tervezett szintjét (Keleti-lejtősakna: 1723,5 m, Nyugati-lejtősakna: 1772,5 m).

2009-ben és 2010-ben elkészültek a két lejtősaknához kapcsolódó, az 5.5. ábrán feltüntetett vágatrendszer, amelyek:

  • a tároló-összekötő vágatból nyíló tárolókamrák építését,

  • a betároláskori üzemeltetési, lezárási feladatokat, valamint

  • a további kamrák építését szolgálják ki.

2011-ben pedig elindultak az első tárolókamrák (K1, K2) térkiképzési munkái.

5.3.2. Tervezési és kivitelezési alapelvek

Tekintve, hogy a felszín alatti létesítményeket 100 éves üzemidőre kellett méretezni, a statikai megbízhatóság (stabilitás, állékonyság, alaktartás) üzemelés teljes időtartama alatt alapkövetelmény. [45]] Ennek érdekében:

  • A tervek a maximális biztonság, az előírt bányabiztonsági, technológiai, munkavédelmi és egészségügyi szabályok figyelembe vételével készültek.

  • A folyamatos vágathajtás feltételeinek biztosítása technológiai, munkaszervezési, gépkihasználási okokból mértékadó követelményként lett számításba véve.

  • Az alkalmazott EDZ-minimalizáló (Excavation Damaged Zone, magyarul az üregképzés által károsított zóna) kőzetkímélő jövesztési technológiák tervei a kőzetköpeny teherviselő képességének megtartását és a földtani gát védelmi funkciójának megóvását (és annak részbeni méréses ellenőrzését) helyezték előtérbe [43] [44]. Robbantási Technológiai Előírás (RTE) is ezen követelmények figyelembe vételével készült.

  • A biztosítási szerkezetek kialakítása nedves szálerősítés nélküli, illetve szálerősítéses lőttbeton, előfeszítés nélküli kőzethorgony, esetenként erősítő borda, vagy rácsos tartó illetve ponthegesztett acélháló használatára lett kidolgozva.

  • A vágathajtási technológia rugalmassága érdekében (a kőzetviszonyok függvényében) gyorsan és egyszerűen megváltoztatható biztosítási rendszerelemek (pl. fogásmélység, a lőttbetonos héjszerkezet minősége, vastagsága, a kőzethorgonyok hossza és beépítési sűrűsége) alkalmazása került a tervekbe.

5.5. ábra - A tárolószinten a két lejtősaknához kapcsolódóan kialakított bányászati objektumok (2009-2011)

5.5 ábra A tárolószinten a két lejtősaknához kapcsolódóan kialakított bányászati objektumok (2009-2011)

5.3.3. Technológiai folyamatok

A térkiképzés az alábbi folyamatokkal történik [46] [47]:

  • Fő technológiai folyamatok: jövesztés, rakodás-szállítás, vágatbiztosítás.

  • Kiegészítő technológiai folyamatok: előinjektálás, vízmentesítés, szellőztetés.

  • Infrastrukturális folyamatok: villamosenergia-ellátás, vízellátás, sűrítettlevegő-ellátás, hírközlés és informatika.

Ezek közül néhányat részletesebben is bemutatunk.

5.3.3.1. Jövesztés

A vágathajtási munkáknál alapvetően a kőzetviszonyok határozzák meg a jövesztés technológiáját, amely ennek megfelelően lehet: markolókanalas- és robbantásos jövesztés valamint ezek kombinált alkalmazása:

  • A markolókanalas jövesztéshez Liebher 900 típusú tunelbager állt rendelkezésre. Ez a berendezés a robbantásos jövesztésnél is fontos szerepet játszott, ezzel történt a robbantott felület kopogózása (a meglazult kőzetdarabok lefeszítése), illetve a betonlövés előtt, a talp és oldal találkozásánál, a kőzet eltakarítása.

  • A robbantásos jövesztéshez két fúrókaros, szerelőkosaras Atlas Copco L2C típusú önjáró, elektrohidraulikus fúrókalapácsokkal felszerelt fúrókocsival történt a robbantólyukak fúrása.

5.3.3.2. Kőzetkímélő robbantás

A vágatszelvény körüli kőzetkörnyezet minél kisebb roncsolódása miatt kőzetkímélő robbantást [46] [47] kell alkalmazni, ami az alábbi technológiai elemek megvalósításával történt:

  • A vágatok kiképzéséhez szükséges robbantólyukak fúrását nagy teljesítményű, korszerű, elektrohidraulikus üzemű, önjáró fúróberendezés végezte, ez biztosította az előírt robbantólyuk-telepítés pontosságát, valamint a robbantólyukak párhuzamosságát.

  • A kontúrlyukakba kis átmérőjű, töltetek kerültek (45 mm-es átmérőjű furatba 30 mm-es átmérőjű töltet).

  • A kontúrlyukakban rövidebb volt a töltet hossza, mint a bővítő koszorúkban.

  • A kontúrlyukak melletti szélső töltetkoszorú robbantólyukai nem lehettek távolabb a kontúrtól 50 cm-nél.

  • A kőzetkímélő robbantások egyik feltétele, hogy a töltetátmérő (dra) és a lyukátmérő (dly) hányadosa kisebb legyen, mint 0,5, amennyiben nagy detonációsebességű, nagy energiájú a robbanóanyag. A felhasznált LWC AL közepes detonációsebességű (4300 m/s) és energiájú Robbanóanyag, ezért az előbb leírt feltételtől kismértékű eltérés történt.

  • A töltetekre fojtás került a robbanóanyaggal nem feltöltött teljes lyukszakaszon.

  • Az alkalmazott robbanóanyag: Emulgit LWC-AL volt. A töltetek indítása lyuktalpról történt DeM és DeD típusú villamos gyutacsokkal (25 ms, illetve 250 ms késleltetésű lépcsőkben). A robbantás teljes időzítése 3 másodperc volt.

  • Fojtásként polietilén fóliába csomagolt, 25 cm hosszúságú, zúzottkőből álló töltények szolgáltak. A robbantóhálózat sorosan kialakított, és fix robbantóvezeték közbeiktatásával történt az indítás.

5.3.3.3. Vágatbiztosítás

Az alkalmazott térkiképzési és biztosítási módszer az NMT-re (Norwegian Method of Tunneling — norvég alagútépítési módszer, alagutak és vágatok biztosítására, Barton et al. [48]) épül, és alapjaiban a NGI-Q kőzetosztályozási rendszert követi és használja. Ebben a módszerben kitüntetett fontosságú a harántolandó kőzettestek megfelelő geotechnikai minősítése és osztályozása. A kutatóvágatok által harántolt kőzettestek osztályozása elsődlegesen a kutatóvágatok előfúrásaiból, végleges formájában pedig a vágathajtás során a fogásonként elvégzett geotechnikai dokumentáláskor történt.

A beépített vágatbiztosításnak két fő eleme van: a kőzethorgonyok, és a lőttbeton héj. A vágatpalástba a technológiai műveleti utasítás által meghatározott sűrűséggel és elrendezésben radiálisan kőzethorgonyokat építettünk be.

A lejtősaknákban 2,4 m-es, a beruházási vágatokban a szelvénymérettől, kőzetkategóriától függően különböző hosszúságú (2,4 m-es, 3,0 m-es és 4,0 m-es) kőzethorgonyok lettek beépítve. A tárolói szállítóvágat – tároló-összekötő vágat – havária zsompvágat elágazását (lásd: 5.5. ábra) 5,0 m hosszú kőzethorgonyok biztosítják. A beépített kőzethorgonyok 10%-át a beépítést követő 24 óra után terhelésvizsgálat alá kell vetni. A kőzethorgony teherbírása akkor megfelelő, ha mállott kőzetben 50 kN, egyéb kőzetben 100 kN a terhelhetősége. A vizsgálat alapján „nem megfelelő”-nek minősített kőzethorgonyok mellé póthorgonyokat kell beépíteni. Az alapvágatokban négy különböző kőzetkategóriájú helyen történtek kőzethorgony- kiszakításos mérések. Ezen mérések szerint a teljes hosszon beragasztott 2,4 m hosszú kőzethorgony 100 KN húzóerőnél sem szakadt ki a ragasztóhabarcsból. Az összekötő vágatok nagy szelvényű kereszteződésének jobb kőzetkörnyezetben való kialakítása miatt a lejtősaknákban elkészült hat összekötő vágat közül háromnak a helyét az eredeti tervhez képest 5–10 m-rel át kellett helyezni. Néhány esetben e vágatkereszteződések biztosításánál sűrűbben beépített, 3,5 m hosszú horgonyok alkalmazására volt szükség. A vágatpalást biztosításának része a lőttbeton, amely — kőzetosztálytól függően — különböző (8–25 cm) vastagságban készült, nedves beton alapanyag felhasználásával. A beépített lőttbeton vastagságának ellenőrzése még friss állapotban való átfúrással végezhető. A lőttbetonozás minőségi megfelelőségének vizsgálatát és minősítését független vizsgáló laboratórium adta. Ennek során a betonlövés helyszínén ládába lőtt betonminta készült, amelyből a laboratórium készített mintatesteket nyomószilárdsági vizsgálat céljára. A minősítés a nyomószilárdság értéke alapján történt. A beépített beton in situ minősítésének alapját a Hilti-szögbelövéses módszer adta. A minősítés alapja a szög behatolási mélysége és a szög kihúzásához szükséges erő.

5.3.3.4. Előinjektálás

A lejtősaknák hajtása [46] [47] előtti vizsgálat az egyik lejtősaknában magfúrásos előfúrásokkal, illetve a másikban teljes szelvényű szondafúrásokkal történt. A további vágatokban mindenhol történt magfúrás és két szondafúrás. Ezek a fúrások harántoltak olyan zónákat, amelyek vízáteresztő képessége meghaladta az engedélyezési tervben megadott határértéket, vagy amelyekből jelentősebb vízbeáramlásra lehetett számítani. Ezen helyek előrejelzésére a fúrásokban végzett pakkeres kútvizsgálatok szolgáltak, amelyek eredményei alapján a szükséges műszaki beavatkozás (előinjektálás) tervezhető és elvégezhető volt.

A vízkizárás célja a kutatóvágatok izolálása a felszín alatti vízáramlási rendszertől. Ez részben a vágat víztelenítése miatt szükséges. Emellett nem kevésbé fontos szempont annak megakadályozása, hogy a tároló megvalósítása után, annak lezárását követően a tömedékelt vágatban mozgó, esetleg radioizotópokkal szennyezett víz egyes jó vízvezető képességű zónák mentén a felszín alatti áramlási rendszerbe jusson. A felszín alatti kutatás időszakában hajtott vágatoknál ott kellett előinjektálást végezni, ahol az előfúrásokban, szondafúrásokban mért transzmisszivitás meghaladta az 1×10–6 m2/s-ot, valamint a vágat 100 m-es szakaszán a beáramló víz mennyisége elérte a 10 liter/perc értéket. A beruházáshoz tartozó vágatokra [45] vonatkozóan 4×10–7 m2/s transzmisszivitás a határérték, valamint a vágatbeli vízbeszivárgás mértéke maximum 5 liter/perc/100 m lehet. Az előinjektálás a vágathomlokról legyezőszerűen előfúrt 16–25 db lyukban történt, egyre növekvő nyomással juttatva a cement alapú injektálóanyag-keveréket a vágat körüli repedéshálózatba. Közben lépésenként történt az anyag sűrűségének a növelése mindaddig, amíg le nem csökkent a lyuk nyelőképessége. A beruházási vágatoknál a szigorúbb határérték elérése miatt több esetben szükséges volt egy homlokról egymás után több injektáló ernyővel, néha különböző szemcseméretű anyaggal elvégezni az injektálást. Hosszabb injektálandó vágatszakaszon több, egymással átfedésben lévő injektálási ernyővel történt a besajtolás. Abban az esetben, amikor a vágathomlok repedezettsége olyan mértékű volt, hogy a cementalapú injektáláshoz használt technológiával nem volt megfelelő az injektálás hatásossága — az injektáló anyag visszafolyhatott a homlokon — a vágathomlokon poliuretán-gyanta alapú injektáló anyaggal úgynevezett pajzsinjektálás vált szükségessé. Ennek célja a homlok repedéseinek eltömítése és egy előtétpajzs kialakítása, amely mögé már sikeresen bejuttatható a cementalapú injektáló anyag. (A kihajtott 5363,1 m vágathossz kb. 30%-án kellett előinjektálást végezni, amely során közel 600 m3 injektáló anyagot kellett besajtolni.

5.3.4. A hulladékelhelyezési rendszer

Bátaapátiban a tervek szerint a Paksi Atomerőmű üzemviteléből származó kis és közepes aktivitású szilárd, illetve szilárdított radioaktív hulladékokat helyezik el. A hulladékokat 200 literes szénacél hordóban szállítják a felszíni telephelyre, ahol azokat vasbeton konténerekbe csomagolják, és térkitöltés alkalmazásával monolit blokkokká alakítják [49]]. A vasbeton konténerek képezik az elhelyezési egységeket. A konténereket szállítójárműveken szállítják le a megközelítő vágatokon keresztül a közel vízszintes tárolókamrákba, ahol azokat 4×4+3-as elrendezésben [50], maximálisan 44 szelvényben helyezik el a 100 méteres aktív kamrahosszon belül (5.6. ábra). A teljesen feltöltött kamrákat öntömörödő betonnal tömedékelik, majd végül a nyaktagban mindegyiket külön vízgát alkalmazásával választják el a tároló egyéb elemeitől. A tároló végleges lezárásakor a szintes vágatokat, valamint a megközelítő vágatokat zúzott gránittal tömedékelik, vízgátak kialakításával pedig szakaszolják. A nyitópontnál betondugót alakítanak ki a behatolás elleni védelem érdekében.

A lezárást követően a tervek szerint monitoringrendszert üzemeltetnek a tároló működésének ellenőrzéséhez (ezt aktív intézményes ellenőrzési időszaknak nevezzük, amelynek hosszát 100 évnek vesszük). Ennek befejezése után a terület intézményes ellenőrzését passzív módon folytatják (pl. területhasználat korlátozásával) az elhelyezési rendszer minél hosszabb ideig tartó védelme érdekében (a jelenlegi feltételezések szerint ez a passzív ellenőrzési időszak a 300 évet nem haladja meg). Azonban ez sem tartható fenn addig, amíg a radioaktív izotópok bomlásával a hulladék egésze eléri a mentességi határértéket, azaz további kockázatot a környezetre már nem jelent. Ez az időtartomány az elhelyezett teljes hulladékmennyiség vonatkozásában igen hosszú időszakot is igénybe vehet [51], a hosszú felezési idejű, de csak elenyésző mértékben jelenlévő izotópok miatt.

Az elhelyezési rendszer várható fejlődését leíró normál forgatókönyv [52] szerint a tároló lezárását, azaz az aktív vízmentesítést követően a tároló üregrendszerének visszatöltődése azonnal megkezdődik a felszín alatti vizekkel. Miután a visszatöltődés elérte azt a szintet, hogy a hulladékot tartalmazó hordók is vízzel telítődnek, elkezdődik a radioaktív izotópok kioldódása a hulladékformából. A pórusvízbe beoldódott izotópok a hordók közötti cementes alapú térkitöltésen, majd az elhelyezési konténer oldalfalán keresztül kijutnak az öntömörödő betonnal visszatömedékelt tárolókamrákba. Ott — várhatóan elsősorban a tömedék (beton) repedései mentén — advektív-diszperzív, illetve diffuzív folyamatokkal a kamrát körülvevő EDZ-be jutnak. Az EDZ-ben ugyan hígulnak, ugyanakkor azonban az ott jelentkező nagyobb vízforgalom miatt terjedésük is felgyorsul. Az, hogy a kamrákat a kijutott radioaktív izotópok hol és milyen irányban hagyják el, a helyi áramlási viszonytól függ.

A kiragadott szemelvények formájában bemutatott rövid esettanulmány vizsgálatai és értékelései a Bátaapáti térségében folyó, a Nemzeti Radioaktívhulladéktároló (NRHT) kutatásával és kialakításával kapcsolatos munkák keretein belül valósulhattak meg, amelyeket a Központi Nukleáris Pénzügyi Alapból a Radioaktív Hulladékokat Kezelő Közhasznú Nonprofit Kft. (RHK) finanszírozott.

5.6. ábra - Az hulladékelhelyezési rendszer vázlatos felépítése (Bőthi Z. et al. 2009 nyomán) a) a telephely elvi keresztmetszete a felszín alatt kialakított kamramezőkkel és megközelítő vágatokkal, b) egy tárolókamra keresztmetszete a felhalmozott vasbeton konténerekkel, c) a vasbeton konténereken belül elhelyezett szénacél hordók, d) a vegyes szilárd, illetve szilárdított hulladékokat tartalmazó szénacél hordók

5.6 ábra Az hulladékelhelyezési rendszer vázlatos felépítése (Bőthi Z. et al. 2009 nyomán) a) a telephely elvi keresztmetszete a felszín alatt kialakított kamramezőkkel és megközelítő vágatokkal, b) egy tárolókamra keresztmetszete a felhalmozott vasbeton konténerekkel, c) a vasbeton konténereken belül elhelyezett szénacél hordók, d) a vegyes szilárd, illetve szilárdított hulladékokat tartalmazó szénacél hordók