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放射性铀矿氡气的危害

发布日期:2017-04-12  来源:选矿技术网  浏览次数:7452
    放射性矿床均有放射性危害,但依其核素的不同和含量的高低,危害程度也不同。矿床中氡的半衰期为3.82天,氡气及其子体对铀矿工人的内照射,造成了铀矿的主要放射性危害。矿床中的钍射气半衰期为55.6s,只有钍含量很高的矿床,钍射气及其子体才有一定的放射性危害。锕铀仅占天然铀的0.72%,锕射气半衰期为3.96s,其放射性危害甚微。
 
    此外,铀、钍衰变子体所放出的β、γ射线,对矿工形成全身外照射。当矿体含铀品位很高时(地下矿高于1%),γ外照射也不容忽视。β射线比γ射线的照射剂量小得多,一般不考虑。
 
    现有资料查明,铀矿山矿工吸入氡子体对肺造成的剂量比氡大20倍,氡子体是诱发矿工肺癌的主要原因;其次是矿尘和长寿命放射性气溶胶。国内外铀矿开采实践证明,矿工吸入矿尘和放射性核素,在其共同作用下引起的肺癌发病率比一般高3~30倍。氡及其子体致癌的潜伏期为17~20年。
 
    某些非铀矿山,因矿床伴生铀,矿工吸入氡及其子体导致癌的发病率也很高,这些矿山从业人员多,集体剂量大,也要做好对放射性危害的防治工作。
 
    氡是镭衰变产生的惰性气体,无色、无味、无臭、透明、密度9.73g/L,可溶于水、油,特别是脂肪,能被硅胶、活性炭吸附。在不同矿岩中的扩散系数为(0.05~10)×10-2cm2/s,射气系数Sα=5%~40%。氡在矿岩孔隙中运移,进入矿井大气,并不断衰变生产RαA、RαB、RαC、RαC′等子体。这些固体微粒一部分很快与矿尘结合形成放射性气溶胶。氡及其子体在矿井空气中,浓度随空气在井下经过的路程和停留时间而迅速增长。3.7kBq/m3的氡处于放射性平衡时的子体α潜能为1.278×103MeV/L。
 
    一、铀矿中氡的来源
 
    铀矿中的氡主要来自含铀矿岩石的暴露表面、地下堆积的铀矿石、采空区好哦崩落体、充填料和矿井水。各种来源占的比例大小随采矿方法、开采深度、通风条件而不同。几个铀矿山的实测数据如表1。
                                  
表1  矿井氡析出量和来源(1980~1985年),
矿  山
716-2
711-1
771-1
712-2
743-301
氡来源
氡析出量(kBq/s)
%
氡析出量(kBq/s)
%
氡析出量(kBq/s)
%
氡析出量(kBq/s)
%
氡析出量(kBq/s)
%
 矿井总排氡量
 采空区、崩落体
 顺路井、充填体
 矿岩石表面
 爆落矿堆
 矿井水
 其  他
619.5
545.4
 
64.8
 
0.8
8.5
100
88
 
10.5
 
0.13
1.4
985.3
351.5
222
334.6
70.5
6.7
 
100
35.7
22.5
34
7.2
0.67
 
793.6
232.3
168
358
35
 
 
100
29.3
21.2
45.1
4.4
 
 
345
150
 
181
14
 
 
100
43.5
 
52.5
4.0
 
 
603.8
240
130
187.2
48.6
 
 
100
39.7
21.5
31.1
7.7
 
 
采矿方法
通风方式
分层崩落法
对角两翼抽出式
充填法
对角单翼抽出式
充填法
对角两翼抽出式
进路短壁法
对角两翼压入式
充填法
对角单翼压入式
    注:Ci-里居;Bq-贝可;em-埃曼;μJ-微焦耳;GB-国标;1Ci=3.7×1010Bq,1em=3.7kBq/m3,1GB=6.4μJ/m3
 
    铀矿山通风设计所用的氡析出量一般通过实测确定。采场氡及其子体主要来自入风污染、围岩和矿堆析出。采场实测数据见表2。
                                    
表2  采场氡及其子体来源(1980~1986年)
矿山、采场号
采场
排氡量
(kBq/s)
氡来源
回风中氡子体潜能
(μJ/m3
氡子体来源
采矿方法和通风状况
入风带来
(kBq/s)
采场析出
(kBq/s)
入风污染
(μJ/m3
析出衰变
(μJ/m3
711-1
130-19采场
21.53
23.51
10.43
14.8
11.1
8.81
12.67
5.27
9.92
4.64
3.65
0.63
充填法,主风流上,下行充填法局扇下行风
712-2
5个采场平均
2.31
1.42
0.89
1.58
1.24
0.34
进路法,局扇压入式
743-403
2采场
54.8
0.5
54.3
1.35
0.31
1.04
充填法,主风流压入式
                                        
    二、氡析出率
 
    氡析出率δ是从介质表面单位面积、单位时间析出氡量。其影响因素主要是介质的性质、结构、铀含量和通风状况等。为了工程使用方便,引入当量氡析出率δe,即将铀品位(U%)折算到1%,铀、镭平衡系数Kp折算到1时的氡析出量。
 
 
    一般认为,对一定的介质、一定的通风条件,δe是一个常数。但实测数据变化较大(见表3),其主要影响因素是风量和风压及温度等(见图1、2)。考虑到实测数据的统计误差,经回归分析提出建议值,供通风计算时参考。
                                  
表3  实测氡析出率(1980~1984年)
矿山
δ(Bq/sm2
δe(Bq/sm21%u)
建议用δe(Bq/sm31%u)
地质条件
范围
平均
范围
平均
711-1
2.03~15.4
7.16
15~118
66
92.5~148
炭硅泥型,石英岩,品位0.1%~0.2%,Kp=1~1.1,孔隙度0.13。
712-2
0.65~6.54
4.47
7.47~76.96
52.54
70~110
砂岩型,砂岩粉砂岩,品位0.08%~0.1%,Kp=1,孔隙度0.12
743-301
4.6~50.65
20
15.54~181.1
72.52
110~155
花岗岩型,斑状花岗岩,品位0.2%~0.5%,Kp=1.13,孔隙度0.12
719-1
1.41~3.41
2.66
37.74~91.02
59.57
55~100
花岗岩型,石英板岩,品位0.107%,Kp=1.01
716-1
12~30
20
114~285.7
232.71
110~260
炭硅泥型,炭板岩,泥板岩,品位0.08%~0.14%,孔隙度0.15
美国
新墨西哥州
 
18.5
 
 
 
砂岩,多孔
美国犹他州
1.85~5.55
3.7
 
 
 
加拿大安大
略埃利奥特
0.7~4.4
2.5
 
 
 
砾岩
 
图1  某石门实测氡析出速率与风量关系
 
图2  稳定氡析出率与风压关系曲线
1-地表风化花岗岩;2-井下原生红花岗岩
 
    破碎矿岩氡析出能力δK比未破碎的大得多,主要决定于矿岩的粒度、厚度、密度和空气的渗流作用。破碎矿石和充填料氡析出能力实测数据列入表4。
 
表4  破碎矿岩氡析出能力(1980年)
矿山
品位(%)
风速(m/s)
千吨矿石氡析出能力δK(kBq/s)
每米顺路井氡析出能力δf(kBq/s)
711
712
743
0.1~0.2
0.08~0.1
0.2~0.5
0.5
0.5
0.5
1.76
16.87
11.73
0.12
                                  
    氡析出率测定方法和计算公式列入表5。
 
表5  氡析出率实测方法与计算公式
实测方法
氡析出率
备  注
全卷动态法
  Ci、C0—出入风口氡浓度,Bq/m3
  Q—风量,m3/s;
  Si、S—被测面积,m2
  V—密闭区间体积,m3
  C1′、C0′—密闭初、终氡浓度,Bq/m3
  t-积累时间,0.5~24h·s;
  Ui-被测区铀品位,%。
局部动态法
全巷、局部静态法
                                   
    测得氡析出率后,氡析出量按表6中公式计算:
 
表6  氡析出量计算公式
氡来源
氡析出量(Bq/s)
公式符号注释
矿岩表面

  W-矿岩重量,t;
  Sc-射气系数;
  α-氡析出系数0.2~1;
  B-矿井涌水量,m3/s;
  C-矿井水氡浓度,Bq/m3
  Fi-充填体表面积,m2
  Lm-氡在充填体中扩散长度,1~2m;
  β-射气能力,Bq/sm3
崩落矿堆

地下水
R3=BC
尾砂充填

                                           
    尾矿射气能力β实测如下:
 
    尾砂类型          未分级尾砂          分级尾砂          胶结尾砂
    射气能力(Bq/sm3) 4.1~22.4           1.7~15.7         3.7~11.1
 
 
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