Определение радонового дебита и воздухопотребности урановых рудников. Решение проблемы «Радон в жилищах»

© E.H. Камнев, 2015

УДК 622.8 Е.Н. Камнев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДОНОВОГО ДЕБИТА И ВОЗДУХОПОТРЕБНОСТИ УРАНОВЫХ РУДНИКОВ. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ «РАДОН В ЖИЛИЩАХ»

Обозначены четыре радиационно опасных для здоровья горняков фактора (РОФ) в горных выработках урановых рудников: гамма-излучение, газ радон, его дочерние короткоживушие продукты распада (ДПР) и долгоживушие альфа-излучатели. Приводятся формулы и схемы определения дебита радона во всех технологических сектора работы урановых рудников, а также для определения их воздухопотребности при различных системах разработки. Описаны отдельные аспекты возникновения проблемы «радон в жилишах» и пути её решения на конкретном примере.

Ключевые слова: радиационно опасные факторы, радон, дочерние продукты распада, проветривание горных выработок, системы разработки, радон в жилишах.

В подземных горных выработках урановых рудников существуют четыре радиационно опасных фактора (в аббревиатуре - РОФ). Это прежде всего гамма-излучение от стенок выработки (там, где присутствует урановая руда), это газ радон, образующийся в цепочке распада материнского урана, далее - короткоживущие продукты распада радона, оседающие, в основном, на мелкодисперсной пыли, и, наконец, долгоживущие альфа-излучатели, связанные с крупными пылинками.

Из всех перечисленных РОФ наиболее опасными для здоровья горняков являются короткоживущие дочерние продукты распада радона (сокращенно - ДПР). Дело в том, что в обыденной жизни наша кожа является достаточно хорошим экраном, противостоящим облучению тела альфа- и бета-частицами.

И совсем другое дело, когда альфа-частицы, проникающие в легкие с мелкодисперсной пылью, несущей на себе эти самые ДПР, начинают бомбардировать обнаженные участки горла, гортани, легочную плевру.

Как объясняют медики, хорошо знающие физику, при облучении живой клетки альфа-частицами, происходит диссоциация этой самой клетки (положительные ионы в одну сторону, отрицательные - в другую), клетка умирает, а это означает возможность возникновения раковой опухоли.

Рак горла - профессиональная болезнь горнорабочих урановых рудников.

Радон как газ относительно не опасен для здоровья. 755% его мы выдыхаем обратно, находясь в радоновой атмосфере. Так что, принимая радоновые ванны в Кисловодске можно особо не беспокоиться (особенно при открытой форточке!).

Гамма-излучение в урановых шахтах также начинает играть свою пагубную роль только при содержании урана в руде свыше 1%.

А от долгоживущих альфа-излучателей можно уберечься, особенно если не есть бутерброды под землей грязными руками, сидя в горной выработке на куче отбитой руды.

Так что остаются наиболее опасные короткоживущие дочерние продукты распада радона (ИаА, НаБиИаС), суммарный период полураспада которых составляет всего около 30 секунд. Суммарный эффект их воздействия на человеческий организм определяется величиной ЭРОА - эквивалентная равновесная объёмная активность дочерних продуктов изотопов радона 222Ип и 220Ип[1].

Наиболее действенным средством борьбы за здоровье подземного персонала урановых рудников и шахт является хорошо организованное проветривание свежим воздухом подземных горных выработок.

Требуемое количество воздуха, которое необходимо подавать под землю на урановых рудниках, по-существу, определяется двумя параметрами: дебитом радона рудника и проветриваемым объемом горных выработок.

Наиболее сложно в этом двуединии прогнозировать на стадии проектирования, а затем рассчитывать радоновый дебит будущего рудника [2].

1. Перечень показателей, влияющих на дебит радона

Основной вклад в общерудничный дебит радона

вносят следующие источники:

— очистные блоки (целики рудного массива, отбитая и за-магазинированная руда);

— подготовительные выработки в зоне очистных работ (рудные и полевые);

— подготовительные выработки вне зоны очистных работ (квершлаги и штреки, стволы);

— потерянная руда (в том числе, в зоне обрушения и закладке);

— участки, потерявшие производственное значение, и зона обрушения;

— шахтная вода.

Основными технологическими показателями рудника, предопределяющими величину дебита радона в действующие горные выработки, являются:

— годовая производительность рудника по урану (основной показатель, фактическая величина которого обычно соответствует проектному значению);

— годовая добыча руды (рассчитываемая с учетом содержания урана, потерь и разубоживания);

— годовая добыча горной массы;

— подготовленные запасы урана;

— системы разработки и их доля в общей добыче руды;

— схема вскрытия и подготовки;

— схема и способ проветривания.

2. Методы прогнозирования дебита радона в горные выработки при решении различных задач в расчетах проветривания

Таблица 1

Стадия Прогнозируемая величина Исходная информация о параметрах, влияющих на радоновыделение

Разведка Э с обнаженных поверхностей разведочных выработок Длина и поперечное сечение горных выработок, расчетные значения азээп, 5ээп, рш способ проветривания

Э из шахтных вод С0вп , ожидаемые Qшв, тип источников

Окончание табл. 1

Стадия Прогнозируемая величина Исходная информация о параметрах, влияющих на радо-новыделение

ТЭП и ТЭО Э рудника и отдельных участков Л, Л«, сг, моб-, к0, кА системы разработки, значения Кэм, Крр, К„ и Б^п, степень трещиноватости рудного массива

Вскрытие и подготовка Э подготовительных выработок Длина и поперечное сечение горных выработок, расчетные значения азээп, 5ээп, Р»

Эксплуатация Э очистных блоков и отдельных участков Л сэксп МБП МБП МБП пр1 > 1 'п > 1 'отб' 1 'пот системы разработки, значения Кэм, Крр, К„, и КОл, степень трещиноватости рудного массива

Э подготовительных выработок Длина и поперечное сечение горных выработок, расчетные значения ^Бээп, ^ээп, рш

Э из шахтных вод С0вп , ожидаемые Qшв, тип источников

2.1. Прогнозирование дебита радона в разведочные и подготовительные выработки

Формулы для прогнозирования дебита радона (Э, кБк/с) разведочных скважин и подготовительных горных выработок в общем случае имеют вид:

О = 10-3 КэмКрр а Д^, О = 10-3 .

2.2. Прогнозирование дебита радона из целиков рудного массива

Для прогнозирования дебита радона из целиков рудного массива в период подготовки и отработки блока используется формула:

О = 26 ц Рк Кэм Крр Ми,

куда подставляют средневзвешенное значение , рассчитанное по формуле с учетом значений Кд, определенных экспериментально на образцах руды (или керна разведочных скважин), и размеров отдельностей. Долю отдельностей в каждом диапазоне размеров Уценивают по результатам изучения тре-щиноватости рудного массива.

2.3. Прогнозирование дебита радона из разрыхленной горнорудной массы

Скорость фильтрационных потоков воздуха, образующихся за счет действия рудничной вентиляции в межкусковом пространстве разрыхленной горной массы, обычно выше 0,05 см/с, что позволяет пренебречь распадом радона за время его выноса из межкускового пространства в горные выработки и принять в формуле ц = 1.

Тогда, если общее количество урана в отбитой и замагази-нированной руде данного блока равно Мр (т), то дебит радона из разрыхленной рудной массы Эр (кБк/с) можно оценить по формуле:

й = 26 Рр Кэм Крр Мр,

где Рр — доля радона, выделяющегося из куска отбитой руды, отн.ед.

Проблема «радон в жилищах» приобретает особую остроту применительно к геологическим поселкам, расположенным в районах дислокации уранодобывающих предприятий. Это связано, прежде всего, с тем, что одноэтажные деревянные постройки стоят прямо (или вблизи) над рудными телами, залегающими не очень глубоко от земной поверхности. К тому же, эти дома обычно имеют глубокие (до 4 м) подвалы для хранения продуктов. Подвалы представляют собой обнаженные шурфы - мощные источники радоновыделения.

Типичным примером такого геологического поселения является поселок Октябрьский [3], который расположен над рудником № 1 Приаргунского горно-химического комбината (рис. 1). Для изучения корреляционных зависимостей и выяснения природы загрязнения был выбран один, наиболее полно обследованный пункт наблюдения, а именно, подвал службы радиационной безопасности, расположенный в камеральном здании экспедиции ГРЭ-324. Применительно к нему был по-

строен график изменения величины ЭРОА по числам календаря, совмещенный с кривой изменения атмосферного давления (рис. 2).

Анализ изменения ЭРОА показал, что установить связь между изменением атмосферного давления и других метеорологических явлений (дождь, солнечная или пасмурная погода) практически невозможно.

Рис. 1. Совмещенная схема геологического поселка н горных выра боток рудника

£, отн. еО 36

ИЮНЬ_^ __ДШУСТ_^ СЕНТЯБРЬ

Рис. 2. Совмещенные графики радоновыделения в подвале СРБ ГРЭ-324 и наружного атмосферного давления

Но при внимательном рассмотрении колебаний ЭРОА была выявлена одна характерная деталь, приобретающая форму ясно выраженной закономерности: все минимумы на кривой соответствуют одним и тем же дням недели - понедельникам, то есть началу рабочей недели. Это обстоятельство и совпадение имеющихся сведений по геологической структуре пород, слагающих территорию поселка, с проекциями рудных тел и ориентацией подземных выработок верхнего горизонта, приводит к мысли, что появление высоких концентраций дочерних продуктов распада (ДПР) в подвалах домов связано, в основном, с выносом радона из расположенных под поселком горных выработок рудника.

Прямо под поселком, захватывая его северо-западную часть (в том числе, здание службы радиационной безопасности) на глубине 80 м от поверхности проходят горные выработки Западного участка рудника. Верхний горизонт отрабатывался в свое время камерами большой высоты, с массовым обрушением пород и только с частичной закладкой выработанного пространства. В результате этого кровля выемочного пространства в отдельных местах может отстоять от земной поверхности всего на 40 м.

Эти обстоятельства, включая большую тектоническую на-рушенность пород в этом месте поселка, создали благоприятные возможности для возникновения аэродинамической связи между сильно загрязненной атмосферой горных выработок первого горизонта и поверхностью земли. К тому же шахта, расположенная на краю поселка, действует на нагнетание -главная вентиляторная установка подает под землю 400 м3/с воздуха и развивает депрессию до 200 мм вод. ст.

Это способствует созданию конвективных потоков загрязненного воздуха из выработанного пространства к поверхности. В этом убеждает прямая зависимость концентраций дочерних продуктов распада (ДПР) в подвалах домов и здания службы радиационной безопасности от режима работы главной вентиляционной установки: в воскресные дни, когда вентиляторы отключаются, величина ЭРОА в подвалах начинает резко падать, достигая своего минимума к понедельнику.

Таким образом, из проведенных работ следует то, что появление в жилищах высоких концентраций продуктов распада

радона являются, в основном, последствия работы действующего рудника, расположенного под поселком.

Расчет дозы облучения показывает, что члены семей, не работающие в шахте, при среднем пребывании в доме 13 часов в сутки получают от 17 до 100 мЗ в/год, в то время как нормативное значение дозы для группы Б, в которую можно отнести всех жителей поселка, равна 5 мЗ в/год. Шахтеры (категория А), проживающие в поселке, получают в своих жилищах существенное дополнительное облучение, сравнимое в некоторых случаях с их профессиональными дозовыми нагрузками под землей.

Параллельно с проведением массового обследования в пос. Октябрьский были начаты опытные работы, направленные на снижение концентрации радона в одном из домов, где отмечались высокие величины ЭРОА. Исследовалась связь между режимом проветривания подвала и влиянием этого проветривания на изменение степени загрязненности естественными радионуклидами воздушной среды в жилом помещении.

Естественная вентиляция подвала дала снижение значения ЭРОА в жилых помещениях в среднем в 1,8 раза. Эти данные подтверждаются результатами аналогично проведенных исследований службой СРБ ГРЭ-324.

Однако, естественная вытяжная вентиляционная система может эффективно действовать только в зимних условиях (в данном случае с конца ноября до начала марта). Поэтому в подвале исследуемого дома был установлен форточный вентилятор мощностью 40 Вт, который может работать как в режиме всаса, так и нагнетания, и имеет две скорости.

Вентилятор посредством диффузора был присоединен к вытяжной трубе и работал на всас со скоростью 10 м3/мин. Воздухообмен в подвале при этом составил 28 л/сек. Методы борьбы с поступлением радона из подвалов домов в жилые помещения сводятся к герметизации подвального пространства и его вентиляции, а также к проветриванию всего жилища.

Такие работы были проведены в 20-ти наиболее загрязненных домах. Был сделан капитальный ремонт оснований домов (вскрытие полов, засыпка подвала и настил герметизирующей пленки, заведенной под плинтус). Подвалы засыпались слоем песчаногравийной смеси, затем застилалась пленка (трёхслойно). Пол на кухне покрывался линолеумом или оргалитом. Для вновь строящихся домов площадка подготавлива-

лась аналогичным образом. Для естественной вентиляции в подвалах были установлены герметичные вентиляционные ставы сечением 20 х 20 см с выходом их подконек крыши. В некоторых домах для принудительной вентиляции установлены были форточные вентиляторы мощность 40 вт.

Проведенные работы позволили снизить объемную активность примерно в 10 раз, но при этом величина ЭРОА не достигла нормальных уровней. Очевидно, изоляция полов с помощью пленки не являлась достаточно надежной в силу трудностей сплошного настила пленки при производстве ремонтных работ.

В связи с этим был проведен поиск новых материалов для противорадоновой изоляции в жилых домах.

Был выбран новый материал «Полиокс», разработанный в институте «ОргстройНИИпроект». Это саморазравнивающаяся монолитная мастика на эпоксидной основе, использующаяся для защиты бетонных и металлических конструкций пола от воздействия механических нагрузок, агрессивных сред и других разрушающих факторов. «Полиокс» обладает химической стойкостью, повышенной эластичностью, прочностью, противоударной стойкостью, низкой истираемостью, а также высокой сопротивляемостью возгоранию.

Проведенные лабораторные испытания материала «Поли-окс» на радонопроницаемость подтвердили его хорошие свойства как герметика.

Таковы первые практические шаги по решению проблемы «радон в жилищах».

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нормы радиационной безопасности НРБ - 99/2009. М 2009г.

2. Камнев Е.Н. Докторская диссертация. // Фонды ОАО «ВНИИХТ». 2002 г.

3. Камнев Е.Н, Павлов И.В. Определение уранового дебита и воздухо-потребности урановых рудников, а также решение проблемы «радон в жилищах» // Сборник докладов. Научно-техническое совещание «Уран России» 20-21 ноября 2007г. Москва, ФГУП «ЦНИИатоминформ». 2008. \ГШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Камнев Е.Н. — доктор геолого-минералогических наук, профессор, kamnev@vnipipt.ru, ОАО «ВНИПИпромтехнологии».

UDC 622.8

DEFINITION RADON FLOW RATE AND AIR REQUIREMENT FOR URANIUM MINES AS WELL AS PROBLEMS «RADON IN DWELLINGS»

Kamnev Evgeny, Professor, kamnev@vnipipt.ru JSC «VNIPIpromtekhnologii», Russia.

Identified four radiations hazardous factor to the health of the miners in uranium mines: gamma rays, radon gas, radon progeny and long-lived alpha emitters. Showing formulas and schemes determining flow rate of radon in all technological sectors of the uranium mines, as well as to determine as well as to determine total volume flow rate of air required at different development systems. Describes some aspects of the problem «radon in dwellings» and ways to solve a specific example.

Key words: Radiation hazards, radon, radon decay products, ventilation mining, development systems, radon in homes.

REFERENCES

1. Normy radiacionnoj bezopasnosti NRB - 99/2009. M 2009.

2. Kamnev E.N. Doktorskaja dissertacija (Doctoral dissertation). // Fondy OAO «VNI-IHT». 2002.

3. Kamnev E.N, Pavlov I.V. Opredelenie uranovogo debita i vozduhopotrebnosti uranovyh rudnikov, a takzhe reshenie problemy «radon v zhilishhah» (Determination of uranium debit and aero consumption for uranium mines, as well as addressing «radon in dwellings»)// Sbornik dokladov. Nauchno-tehnicheskoe soveshhanie «Uran Rossii» 20-21 nojabrja 2007. Moscow, FGUP «CNIIatominform». 2008.