对于从事井下作业的矿工, 由于井下空间相对狭小及通风条件的限制, 除了受到来自矿体外照射, 还会受到²²²Rn及其子体的内照射。我国是世界上煤炭大国, 有大约1 000万人(地下矿工约600万)^[1]从事着不同水平、不同规模的煤炭开采。因此, 对煤矿井下辐射水平进行全面的普查和分析, 对于采取积极的防护措施很有必要。

为了完成我国煤矿井下及煤矿人数所受的辐射水平的调查, 在河北省选择比较有代表性的四个矿井, 考虑到通风以及年产量等因素, 选取了开滦矿务局直属的两个国有重点煤矿:唐山矿、吕家坨煤矿。另两个是唐山市属小型煤矿:晨辉煤矿和东窑煤矿。

其中开滦煤矿1878年建立, 是全国重要的煤炭供应基地之一, 也是全国六大煤矿之一, 原煤生产能力2 020万t。现有生产矿井10对, 煤炭年产量在2 600万t以上。本次对四个煤矿进行了²²²Rn/²²⁰Rn水平及剂量率和煤样进行放射性核素活度浓度调查于2005年10月13日完成。

1 调查方法 1.1 调查对象的选择

唐山矿是开滦矿务局中最老矿山, 距今有100多年开采历史; 吕家坨矿建于20世纪60年代, 至今已有40多年的开采历史; 晨辉煤矿和东窑煤矿均建于80年代, 至今已有20多年。四个煤矿的基本情况见表 1。

1.2 测量仪器和质量保证 1.2.1 测量仪器

为保证数据可靠性和可比性, 测量氡浓度和γ剂量率采用了累积测量和瞬时测量相结合的方法。累积测量使用两种探测器, 分别由核工业北京化工冶金研究院提供的KF606(能够同时测量²²²Rn浓度及γ剂量率)和中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所提供的日本进口探测器(测量²²²Rn、²²⁰Rn浓度)。累积测量时间62d。

考虑地下煤矿安全因素的影响, 瞬时测量氡浓度采用上海生产的YD系列50L氧气袋在地下现场取样后到地面用RAD7测量。测量数据乘以校正因子可得到真实²²²Rn浓度。瞬时γ外照射剂量率选用北京核仪器厂生产的X-γ剂量率仪测量。本次调查对四个煤矿的煤样进行放射性核素含量测量, 是由中国原子能科学研究院低水平实验室的HPGeγ谱仪完成。其主要技术参数:相对效率30%[相对于NaI(Tl) 7.62cm×7.62cm(3〃 ×3〃)的1 332keV的γ峰], 能量分辨率3.5keV。

1.2.2 质量保证

KF606由北京化工冶金研究院统一刻度、统一发放, 径迹读数由专职人员完成, 有严格操作程序和质量保证体系^[2]。中国疾病控制中心辐射防护所使用的Tn-Rn探测器为日本古屋大学研制, 在国内曾进行多次比对^[3]。RAD7使用前曾到南华大学氡实验室刻度, 同时与北京市环保局仪器进行比对, 相对误差在10%以内。中国原子能科学研究院低水平实验室的X-γ剂量率仪以及HPGeγ谱仪负责对中国原子能科学院常规监测, 每年都要检测和比对。

1.3 监测点布设和样品采集

累积测量的监测点主要集中在人员比较集中的区域, 主要布置在采场(距离工作面不超过50m)、主进风巷道(距离进风口向内不小于50m)、主排风巷道(距离排风口不小于50m)和地面工作区四个监测点, 由于采场人员流动较频繁, 为防止丢失, 本次测量在采场增加一套探测器。

氡浓度瞬时测量的采样点与累积测量的监测点相同, 这样便于与累积测量比对; 外照射瞬时测量是在矿区地表进行, 探头距离地面约1.3~1.5m, 每个测量点测量三个数据。

煤样采自工作面和地面煤场。

2 测量的结果与分析 2.1 累积测量

本次共布放KF606探测器20个, 每个煤矿5个; Rn-Tn探测器12套, 唐山矿和吕家坨矿各5套, 晨辉煤矿2套。Rn-Tn探测器的回收率为100%, KF606探测器回收率为85%, 其中布放在晨辉煤矿的KF606丢失2个, 一个是布放在进风口和另一个是在采场的; 东窑煤矿有一个布放在采场丢失。表 3为四个煤矿累积测量结果。

从表 2测量的结果表明:河北地区地下煤矿的氡浓度普遍较低。主要是因为:尽管两个煤矿已经开采地下800~900m, 但具有较完整的通风系统, 不同的工作水平和各工作面之间已经形成了纵横交错、上下重叠的巷道网。这是测量氡浓度低的主要原因。但是, 该地区的²²⁰Rn浓度较高(相对于氡), 因此在有些区域的²²⁰Rn所致人体剂量不可忽视。

2.2 瞬时测量

由于该地区煤矿属于高瓦斯矿井, 为安全起见, 瞬时法测量用YD系列氧气袋在井下取样后, 在地表用用RAD7测量, 测量周期为0.5h。但由于仪器出故障, 虽然都取样, 但只能完成了开滦矿务局唐山矿、吕家坨煤矿的总进风巷、总出风口的测量任务。表 3是瞬时法测量的结果。

表 3数据表明:该地下煤矿氡浓度不是很高, 平均值为60Bq/m³。唐山矿瞬时测量结果与累积测量结果相符合, 而吕家坨煤矿累积测量的²²²Rn浓度比瞬时法低, 主要是因为出风口瞬时法取样在巷道拐角硐室内(该矿取样测量空气瓦斯处), 通风效果远不如累积测量放置的探测器处通风效果好, 因而测量的浓度较高。从该矿的累积测量数据表明, 地下巷道以及采场的总体浓度并不高, 说明通风系统较完备。

2.3 γ剂量率测量

本次测量采用核仪器厂生产的便携式χ-γ剂量率仪测量, 测量之前该仪器在国防科工委工组剂量站进行了刻度并与电离室探测器测量结果进行比对, 比对结果相对误差在0~±3%。在河北省4个矿区地表的测量结果见表 4。

表 4测量数据表明:该矿区的γ剂量率近似等于参考文献[4]中河北省陆地室外的γ辐射剂量率(64.6 nGy/h)。煤堆或者矸石、废石场附近的γ剂量率略高于其他地区。

2.4 放射性核素测量数据

本次普查在4个煤矿都采取煤样进行放射性核素活度浓度的测量, 测量由中国原子能科学研究院低水平实验室的HPGeγ谱仪完成。表 5是四个煤矿中煤的测量数据。

从表 5可以看出, 该地区²²⁶Ra含量均低于全国平均值。特别是⁴⁰K明显低于全国平均值。

3 结论

所选煤矿包括河北省最大也是最早的产煤地区-唐山的三个管辖区, 包括了国有大中型煤矿和小型个体煤矿, 基本上可以代表该地区地下煤矿放射性水平。通过测量, 可得出以下几点结论:

(1) 河北省地下煤矿氡浓度较低, 这一点与20世纪80年代测量的结果有显著差异。80年代测量氡浓度远高于此次测量结果, 这说明现在地下煤矿通风系统比以前80年代明显改善。产生测量差异原因还与测量方法、测量仪器以及测量的目的有关;

(2) 河北省唐山地区4个地下煤矿累计测量表明:煤矿²²²Rn浓度约为50.1Bq/m³, ²²⁰Rn约为38.4 Bq/m³, ²²⁰Rn浓度(相对于²²²Rn)较高; 地下煤矿内γ剂量率约为108nGy/h; 室外地表γ剂量率为67 nGy/h。

(3) 假定氡及其子体的平衡因子取0.35^[5], 井下人员年工作时间为2 000h^[6], 全国室外平均贯穿辐射剂量率70.7nGy/h^[4], 按参考文献[5]计算, 得到该地区地下煤矿矿工所受氡及其子体所致的有效剂量0.279mSv, γ外照射剂量为0.075 mSv, 平均个人剂量0.354 mSv, 归一化集体剂量4.76人mSv/万t。

(4) 该地区的煤矿中煤放射性活度浓度低于全国平均值。