在伴生矿的开采过程中, 氡气的释放会造成局部空气的放射性污染。氡气已被世界卫生组织公布为人类重要19种环境致癌物质之一。它既不像炮烟那样有刺激性气味, 又不像粉尘那样有感觉。氡的危害实质上是氡和氡子体在衰变过程中放射出来的α粒子对人体的危害。长期在有氡和氡子体照射环境中工作的人员, 可引起肺癌和支气管癌。空气中的氡及氡子体与呼吸性粉尘相结合, 被吸入人体内, 形成长期的内照射, 促进尘肺病的发生与发展, 发病期缩短, 病情加重.进而恶化为肺癌或导致白血病、皮肤癌及其他呼吸道病变的产生。因此了解伴生矿矿井中氡气的水平并探讨有效的防护措施是非常必要的。

1 矿山开采过程中的氡产生途径

氡是铀、镭等放射性元素衰变产物。铀、镭等元素含量越高, 氡及其子体的浓度越大。伴生放射性矿矿井下大多数围岩和矿石内都含有微量的铀和钍等放射性元素。氡在岩体中传播方式有, 一是由氡原子本身不规则的热运动形成由高浓度向低浓度处扩散传播, 直到两处的浓度相等为止; 二是流体(气体或液体)夹带传播。

虽然氡在岩体表面的析出率不高, 但由于矿山开采空间大.巷道多, 岩体暴露面积大, 其析出总量还是相当大的; 矿井下堆积的破碎矿岩也是氡的来源之一, 崩落岩石、碎矿石等颗粒聚集体.它们中间仍贯穿着许多可供氡运移的空间, 氡从单个颗粒析出之后便逐步扩散到聚集体以外的空间去。在井下掘进、回采空间, 特别是采空区有大量的破碎矿岩堆积是析氡量最多的地方。

矿井地下水中一般都含有氡, 当它流人巷道时, 溶解在水中的氡就会释放出来, 其氡析出量大小取决于地下水中的氡浓度和涌水量的多少。井下氡气的不断产生和聚积会导致矿井下的氡浓度水平的上升。

2 氡浓度水平调查

对新疆某钒矿矿区进行氡浓度水平的调查, 调查选择矿井时, 一方面考虑不同矿层的矿井, 另一方面考虑矿井内外照射水平的高低, 最终选定Ⅱ-8、Ⅲ-2、Ⅱ-5、Ⅱ-6、Ⅱ-7矿体矿井进行调查。测量时, 选用法国Saphymo公司生产的被动式测氡仪p-30(测量周期为30 min)和美国Thermo Fisher公司FH40G型便携式X-γ剂量率仪。

由表 1可以看出, Ⅱ-8平峒内的氡浓度平均值为830Bq/m³, 达到了GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》^[1]附录H中规定工作场所中氡持续照射下的行动水平500Bq²²²Rn/m³ ~ 1000Bq²²²Rn/m³的要求, 宜考虑采取补救行动。

3 井下氡气的防治方法

为了有效的降低井下氡浓度, 我们可采取下述办法:

3.1 增大矿井通风率

氡浓度与通风率的关系十分密切, 氡浓度与通风率呈反比, 当通风率增加时, 氡浓度降低^[2]。

(1)

式中:R为井内平均氡浓度(Bq/m³); E为氡的析出率(Bq/ m²s); S_i为i种材料空间表面积(m²); V为空间体积(m³); Rn_out为井外氡浓度(Bq/m³); λ为氡的衰变系数(2.1×10^-6s^-1); λ_v自然通风率, 一般情况取0.5h^-1。

通常矿井内比较密封, 空气交换率非常低, 自然通风接近于0.01h^-1, (1)式可简化为(2)式

(2)

该钒矿矿井半径约3 m, 深度为250 m, 其中约50 m为钒矿矿体, 200 m为矿区土壤。

根据矿石场和矿区土壤的实测氡析出率0.45 Bqm^-2s^-1和0.20 Bqm^-2s^-1代入(2)式得到不同通风率矿井内的氡浓度值, 列于表 2。

将算得的氡浓度和F值代入下式^[1]得到工作人员年有效剂量:

(3)

式中:E_Rn为1年吸入氡及其子体所致的有效剂量(mSv/a); 5为有效剂量与工作水平月之间的转换系数(mSv/WLM); 1.59×10^-6为平衡当量氡浓度暴露量与工作水平月之间的转换系数(WLM/Bq·h·m^-3); T为工作时间, 2400 h^[3]; C为氡浓度(Bq/m³); F^[4]为平衡因子。

根据表可知, 井下通风率至少达到0.01min^-1, 才符合国家标准GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》附录H中规定工作场所中氡持续照射下的行动水平小于500Bq²²²Rn/m³的要求, 并且估算的吸入氡及其子体的内照射也低于国家标准职业年有效剂量限值20mSv/a的要求, 可不需要采取补救行动。

由此可见, 通风换气次数对井下氡浓度的影响很大。如果井下通风条件不佳, 很有可能超出国家标准, 危害职业工作人员, 这时控制井下氡浓度必须采取增大通风换气率。

3.2 其他降氡措施

除了增大通风率来降低巷内氡及其子体浓度, 也可采取对矿井内废旧巷道和采空区的井壁进行防氡保护层的涂抹、预通风、湿式作业、佩戴防护口罩、井下矿石、废矿石和巷道内的积水及时清除等措施都是利益代价较小的方式。

4 结论

通过对此钒矿的氡气水平的调查监测, 可以了解该伴生放射性钒矿施工期部分平峒内氡浓度水平达到了GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定工作场所氡持续照射下的宜考虑采取补救行动水平的要求。

为了有效的降低井下氡浓度, 可通过增大井下通风率(至少达到0.01min^-1)和其他利益代价较小的降氡方式, 这在伴生矿开采过程中采取的辐射防护有一定的指导意义, 并对工程设计人员有实际参考价值。