贵州省煤炭资源丰富, 有“西南煤海”之称, 煤炭远景储量达2679亿t, 1999年底煤炭保有储量531亿t, 是中国南方9省(市、自治区)储量之和, 煤炭资源居全国第五位。全省共有2700余个大小煤矿, 主要分布于我省西部、西北部及贵阳地区。2004年原煤产量8000万t, 到2010年, 预计年原煤产量达到1.5~2.0亿t。为适应经济发展和西电东送的需要, 我省将大量开采和使用原煤, 在开采和使用煤矿的过程中, 将不可避免地释放放射性物质。本项目的调查研究, 是对部分煤矿井下氡浓度、煤矿放射性水平以及矿工接受的剂量进行测量和评价。
1 测量仪器和方法 1.1 煤矿井下氡的测量方法测量仪器是美国DURRIDGE公司生产Rad7型测氡仪, 经南华大学氡测量室检定。每个煤矿检测进风口50m, 工作面, 回风巷50m三个点, 进风口50m直接用Rad7测量, 其余两个点用50L氧气袋在测量点上进行采样, 出井后立即测量, 并做好测量记录。
1.2 煤中天然放射性核素分析的测量方法煤中天然放射性核素分析的测定均在贵州省疾病预防控制中心γ能谱分析实验室进行, 该实验室的HPGe(美国CANBERRA公司生产)γ谱仪性能稳定, 一直承担全省环境样品的γ谱测定, 参加中国疾病预防控制中心辐射安全所组织的全国比对, 符合比对要求。
在采煤的工作面上, 由顶至底划两条距离5cm的直线, 在两直线内采样; 煤矿堆场中采样均为5个点以上样品混合均匀; 装入样品袋并密封。实验室处理, 用烤箱烘干, 粉碎磨细经80-100目过筛, 再烘干, 称样, 精确 < 1g, 密封两周以上用HPGeγ能谱仪进行测量分析[3, 4]。
1.3 γ外照射水平用BH3103Ax-γ剂量率仪(北京核仪器厂生产), 经中国测试技术研究院(成都)检定合格, 在煤堆场中进行γ外照射水平测量。
2 评价模式 2.1 剂量评价模式一般对煤矿地下工作人员的职业照射评价应当包括四个方面, 即:氡及其子体所致的有效剂量, 钍射气及其子体所致的有效剂量, γ辐射产生的有效剂量, 铀镭系列长寿命α放射性气溶胶所致有效剂量。本次调查虽然对煤矿中钍射气及其子体浓度作了些工作, 但数据有限, 因此本评价暂不予考虑; 对铀镭系列长寿命α放射性气溶胶所致有效剂量, 由于缺乏调查数据, 也暂不予考虑。
职业照射一般指实践活动产生的附加剂量, 但由于井下氡浓度不确定度较大, 因此在计算氡及其子体所致有效剂量并未扣除相关的“本底”, 其剂量计算的相关参数取自GB18871- 2002[2]; 计算γ辐射产生的有效剂量时则用贵州省室外平均贯穿辐射剂量率[5]作为本底扣除。
(1) 氡及其子体所致的有效剂量H1(mSv)
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(1) |
式中:5-空气中单位氡子体照射量的有效剂量, mSv/ WLM; Cp, T-井下氡子体照射量, WLM
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(2) |
式中:1.59×10-6—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—工作时数, h; CRn—井下氡浓度, Bq/m3; F—平衡因子, 无量纲, F=0.4。
(2)γ辐射产生的有效剂量H2(mSv)
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(3) |
式中:T—工作时数, h; 
(3) 平均个人剂量H(mSv)
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(4) |
(4) 集体剂量Ht(人·Sv)
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(5) |
式中:N—井下工作人员数, 千人。
(5) 归一化集体剂量Ht, p(人·Sv/万t)
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(6) |
式中, P-煤矿产量, 万t。
2.2 煤天然放射性水平评价模式用煤的天然放射性水平与我省土壤平均天然放射性水平作对比评价, 了解我省煤矿的放射性水平。
3 测量结果与分析 3.1 对象本次调查在我省4个县、区的13个煤矿进行取样检测, 13个煤矿分别距贵阳市为20-150km不等, 井下深度在30~350m, 通风方式均为机械通风, 通风量为7.8~14m3/s。此次调查的煤矿, 主要是年产量在3~6万t的乡镇企业煤矿。
我省煤矿属于高瓦斯煤矿, 考虑煤矿安全和管理制度等因素, 非瓦斯防爆检测仪器设备不得进入煤矿内, 因此大部分检测点以采样代替现场检测。
3.2 煤样天然放射性核素分析和γ外照射水平煤样天然放射性核素分析和γ外照射水平结果见表 1; 煤矿氡浓度见表 2。
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表 1 煤矿放射性水平 |
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表 2 煤矿氡浓度水平1) |
调查煤矿都是属于小型煤矿, 矿井下矿工的工作时间为2400h。根据(1)、(2)式, 计算了此次调查的贵州省部分煤矿地下工作人员由于吸入氡及其子体所致的有效剂量, 结果见表 3。
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表 3 氡及其子体所致剂量估算结果 |
由表 1可以得出, A~E煤表面γ辐射水平低于我省土壤γ辐射水平, 因此井下γ辐射水平低于地面。故在评价其井下工作人员的职业照射时, 可忽略γ外照射产生的附加剂量。F~L煤表面γ辐射水平接近或超过我省土壤γ辐射水平, 其中F煤表面γ平均辐射水平为40×10-8Gy/h, 因此, 应考虑γ外照射产生的附加剂量。
3.5 剂量评价从4.3至4.4节的分析和计算可以看出, 煤矿地下工作人员职业照射的主要贡献主要来自于氡及其子体。根据(4)式计算的各类地下煤矿工作人员所受剂量以及根据本次调查结果, 估计煤矿的集体剂量和归一化集体剂量结果分别列于表 4。
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表 4 煤矿地下工作人员所受剂量评价数据 |
由表 4可以看出:本次调查煤矿地下工作人员个人年平均剂量约为0.91mSv; 在集体剂量方面, 所有矿工约为3.12× 10-1人·Sv; 平均归一化集体剂量约为0.013人·Sv/万t。
4 讨论与结论此次调查的部分煤矿, 其氡浓度为25~351.7Bq/m3。井下氡子体平衡因子取0.4, 则各煤矿的平衡当量氡浓度分别为10~140.7Bq/m3。
我省煤矿瓦斯浓度含量比较高, 本次调查的煤矿都是机械通风, 且通风量都比较大。因此, 从氡浓度的水平来看, A煤矿回风巷测量点和D煤矿工作面及其回风巷的氡浓度高于其他测量点, 造成A煤矿回风巷测量点和D煤矿工作面及其回风巷的浓度比较高的原因可能是由于该两个煤矿处于断裂带上, 地壳中氡气在断裂带上向上迁移; D煤矿的工作面氡浓度比较高, 是由于在气体采样前, D煤矿刚进行了井下采煤面的爆破, 煤层积累的氡气一时无法散开, 此时用氧气袋收集的气体可代表局部采煤工作面氡浓度水平。D煤矿出风口的氡浓度也高于其他几个煤矿, 需要详细进一步了解该煤矿氡浓度高的原因, 应进行多点的采样检测分析。而F和G煤矿的氡浓度较高则是原煤中Ra-226含量较高所致。其他煤矿工作面上氡浓度水平参见表 2。
从煤样放射性水平可以看出, 此次调查的4个县区中, 3个县区A、B、C、D、E5个煤矿的煤样放射性核素属于天然放射性水平, 低于贵州省土壤平均值[5](226Ra=41.40、232Th= 70.70、40K=350.10Bq/kg); 5个煤矿的γ外照射总体水平低于贵州省γ天然辐射平均值(13.3×10-8Gy/h)。其余7个煤矿地处同一个辖区内, 其煤样226Ra均高于贵州省土壤226Ra平均值。其中一个煤矿原煤的Ra-226均值为1050.9Bq/kg, 约为贵州省土壤226Ra均值的25倍, 最高达1573.5Bq/kg。其煤表面的γ外照射水平为(30~48)(×10-8Gy/h), 约为贵州省γ天然辐射平均值的3倍, 这将对该煤矿的矿工增加约1mSv/a的附加剂量。
部分放射性核素较高的煤矿, 用于发电厂和城市周边企业生产用煤, 其产生的煤渣将会对堆放的场所以及煤渣的再利用产生一定影响, 利用煤渣的新型建筑材料应严格控制其掺和比例[6]。如需全面了解贵州省煤矿氡浓度和放射性水平, 还应进一步扩大调查面, 增加煤矿的氡浓度测量和煤样天然放射性核素检测。
| [1] |
ICRP Publication 65, Protection Against Radon-222 at Home and at Work[P], ICRP 1994.
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| [2] |
GB18871-2002, 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].
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| [3] |
GB11743-1989, 土壤中放射性核素的γ能谱分析法[S].
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| [4] |
GB11713-1989, 用半导体γ谱仪分析低比活度γ放射性样品的标准方法[S].
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| [5] |
中华人民共和国卫生部.中国环境电离辐射水平及居民受照剂量(外照射部分)[Z]. 1986.
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| [6] |
李舟. 新型墙体建筑材料的放射性水平[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2003, 23(6). |