某鈾礦作業(yè)環(huán)境放射性安全評(píng)價(jià)

儲(chǔ) 瑩，全永志，徐偉蘭，郭利杰

（1.北京礦冶研究總院，北京100160；2.北京國(guó)信安科技術(shù)有限公司，北京 100160）

某鈾礦作業(yè)環(huán)境放射性安全評(píng)價(jià)

儲(chǔ) 瑩1，2，全永志2，徐偉蘭2，郭利杰1

（1.北京礦冶研究總院，北京100160；2.北京國(guó)信安科技術(shù)有限公司，北京 100160）

對(duì)某鈾礦區(qū)輻射危害因素及劑量的計(jì)算和評(píng)價(jià)分析，通過(guò)辨識(shí)其放射性影響因素，計(jì)算三種主要因素所致井下作業(yè)人員全部照射有效劑量，分析企業(yè)放射性污染源的輻射程度，找出企業(yè)對(duì)輻射防護(hù)的不足，提出改進(jìn)關(guān)鍵措施，為其安全生產(chǎn)體系的建設(shè)提供理論依據(jù)。

鈾礦塵；輻射；氡及其子體；α、β、γ射線；通風(fēng)

隨著核電事業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)鈾礦開采行業(yè)得到迅速發(fā)展，迄今我國(guó)已探明的鈾礦有200多個(gè)［1－2］，鈾礦山作業(yè)人員約2萬(wàn)人［3］，我國(guó)鈾礦地質(zhì)條件復(fù)雜，鈾礦山規(guī)模小，開采作業(yè)條件差，不適合全機(jī)械自動(dòng)作業(yè)，存在較多的職業(yè)病危害［4］。鈾具有化學(xué)毒性和放射性危害能嚴(yán)重?fù)p害人體生理系統(tǒng)，對(duì)腎臟和生殖發(fā)育系統(tǒng)造成較大損害，而且還會(huì)減緩骨生長(zhǎng)，對(duì)DNA和大腦造成損傷［5］，還可通過(guò)呼吸道和消化道進(jìn)入體內(nèi)，易溶性鈾化合物還可經(jīng)無(wú)傷的皮膚進(jìn)入體內(nèi)，從而產(chǎn)生內(nèi)照射和化學(xué)毒性［6］。本文通過(guò)對(duì)某鈾礦輻射危害因素及劑量的計(jì)算和評(píng)價(jià)分析，找出企業(yè)對(duì)輻射危害管理的不足之處，提出改進(jìn)關(guān)鍵措施，供企業(yè)查缺補(bǔ)漏。

1 鈾礦區(qū)放射性因素辨識(shí)

鈾礦采冶目的是將具有工業(yè)品位的礦石，加工成有一定質(zhì)量要求的固態(tài)鈾化學(xué)濃縮物，以作為鈾化工轉(zhuǎn)換的原料。鈾礦具有雜質(zhì)含量高、腐蝕性強(qiáng)，又具有放射性的特點(diǎn)。

鈾礦山開采過(guò)程中存在的放射性因素包括：氡及其短壽命子體（簡(jiǎn)稱氡子體），放射性粉塵攝入人體形成的內(nèi)照射和工作場(chǎng)所的β射線、γ射線外照射以及表面放射性污染的危害。統(tǒng)計(jì)的不同工序中放射性核素所致人體所受有效劑量值見表1。

此外，鈾礦開采冶煉時(shí)產(chǎn)生大量低品位廢石和礦渣，長(zhǎng)期堆放在礦區(qū)廢石堆和尾礦庫(kù)中，因雖然其規(guī)模大、數(shù)量多，多以露天存放，但其放射性不及高放廢物強(qiáng)，因而本文不計(jì)礦山廢石和礦渣的放射性。

本工程的放射性危害因素辨識(shí)如下所示。

1）222Rn及其子體。礦石開采過(guò)程中釋放出222Rn及其子體，空氣中的222Rn及其子體通過(guò)呼吸進(jìn)入人體，對(duì)工作人員產(chǎn)生吸入內(nèi)照射。

2）放射性粉塵。在礦石開采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生放射性粉塵，粉塵中含有鈾、鐳等放射性核素，會(huì)對(duì)作業(yè)工人造成吸入內(nèi)照射。

3）γ外照射。當(dāng)所開采的鈾礦石品位較高時(shí)，由于γ輻射水平較高，工作人員會(huì)受到一定的γ外照射。

4）α、β放射性表面污染。在鈾礦開采的各個(gè)崗位，都存在放射性物質(zhì)附著在人體、工作服、設(shè)備、墻壁和地面上的放射性表面污染，由于表面污染容易脫落，對(duì)工作人員既會(huì)產(chǎn)生吸入和食入的內(nèi)照射危害，同時(shí)也存在外照射的危害。

2 作業(yè)人員放射性劑量計(jì)算

對(duì)該鈾礦作業(yè)環(huán)境放射性危害進(jìn)行計(jì)算，由其各放射性污染源的輻射程度，判斷其職業(yè)性危害水平。

2.1 放射劑量的管理限值

1）職業(yè)照射劑量約束值。對(duì)該鈾礦作業(yè)環(huán)境放射性危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，其礦冶工程工作人員的年有效劑量約束值應(yīng)為15mSv/a。

2）工作場(chǎng)所空氣中粉塵、氡及其子體管理限值。氡及其子體濃度控制值見表2。

3）α、β放射性表面污染管理限值。工作場(chǎng)所的放射性表面污染控制水平［8］見表3。

表1 放射性核素所致人體所受有效劑量值

表2 氡及其子體濃度控制值

表3 工作場(chǎng)所的放射性表面污染控制水平/（Bq/cm2）

2.2 輻射危害因素及劑量計(jì)算

2.2.1 工作人員所受劑量計(jì)算

2.2.1.1 工作人員內(nèi)照射時(shí)間

該鈾礦，井下工作制度330d/a、4班/d、6h/班。工作人員在井下不同崗位的實(shí)際停留時(shí)間為264d/a，有效的放射性工作時(shí)間為6h/d，全年的放射性工作時(shí)間共計(jì)1584h/a。其中，采場(chǎng)工作面中停留時(shí)間4h/d，全年共計(jì)1056h；其他工作面停留時(shí)間2h/d，全年共計(jì)528h。

2.2.1.2 工人在采場(chǎng)工作面受照劑量

式中：ERn為采場(chǎng)工作面氡及其子體所致劑量，1.4為α內(nèi)照射有效劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，mSv/（mJ·h·m－3）；F為氡及氡子體平衡因子，根據(jù)礦井的具體情況取0.4；K為氡活度與α潛能轉(zhuǎn)換系數(shù)；取5.53μJ/k Bq；CRn為氡的活度濃度，取2.7k Bq/m3；T為工作時(shí)間，取1056h/a。

經(jīng)計(jì)算，本鈾礦采場(chǎng)中氡及其子體所致劑量為8.82mSv/a。

2.2.1.3 工人在其他工作面受照劑量

式中：ERn為其他工作面氡及其子體所致劑量；Cp為氡子體α潛能濃度，礦井工作面入風(fēng)流風(fēng)質(zhì)要求，工作面入風(fēng)流氡子體α潛能濃度應(yīng)小于2.0μJ/m3。本工程取2.0μJ/m3；T為工作時(shí)間，取528h/a。

經(jīng)計(jì)算，其他工作面氡及其子體所致劑量為1.48mSv/a。

因此，本鈾礦工程井下氡及其子體所致職業(yè)照射 劑 量 共 計(jì) 為 8.82mSv/a＋ 1.48mSv/a＝10.30mSv/a。

2.2.1.4 吸入鈾礦塵所致職業(yè)照射劑量

對(duì)井下采場(chǎng)工作面可吸入粉塵濃度取1mg/m3［7］，其他工作面粉塵濃度取0.5mg/m3。對(duì)于鈾系中的長(zhǎng)壽命α核素主要為238U、234U、230Th、226Ra和210Po，主要對(duì)鈾礦塵中以上5種核素進(jìn)行吸入內(nèi)照射劑量計(jì)算。

1）工人在采場(chǎng)工作面吸入鈾塵所致劑量，如式（3）所示。

式中：E塵為工作人員吸入放射性核素所致有效劑量，Sv/a；Ci為第i種放射性核素的濃度，Bq·m－3；R為工作人員個(gè)人的年空氣攝入量，1.2×t（m3/a），1.2為呼吸率，t為年工作小時(shí)，本工程為1056h/a；fi為為對(duì)應(yīng)i種放射性核素的的吸入劑量轉(zhuǎn)換因子，Sv/Bq。

238U、234U、230Th在空氣中的放射性比活度，如式（4）所示。226

Ra、210Po在空氣中的放射性比活度濃度，如式（5）所示。

式中：Ci為核素在空氣中的放射性比活度濃度，Bq/m3，12.3為天然鈾中238U的放射性活度，Bq；C塵為工作場(chǎng)所中粉塵濃度，mg/m3；a為礦石鈾品位；Kp為鈾鐳平衡系數(shù)；N為鈾礦塵富集因子，取2.5。

相關(guān)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見表4。

閩東方言包括南北兩片，南片方言，包括福州、福清、長(zhǎng)樂、永泰、連江、古田、屏南等都是只有1個(gè)鼻音韻尾[?]，福州方言早在《戚林八音》時(shí)代，只有一套鼻音韻尾[?]，中古三套鼻音韻尾的合并已經(jīng)完成，我們無(wú)法觀察到具體的音變過(guò)程。閩東北片方言鼻音韻尾在多數(shù)北片方言點(diǎn)也已經(jīng)歸并為一套鼻音韻尾[?]，也完成了音變過(guò)程。林寒生[18]選取閩東北片方言的福安、寧德、壽寧、周寧、福鼎5個(gè)點(diǎn)，只有寧德方言保存[m、?]尾，周寧方言保存[n、?]尾，其它點(diǎn)都只有[?]尾。

表4 吸入鈾塵所致劑量相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

由以上公式，計(jì)算表4可知：井下采場(chǎng)中工作人員吸入鈾塵所致有效劑量為1.202mSv/a。

2）其他工作面吸入鈾塵所致有效劑量。

其他工作面鈾塵濃度取0.5mg/m3，工作時(shí)間為264h/a，所用公式同采場(chǎng)工作面鈾塵所致劑量。經(jīng)計(jì)算，其他工作面鈾塵所致劑量為0.30mSv/a。

因此，本工程井下鈾塵所致職業(yè)照射劑量共計(jì)為1.202mSv/a＋0.30mSv/a＝1.502mSv/a。2.2.1.5 γ外照射劑量計(jì)算

井下采場(chǎng)工作面γ劑量率參照本鈾礦其余分礦井下采場(chǎng)工作面實(shí)際監(jiān)測(cè)值，取338×10－8Gy/h；其他工作面取25.4×10－8Gy/h。工作人員停留時(shí)間取值時(shí)間按照井下采場(chǎng)1056h/a，其他工作面264h/a。

γ外照所致職業(yè)照射劑量公式如式（6）所示。

式中：Eγ為γ外照射所致有效劑量，mSv/a，0.7為吸收劑量與有效劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，mSv/Gy；D為γ輻射劑量率，Gy/h。

經(jīng)計(jì)算，本礦井γ外照所致職業(yè)照射劑量為2.54mSv/a。

2.2.1.6 井下工作人員職業(yè)照射劑量

式中：E為井下工作人員職業(yè)照射劑量，mSv/a；ERn為吸入氡或氡子體所致工作人員劑量，mSv/a；Eγ為γ外照射所致工作人員劑量，mSv/a；E塵為吸入鈾礦塵所致工作人員劑量，mSv/a。

綜合以上計(jì)算結(jié)果，本工程井下工作人員職業(yè)照 射 劑 量 為 10.30mSv/a ＋ 1.502mSv/a＋2.54mSv/a＝14.34mSv/a。

經(jīng)過(guò)計(jì)算井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量為14.34mSv/a，小 于 職 業(yè) 照 射 劑 量 管 理 目 標(biāo) 值15mSv/a。

2.2.2 井下工作人員所受劑量計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)計(jì)算，本鈾礦井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量理論值為14.34mSv/a，小于但接近職業(yè)照射劑量管理目標(biāo)值15mSv/a。

考慮到不同的作業(yè)場(chǎng)所存在個(gè)體差異，對(duì)本鈾礦作業(yè)人員進(jìn)行某年全年實(shí)體監(jiān)測(cè)，受監(jiān)測(cè)共679人，受監(jiān)測(cè)人員年人均待積有效劑量為7.99mSv，其中，井下受監(jiān)測(cè)人員為508人；95.8%的個(gè)人劑量分布在0～5mSv/a范圍。受監(jiān)測(cè)人員中有28人年度職業(yè)照射總有效計(jì)量大于15 mSv，年度劑量超標(biāo)人員占全礦井下作業(yè)受監(jiān)測(cè)人員508人的5.5%。

3 井下作業(yè)環(huán)境放射性危害評(píng)價(jià)

井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量估算值接近管理目標(biāo)值，部分作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量超標(biāo)，是很危險(xiǎn)的，需要采取有效的措施。

井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量估算是井下作業(yè)場(chǎng)所空氣中的鈾礦塵濃度、氡濃度、氡子體α潛能濃度達(dá)到控制限值時(shí)計(jì)算的，若通過(guò)加強(qiáng)通風(fēng)管理、除塵灑水等控制措施，使井下作業(yè)場(chǎng)所空氣中的鈾礦塵濃度、氡濃度、氡子體α潛能濃度等低于控制限值，井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量也會(huì)降低，反之則會(huì)升高。因此，控制井下作業(yè)場(chǎng)所空氣中的鈾礦塵濃度、氡濃度、氡子體α潛能濃度不超標(biāo)是減少井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量的基礎(chǔ)。

對(duì)本鈾礦進(jìn)行實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)其通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題如下所示。

1）脈內(nèi)巷道開拓，入風(fēng)污染嚴(yán)重。－8m以下中段入風(fēng)來(lái)自盲斜井，由于－8m中段采用脈內(nèi)開拓，同時(shí)采空區(qū)密閉不及時(shí)都造成大量的氡析出，導(dǎo)致采掘工作面氡及子體濃度高。此外，有的作業(yè)面炮煙難于及時(shí)排除，有毒有害成分超標(biāo)。

2）通風(fēng)系統(tǒng)不完善。－8m中段以下沒有設(shè)置中段回風(fēng)井，依靠采空區(qū)回風(fēng)，導(dǎo)致無(wú)序回風(fēng)，各采空區(qū)風(fēng)流串行。

3）廢棄采場(chǎng)、老硐無(wú)序進(jìn)風(fēng)，漏風(fēng)嚴(yán)重。大量無(wú)序入風(fēng)來(lái)自聯(lián)通地面的廢棄采空區(qū)，不但有效風(fēng)量利用率極低，而且入風(fēng)風(fēng)質(zhì)中氡及氡子體濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

4）大量采用留礦法，而且空區(qū)不充填，在抽出式通風(fēng)負(fù)壓作用下，井下空氣污染嚴(yán)重。同時(shí)，由于自然風(fēng)壓的變化引起礦井風(fēng)壓的變化，造成氡滲流方向變化復(fù)雜，氡污染難于有效控制。

5）無(wú)序采掘，風(fēng)流混亂。由于受生產(chǎn)成本的影響，對(duì)礦體進(jìn)行有選擇的回采，造成了由近向遠(yuǎn)的無(wú)序開采，采掘順序被打亂。隨著近5年產(chǎn)品售價(jià)的調(diào)整變化，對(duì)原遺棄低品位礦體重新進(jìn)行回采或補(bǔ)充探礦，造成了采礦作業(yè)面多及生產(chǎn)中段多的混亂局面。由于采礦順序的不合理，出現(xiàn)了風(fēng)流線路紊亂，新鮮風(fēng)與污風(fēng)混流，串聯(lián)、短路漏風(fēng)等現(xiàn)象。

綜上所述，該礦井通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足礦井生產(chǎn)要求，通風(fēng)不正常狀態(tài)運(yùn)行已經(jīng)影響到礦井安全生產(chǎn)。因此，應(yīng)技術(shù)改造井下通風(fēng)系統(tǒng)，從根本上防護(hù)輻射。改造工程關(guān)鍵點(diǎn)如下所示。

1）對(duì)廢棄、已開采完畢巷道采取噴砼防氡封閉措施，減少巷道含礦層暴露面積，抑制氡及其子體的析出。

2）采用充填法開采或者安置風(fēng)門、風(fēng)窗等調(diào)節(jié)裝置，多個(gè)出風(fēng)口進(jìn)行密閉，減少無(wú)序進(jìn)風(fēng)和漏風(fēng)，保證采區(qū)的有效風(fēng)量率。

3）東翼新設(shè)一條回風(fēng)井，最終形成對(duì)角雙翼式通風(fēng)系統(tǒng)。即由中間豎井入風(fēng)，由東西兩翼風(fēng)井回風(fēng)。并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)局部斷面進(jìn)行擴(kuò)幫，或適當(dāng)加大主通風(fēng)機(jī)的型號(hào)，增大通風(fēng)量。

除此之外的輻射防護(hù)措施建議如下所示。

1）工作場(chǎng)所輻射防護(hù)措施。①井下采掘作業(yè)采用淺孔爆破，濕式鑿巖，每次爆破后至少通風(fēng)30min以吹盡炮煙，并稀釋空氣中氡及其子體濃度，符合要求后進(jìn)入作業(yè)地點(diǎn)；②井下作業(yè)場(chǎng)所采取以通風(fēng)、濕式作業(yè)等為主的綜合防塵降氡措施，把空氣中氡及其子體、鈾礦塵等有害物質(zhì)濃度控制在可合理達(dá)到盡量低的水平；③井下獨(dú)頭采掘工作面、通風(fēng)困難的采場(chǎng)均設(shè)局扇輔助通風(fēng)。定期測(cè)風(fēng)，進(jìn)行風(fēng)量平衡計(jì)算，調(diào)整風(fēng)路，不斷完善通風(fēng)系統(tǒng)；④在工作人員上、下班出入口，設(shè)置供放射性工作人員專用的衛(wèi)生通過(guò)間。衛(wèi)生通過(guò)間包括便服更衣室、淋浴室、劑量檢查室、工作服更衣室等；⑤保持工作場(chǎng)所的清潔衛(wèi)生，降低粉塵濃度，經(jīng)常清洗設(shè)備及地面，注意皮膚、手、工作服的去污，防護(hù)表面污染。

2）個(gè)人防護(hù)措施。①對(duì)于γ輻射的防護(hù)，根據(jù)工作條件，可采用屏蔽防護(hù)、遠(yuǎn)距離操作或控制工作時(shí)間，以防止受到過(guò)量照射；②α、β放射性表面污染的防護(hù)：工作人員穿戴工作服、手套、工作帽、口罩以及防護(hù)眼鏡，防止β射線對(duì)皮膚和眼晶體的損傷。在出入口更換工作服和淋浴，進(jìn)行表面污染測(cè)量。

3）輻射監(jiān)測(cè)。①定期監(jiān)測(cè)工作場(chǎng)所（包括井下）的粉塵、氣溶膠、氡和氡子體濃度；不定期的對(duì)相關(guān)崗位進(jìn)行α、β放射性表面污染的監(jiān)測(cè)；②根據(jù)需要（如開采鈾品位高的礦體），進(jìn)行γ和β輻射水平的監(jiān)測(cè)；③每名放射性工作人員配備個(gè)人劑量計(jì)，建立個(gè)人受照劑量檔案，以便了解防護(hù)效果。

4 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)某鈾礦，井下作業(yè)人員接受的年有效放射性劑量測(cè)算，礦井下作業(yè)人員一年內(nèi)受到的氡及其子體的照射劑量、γ外照射，因吸入放射性礦塵造成的內(nèi)照射等最大劑量之和為14.34mSv/a，接近職業(yè)照射劑量管理目標(biāo)值15mSv/a。

2）對(duì)該鈾礦作業(yè)人員進(jìn)行全年實(shí)體監(jiān)測(cè)，年度劑量超標(biāo)人員占全礦井下作業(yè)受監(jiān)測(cè)人員508人的5.5%。

3）控制井下作業(yè)場(chǎng)所空氣中的鈾礦塵濃度、氡濃度、氡子體α潛能濃度不超標(biāo)是減少井下作業(yè)人員年職業(yè)照射劑量的基礎(chǔ)。該礦井通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)要求，需要噴砼封閉廢棄、已開采完畢巷道；采用充填法開采，密閉多余出風(fēng)口，減少無(wú)序進(jìn)風(fēng)和漏風(fēng)；新設(shè)一條回風(fēng)井，最終形成對(duì)角雙翼式通風(fēng)系統(tǒng)。

［1］夏玉婷，陳曉東，王彩生，等.二甲基甲酰胺毒性的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境與健康雜志，2011，28（9）：842－845.

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［8］EJ993－2008《鈾礦冶輻射防護(hù)規(guī)定》［S］.北京：核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2008.

Radioactive safety evaluation of work environment in uranium mine

CHU Ying1，2，QUAN Yong－zhi2，XU Wei－lan2，GUO Li－jie1
（1.Beijing General Research Institute of Mining ＆ Metallurgy，Beijing 100160，China；2.Beijing Guoxin Anke Technology Co.，Ltd.，Beijing 100160，China）

Analysis calculation and evaluation of hazard factors in a uranium mine.by identifying the radioactivity influence factors，calculation of all radiation effective dose to workers by three main factors，radiation degree analysis of radioactive source，find out the enterprise on the radiation protection insufficiency.As a result，the guidance and reference for enterprise safe production were provided；furthermore，the theoretical basis for its construction of safety management system was afforded.

uranium ore dust；radiation；radon and its progeny；α、β、γ－rays；ventilation

儲(chǔ)瑩（1986－），女，安徽安慶人，碩士，注冊(cè)安全工程師，主要從事礦山工程方面的安全評(píng)價(jià)工作。

X591

A

1004－4051（2014）S2－0099－04

2014－10－08