某鈾礦山尾渣堆與廢石堆覆土試驗研究

袁 勤，蔡 松

某鈾礦山尾渣堆與廢石堆覆土試驗研究

袁 勤，蔡 松

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊，江西贛州 341000）

針對某鈾礦山采冶設(shè)施的退役治理工程，主要是對尾渣堆、廢石堆等放射性污染較大的地點進行覆蓋屏蔽，在尾渣堆選取一處試驗場地，根據(jù)試驗結(jié)果，確定了所有采冶設(shè)施的覆蓋材料和厚度。通過試驗結(jié)果得出：廢石堆覆土厚度約為40～75 cm，露天采場覆土厚度約為90 cm，尾渣堆的覆土厚度約為135～150 cm，表明氡析出率與覆土厚度和壓實度之間存在顯著關(guān)系，覆土試驗結(jié)果可以為鈾礦山退役治理工程的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

退役治理；覆土試驗；氡析出率；覆土厚度

某小型鈾礦于20世紀90年代進行開采，2010年根據(jù)有關(guān)要求關(guān)閉了采礦，對未處理的尾礦進行水冶處理，在鈾礦開采和水冶過程中形成了大量的廢棄礦石和尾渣集中堆放形成了尾渣堆和廢石堆［1］，具體情況見表1。尾渣堆和廢石堆內(nèi)含有鈾鐳等放射性元素，使得它們存在很高的放射性，對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。鈾礦退役治理的實踐中，減少氡的釋放最有效、最經(jīng)濟的措施就是對廢（礦）石堆、尾渣堆進行黃土覆蓋治理。退役治理設(shè)計覆蓋厚度時，通常要進行治理前的覆土試驗，來確定各場所所需的覆土厚度，退役治理中覆土工作占退役治理的總工作量較大，它直接關(guān)系到退役治理的成本和治理效果。因此對尾渣堆進行覆土試驗是十分必要和重要的。

表1 某礦點廢石堆、尾渣堆相關(guān)參數(shù)

1 土源地的擇優(yōu)選擇

根據(jù)輻射防護最優(yōu)化原則，從恢復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的需要，本項目初步選定了2處土源地的粘土作為覆蓋材料，其中一處土源地位于某礦點的北側(cè)、相距約1.5 km，另一處土源地則位于某礦點的南側(cè)、相距約1.5 km。經(jīng)過前期調(diào)查這2處土源地的土量較為充足、監(jiān)測數(shù)據(jù)完整，且γ輻射劑量率、222Rn析出率等指標基本處于當(dāng)?shù)剌椛浔镜姿健?/p>

2 覆土厚度與222Rn析出率的試驗

為了給退役治理方案提供覆土厚度的科學(xué)依據(jù)，委托某具有權(quán)威性測試研究中心做了覆土厚度與抑制222Rn析出率關(guān)系的試驗［2，3］。

2.1試驗場地與試驗時間

覆土試驗選擇在該水冶場地表氡析出率和貫穿輻射劑量率相對較高的尾渣堆上，并選擇在尾渣堆一處地勢相對平坦，面積約為400 m2（20 m×20 m）的地點。覆蓋所需的材料選取擬取土地附近的黃土，并在取土點上進行了取樣分析，覆蓋試驗選取的覆蓋材料為本項目擬取土土源地的粘土，土壤的濕密度為（1.86～1.93）g／cm3；含水率為21.2%～29.8%；γ輻射劑量率均值為14.2×10－8Gy／h；表面氡析出率值為（0.042～0.073）Bq／m2·s；土壤中U天然含量為（17.9～47.4）Bq／kg；土中226Ra含量為（86.1～153.9）Bq／kg。

試驗時間為2014年12月～2015年1月。

2.2測量設(shè)備和方法

測量設(shè)備：PCMR－2型測氡儀、BH3103A型γ劑量率儀。

測量方法：積累法。

2.3覆蓋材料選擇

覆蓋試驗選取的覆蓋材料為本項目擬取土土源地的粘土，土壤的容重為（1.34～1.42）g／cm3；含水率為20%～30%；γ輻射劑量率均值為14.2×10－8Gy／h；表面氡析出率值為（0.042～0.073）Bq／m2·s；土壤中U天然含量為（17.9～47.4）Bq／kg；土中226Ra含量為（86.1～153.9）Bq／kg。

2.4試驗結(jié)果

本項目覆蓋試驗的結(jié)果見表2。

表2 覆蓋厚度與222Rn析出率的試驗結(jié)果

2.5覆蓋厚度的計算公式

2.5.1 覆蓋厚度與抑制222Rn析出率的關(guān)系式

根據(jù)覆蓋試驗數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出覆蓋厚度與抑制

相關(guān)系數(shù)：γ＝0.964 9

式中：X1為需要覆蓋的夯實后覆土的厚度／cm；Ji為覆蓋前的222Rn析出率平均值／Bq·（m2·s）－1；Jo為覆蓋后的222Rn析出率，取222Rn析出率的管理限值，Jo＝0.74 Bq／m2·s。

2.5.2 覆蓋厚度與屏蔽γ輻射劑量率的關(guān)系式

根據(jù)γ射線在屏蔽材料中的減弱規(guī)律，覆蓋厚度與屏蔽γ輻射劑量率的關(guān)系式為：222Rn析出率的關(guān)系式為：

式中：X2為屏蔽γ輻射需要覆蓋的夯實后覆土的厚度／cm；Δ1／2為半值層厚度，即γ輻射劑量率減弱一半所需的覆蓋層厚度，根據(jù)覆蓋試驗數(shù)據(jù)計算出本項目的半值層厚度約為22.1 cm；Hi為覆蓋前的γ輻射劑量率平均值／×10－8Gy·h－1；Ho為γ輻射劑量率的控制值，即32.1×10－8Gy／h。

3 覆土厚度的確定

3.1覆土厚度的確定原則

1.根據(jù)覆土厚度與222Rn析出率的試驗推導(dǎo)出的覆蓋厚度與抑制222Rn析出率的關(guān)系式，按源項的表面222Rn析出率均值計算出覆蓋厚度X1。

2.根據(jù)推導(dǎo)出的覆蓋厚度與屏蔽γ輻射劑量率的關(guān)系式，按源項的γ輻射劑量率均值計算出覆蓋厚度X2。

3.覆蓋厚度應(yīng)使覆蓋后的氡析出率、γ輻射劑量率均滿足管理限值的要求，故覆蓋厚度計算結(jié)果值X3＝max｛X1，X2｝。

4.多年土壤侵蝕余量：根據(jù)EJ／T20075－2014，取10～15 cm厚的多年土壤侵蝕余量記為ΔX。

5.根據(jù)《土地復(fù)墾技術(shù)標準》（原國家土地管理局1995年標準）為滿足植被恢復(fù)（草灌型）所需的最小覆土厚度為35 cm，記為Xmin。

綜上所述，本項目覆蓋厚度設(shè)計值X＝max｛X3＋ΔX，Xmin｝、即X＝max｛X3＋ΔX，35 cm｝。

3.2礦山各部位退役治理擬確定的覆蓋厚度

3.2.1 廢石堆、尾渣堆和露天采場覆蓋厚度

本項目包括10個廢石堆、2個尾渣堆和1個露天采場，通過計算并按上節(jié)所述原則確定覆蓋厚度，經(jīng)計算得出廢石堆覆土厚度約為40～75 cm；露天采場覆土厚度約為90 cm；尾渣堆的覆土厚度約為135～150 cm。

3.2.2 新建尾渣庫覆蓋厚度

本項目礦點新建一座尾渣庫，集中堆存處置礦點的廢石、尾渣及其它污染物，根據(jù)尾渣堆、廢石堆等各源項的監(jiān)測數(shù)據(jù)狀況，綜合考慮尾渣庫灘面受納清挖尾渣堆、廢石堆和工業(yè)場地等產(chǎn)生的污染土，對抑制尾渣的氡析出和屏蔽貫穿起到一定作用，以及污染土自身的氡析出和γ輻射劑量率疊加影響，通過計算并按覆土厚度的設(shè)計原則確定用以屏蔽貫穿輻射和抑制氡析出的覆蓋土層厚度［4］。即：經(jīng)過計算清挖尾渣堆下部污染土在尾渣表面形成的污染土層約170 cm厚，尾渣經(jīng)過污染土回填覆蓋后表面氡析出率降低至0.25 Bq／m2·s（不考慮污染土本身的氡析出）；其上回填清挖至尾渣庫的廢石堆、工業(yè)場地和污染道路的污染物，上述污染物的表面氡析出率均值為1.47 Bq／m2·s、γ輻射劑量率均值為229.5×10－8Gy／h，考慮疊加后，污染土層表面的氡析出率計算值為1.72 Bq／m2·s、γ輻射劑量率取值為229.5×10－8Gy／h，按覆土厚度的設(shè)計原則確定、計算出覆蓋土層厚度為85 cm。為了防止植物根部和動物侵入對尾渣庫覆蓋層的破壞，在覆蓋層上部鋪設(shè)生物阻擋層，根據(jù)以往的設(shè)計和工程經(jīng)驗，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，確定鋪設(shè)厚度20 cm的砂卵石層。同時，為了恢復(fù)自然地貌，以及減少風(fēng)蝕和大氣降水的淋浸［5］，考慮在生物阻擋層上部鋪設(shè)植被生長層，厚度35 cm。因此，最終確定新建尾渣庫的多層覆蓋總厚度為140 cm。

4 結(jié) 語

通過覆土試驗以確定該礦區(qū)尾渣堆覆土后氡的析出率以及貫穿輻射劑量率等有關(guān)參數(shù)，為退役設(shè)計提供最佳的覆蓋材料、覆蓋結(jié)構(gòu)和覆蓋厚度，為退役治理工程的順利進行提供了技術(shù)保障。

［1］ 潘英杰，徐樂昌，薛建新，等.國外鈾礦冶設(shè)施的退役治理［J］.鈾礦冶，2012，（2）：92－95.

［2］ 吳桂惠，周星火.鈾礦廢石堆覆土厚度探討［J］.鈾礦冶，1994，（3）：149－154.

［3］ 董成蘭.鈾尾礦庫退役治理有關(guān)氡析出率問題的探討［J］.鈾礦冶，2001，（2）：93－101.

［4］ 徐樂昌，張釗，張國甫，等.廣西某鈾礦山露天采場及廢石場的退役治理［J］.鈾礦冶，2012，（3）：158－161.

［5］ 張露，呂彩霞，盛青，等.鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施退役整治若干問題探討［J］.鈾礦冶，2013，（4）：212－215.

A Uranium M ine Tailings Pile Test on Soil and W aste Rock Pile

YUAN Qin，CAISong
（264BrigadeoftheJiangxiNuclearIndustryGeologyBureau，Ganzhou341000，China）

For the decommission of uranium mine mining and smelting facilities，mainly for tailings heap dump radioactive pollution，large sites of the shield was covered in the tail slag heap at a selected test site.According to the test results，determine allmining facilities covering material and thickness determination.Through the test results：dump soil thickness is about40～75 cm，open stope soil thickness is about90 cm and the thickness of the overlying soil tailings heap is about 135～150 cm，which shows that there is significant relationship between the radon exhalation rate and soil thickness and degree of compaction，soil test results can provide scientific basis for uranium mine retreat the design of servicemanagement project.

retired governance；covering soil test；radon release rate；soil covering thickness

X751

：A

：1003－5540（2016）06－0064－03

2016－08－26

袁 勤（1983－），女，工程師，主要從事礦山地質(zhì)安全研究工作。