鈾礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中氡及氡子體濃度的解算與調(diào)控

葉勇軍 張英朋 陳代嘉 張笑語

摘 要：在鈾礦井中工作人員受到的輻射主要來源于氡及氡子體。為減少鈾礦工作人員受到的氡致輻射劑量，須在確保入風(fēng)質(zhì)量的基礎(chǔ)上向井下提供充足可靠的降氡風(fēng)量。為此，依據(jù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算理論、核素衰變理論和紊流傳質(zhì)理論，建立了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中氡及氡子體濃度的解算模型，采用MATLAB 軟件，依據(jù)提出的模型對(duì)某硬巖鈾礦山具體支路中的氡及氡子體濃度分布進(jìn)行解算與分析。結(jié)果表明：1） 該解算模型能對(duì)單支路、多支路及含有局部氡源的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的氡及氡子體濃度進(jìn)行分析;2） 能結(jié)合氡及氡子體防護(hù)要求，判斷氡及氡子體濃度超過限值的支路，并在修正風(fēng)量較小的情況下采用風(fēng)量調(diào)節(jié)法解算出最優(yōu)降氡及氡子體風(fēng)量和風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)壓。

關(guān)鍵詞：氡;氡子體;濃度分布;通風(fēng)網(wǎng)絡(luò);局部氡源;調(diào)控

中圖分類號(hào)：TL72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

鈾是重要的國防戰(zhàn)略物資，也是重要的核電原料。地下鈾礦山是鈾資源重要的開采與水冶場(chǎng)所，在地下鈾礦山開采初期，淺部的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)礦井的合理分風(fēng)[1-3] ;但隨著開采范圍和深度的不斷延伸，礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，礦井的降氡風(fēng)量及風(fēng)壓調(diào)控愈加復(fù)雜與困難[4-5] ，若通風(fēng)系統(tǒng)的總風(fēng)量不足或分配不合理，則會(huì)導(dǎo)致巷道和作業(yè)場(chǎng)所空氣的氡及氡子體濃度超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值。在鈾礦山的工作人員所受輻射劑量中，氡的貢獻(xiàn)占80%以上[6] ，同等通風(fēng)條件下，我國井下氡及氡子體濃度比澳大利亞和俄羅斯高3～5 倍[7] ，為確保井下作業(yè)人員身體健康與安全，對(duì)地下鈾礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的氡及氡子體濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)與調(diào)控是非常必要和緊迫的。

為了對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，人們對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算進(jìn)行了研究，其中常用的風(fēng)網(wǎng)解算方法有Scott-Hinsley 法、京大二試法、牛頓法[8-9] 。此外鐘德云等[10] 在對(duì)回路風(fēng)量法解算原理深入分析的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的Scott-Hinsley 法，高巍[11] 將自然風(fēng)壓與其影響參數(shù)的預(yù)測(cè)與原有的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算算法進(jìn)行結(jié)合，形成一個(gè)含自然風(fēng)壓的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)解算新算法;高亞超[12] 結(jié)合多級(jí)機(jī)站風(fēng)網(wǎng)的雅可比矩陣特征，確定了多級(jí)機(jī)站通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算算法;馬恒[13] 對(duì)含有自然風(fēng)壓的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，得出了不同溫度、壓強(qiáng)條件下，含有自然風(fēng)壓的實(shí)時(shí)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果;云傳貴等[14-15] 得出了礦井通風(fēng)與瓦斯流動(dòng)一體化解算關(guān)系。葉勇軍等[16-20] 研究了壓入式、抽出式、壓抽混合式情況下的氡及氡子體濃度分布特性，獨(dú)頭巷道爆破后及留礦法采場(chǎng)的氡運(yùn)移規(guī)律; 國外Wheeler 等[21] 最早研究了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)空氣中氡污染的增長(zhǎng)和衰變因素。目前國內(nèi)在鈾礦井通風(fēng)排氡方面的研究相對(duì)滯后，還未對(duì)鈾礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中氡及氡子體濃度分布及調(diào)控進(jìn)行研究。

因此，基于巷道中通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算理論、核素衰變理論和紊流傳質(zhì)理論，建立了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中氡及氡子體濃度分布的解算模型，采用MATLAB 軟件依據(jù)模型編寫程序，對(duì)具體的鈾礦井單支路、多支路及含有局部氡源的巷道內(nèi)的氡及氡子體濃度分布進(jìn)行了解算與分析，為地下環(huán)境通風(fēng)控氡提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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