淺析侏羅系地層中放射性核素對煤田開發環境的影響

摘 要:本文論述侏羅系地層中鈾作為放射性伴生礦產賦存于煤層的頂部、或頂底板砂巖中，在煤田開發過程中會遇到放射性核素238U，232Th、226Ra衰變產生的氡(222Rn)及子體總α及總β形成的內輻射和伽瑪(γ)射線產生的外輻射，因核輻射看不見、摸不著，聞不到，如不重視、高濃度氡、高強度伽瑪(γ)射線對生產者輕者造成放射性職業病，重者帶來生命危險，對生產帶來重大危害，建議煤田開發過程中應加強放射性核輻射監測及防護，對促和諧、求安全、謀發展具有重要意義，尤其對新疆伊犁盆地，鄂爾多斯盆地及其周邊(寧夏東部)煤田開發有戰略意義。

關鍵詞:放射性核素 層間氧化帶 半衰期 α衰變 β衰變

中圖分類號:X83文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0100-01

1 侏羅系地層中放射性核素238U形成機理

侏羅系地層中其中統(直羅組、延安組)為大型河流相和沖積平原相沉積，巖性由灰白色粗－細粒長石砂巖、石英砂巖、灰－灰黑色粉砂巖、頁巖、泥巖組成，夾多層可采煤層，自下而上巖性由粗變細，底部具礫巖與砂礫巖。屬陸相(大型盆地和山間盆地)碎屑巖含煤建造，是主要的煤系地層、因其具泥、砂、泥互層結構，巖石礦物成分多為酸性、中酸性巖石經風化剝蝕搬運沉積而來的長石，石英，長石中鈾化學豐度較高，地層孔隙度相對較大，巖石相對疏松，透水性較好。灰色砂巖中有機物碎屑含量適當，加之中侏羅世以后氣候干旱，富含游離氧的滲入水可以順層流動，成巖環境的不同含水層從原生還原條件逐步過渡到氧化條件，砂巖中鈾元素被氧化成U+6，融入水隨水徑流，在流動過程中，鈾在具泥砂泥結構的特定氧化還原過渡環境中被有機物質還原，并再生富集，通過一定的地質時期，形成一定或較大規模的可地浸砂巖鈾礦床，如鄂爾多斯東勝大型砂巖型鈾礦床、伊犁盆地砂巖型鈾礦。當熱大部分區塊因地質環境的不同則形成鈾異常體。

2 侏羅系煤系地層中放射性核素分布及物理輻射特征

侏羅系地層中放射性核素以鈾系中的238U為主，鈾異常體(未達到工業邊界品位)、鈾礦化體或者鈾礦體(特指鈾含量在萬分之三以上的)多以透鏡狀、鴨舌狀，卷曲狀賦存在煤層的頂、底板砂巖中，即所謂的層間氧化帶型鈾礦，大者單個礦體長度在500米以上，寬度在200米以上，厚度幾米至幾十米，具有一定金屬量，小者長度小于200多米，寬度幾米至幾十米，厚度幾十公分至幾米，有分布廣、連續性差的特點，無論其規模大小都會對煤田開采形成一定危害。

238U放射性核素其半衰期4.5億年左右，通過3次α衰變和2次β衰變變成226Ra，226Ra同樣經過1次α衰變和2次β衰變變成氡(222Rn)及子體，222Rn直至衰變成穩定鉛元素111Pb才算結束。其核素衰變過程中產生有毒有害的氡氣，同時放出強輻射的伽瑪射線，還有能量較低的α射線和β射線。氡的半衰期3.825天、平均壽命在5.515天(132小時左右)，較易溶于電解質含量低的水，在煤系地層中以氣體擴散或者隨水遷移兩種形式運移，在巖石中的擴散長度(擴散速度)小，空氣中擴散速度是巖石介質的中的10000倍。侏羅系煤系地層中的鈾—— 鐳基本處于平衡狀態，或者稍偏鈾，1克鐳1小時可產生2.7億Bq的氡，可見煤系地層中氡會得到源源不斷的補充，盡管它平均壽命在5.515天，也會在地層中局部富集形成高濃度氡氣層，其界面濃度高者可達到幾千到幾萬(Bq/m3)，國家職業標準為2700(Bq/m3)，安全標準為400(Bq/m3)，伽瑪(γ)射線輻射劑量率可能在幾千nGy/h，國標安全標準為174nGy/h，如此環境職業發病率高，其危害性可想而知。

3 放射性核素輻射對煤田開發的影響

侏羅系地層煤田開發過程中井巷道建設及采煤過程中可能隨時會遇到鈾礦化體或者鈾異常體，其放射性輻射將對井田建設及煤層開采人員形成危害，氡氣及子體(附在礦塵顆粒)通過呼吸系統進入人體形成內輻射，長時間會得矽肺病，誘發其它病變，形成職業性疾病。近距離伽瑪輻射可損傷皮膚，長時間作業誘發身體病因，會導致職業病變，高強度照射，大劑量吸入都會危及生命。因核輻射看不見、摸不著，所以對煤田的開發影響極大。

4 煤田放射性環境評價、放射性核素檢測及預防意義

隨著國民經濟的快速發展、尤其能源開發的速度更是突飛猛進，日生產量劇增，過去很長一段時間、煤田開發安全方面只注意瓦斯、透水等問題，而未將核輻射納入安全范圍，自從日本核電站發生核輻射問題后，我們國家也逐步把煤田放射性環境評價列為煤炭開發的重要條件之一，通過放射性環境評價，預測煤田環境放射性水平，進行井巷放射性核素檢測跟蹤，及時發現核輻射，對井田及時采取措施進行治理與防護意義重大。

5 煤田放射性環境檢測手段及防護措施

在煤田開發過程中、檢測主要手段為物理及化學測試、物理手段為采用伽瑪輻射儀(FD-3013、或HD系列輻射儀)監控伽瑪輻射場，觀測伽瑪輻射量率是否超標，氡氣濃度測量儀 (北京核儀器研究所制FD-216、或上海地質儀器廠HD系列)監控巷道及工作面空氣氡濃度是否超標，如超標則應立即采取防護及治理措施。化學測試主要是對煤矸石、井巷水體采集樣品，在化驗室進行鈾、釷、鐳等核素濃度測量，比活度總α和總β測量，觀測矸石及水體對環境是否形成污染。

防護措施如下。

(1)封堵法:加強巷道防護，用高標號水泥澆鑄井巷巷道壁(厚30cm～50cm左右)，并在其外側噴灑防氡涂料。特高氡濃度采用鉛塑料板，局部巖石(煤或水)要進行觀測采用鉛玻璃進行封堵。

(2)通風法:一般采用壓入式正壓通風，以控制和減少氡析出率，使氡氣得到及時稀釋，以便降低氡濃度，并給一定備用通風系數，一般可取20%。在井巷較長的情況下可以另附建通風道，保證工作面生產正常。

(3)工作人員佩戴活性炭防毒口罩(活性炭能大量吸收氡氣)，及時排除礦井積水，減少巷道水中氡的析出和擴散。在伽瑪輻射劑量率高的情況下，除加強防護壁外，可給工作人員配發質量較輕的醫用鉛纖維輻射防護服。

(4)適當調整工作班次，降低作業時間。

6 結論與建議

安全是效益，綠色生產是當代企業生產的主題，堅持煤田開發中以人為本的理念，重視煤田地層中放射性環境評價，尤其對侏羅系煤田開發過程中健全放射性核素檢測機制，生產中實施核素檢測跟蹤工作，對企業的安全生產具有重要意義。

參考文獻

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