鈾礦通風網(wǎng)絡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，須在確保入風質(zhì)量的基礎上向井下提供充足可靠的降氡風量。為此，依據(jù)通風網(wǎng)絡解算理論、核素衰變理論和紊流傳質(zhì)理論，建立了通風網(wǎng)絡中氡及氡子體濃度的解算模型，采用MATLAB 軟件，依據(jù)提出的模型對某硬巖鈾礦山具體支路中的氡及氡子體濃度分布進行解算與分析。結(jié)果表明：1） 該解算模型能對單支路、多支路及含有局部氡源的通風網(wǎng)絡的氡及氡子體濃度進行分析;2） 能結(jié)合氡及氡子體防護要求，判斷氡及氡子體濃度超過限值的支路，并在修正風量較小的情況下采用風量調(diào)節(jié)法解算出最優(yōu)降氡及氡子體風量和風機運行風壓。

關鍵詞：氡;氡子體;濃度分布;通風網(wǎng)絡;局部氡源;調(diào)控

中圖分類號：TL72 文獻標識碼：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所，在地下鈾礦山開采初期，淺部的通風網(wǎng)絡能簡單實現(xiàn)礦井的合理分風[1-3] ;但隨著開采范圍和深度的不斷延伸，礦井的通風網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)愈加復雜，礦井的降氡風量及風壓調(diào)控愈加復雜與困難[4-5] ，若通風系統(tǒng)的總風量不足或分配不合理，則會導致巷道和作業(yè)場所空氣的氡及氡子體濃度超過國家標準限值。在鈾礦山的工作人員所受輻射劑量中，氡的貢獻占80%以上[6] ，同等通風條件下，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，對地下鈾礦山通風網(wǎng)絡的氡及氡子體濃度進行預測與調(diào)控是非常必要和緊迫的。

為了對礦井通風系統(tǒng)進行調(diào)控，人們對通風網(wǎng)絡解算進行了研究，其中常用的風網(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] 在對回路風量法解算原理深入分析的基礎上提出了一種改進的Scott-Hinsley 法，高巍[11] 將自然風壓與其影響參數(shù)的預測與原有的通風網(wǎng)絡解算算法進行結(jié)合，形成一個含自然風壓的網(wǎng)絡自動解算新算法;高亞超[12] 結(jié)合多級機站風網(wǎng)的雅可比矩陣特征，確定了多級機站通風網(wǎng)絡解算算法;馬恒[13] 對含有自然風壓的通風網(wǎng)絡進行了研究，得出了不同溫度、壓強條件下，含有自然風壓的實時通風網(wǎng)絡解算結(jié)果;云傳貴等[14-15] 得出了礦井通風與瓦斯流動一體化解算關系。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，獨頭巷道爆破后及留礦法采場的氡運移規(guī)律; 國外Wheeler 等[21] 最早研究了礦井通風網(wǎng)絡空氣中氡污染的增長和衰變因素。目前國內(nèi)在鈾礦井通風排氡方面的研究相對滯后，還未對鈾礦井通風網(wǎng)絡中氡及氡子體濃度分布及調(diào)控進行研究。

因此，基于巷道中通風網(wǎng)絡解算理論、核素衰變理論和紊流傳質(zhì)理論，建立了通風網(wǎng)絡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行了解算與分析，為地下環(huán)境通風控氡提供理論依據(jù)和技術支持。

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