CC BY
24
2008
А.А. Шилов, Е.А. Пак
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДОНООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
^^"онизирующее излучение и, в частности, природный радиационный фон является одним из наиболее важных факторов окружающей среды. По мере развития научно-технического прогресса, в связи с загрязнением окружающей среды, обусловленным деятельностью человека, повсеместным внедрением ядерной энергетики и использованием источников ионизирующего излучения практически во всех сферах деятельности, экология сейчас обрела особое значение.
В данной работе будет рассмотрено влияние ионизирующего излучения на радиационно-экологическую обстановку на предприятиях, занятых добычей угля подземным способом.
Добыча угля является весьма опасной стадией в радиационном смысле. Радиационная опасность в угольных шахтах связана с естественными радионуклидами, содержащимися в углях и вмещающих породах. Основной вклад в дозу облучения подземного персонала вносят дочерние продукты радона и торона, присутствующие в шахтной атмосфере в виде аэрозолей.
Согласно ст.42 Конституции РФ «... Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о её состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением» [1].
С целью реализации конституционных прав граждан на охрану здоровья и благоприятную окружающую среду разработан и, в настоящее время, действует руководящий документ «Методика оценки радиационной обстановки на угольных шахтах и разрезах» РД 8016-91, 1992 [2].
Кроме этого, на шахтах должен осуществляться комплекс организационно-технических мероприятий, обеспечивающих выполнение требований «Основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности» ОСПОРБ-96 [3], которые были разработаны в соответствии с Законами Российской Федерации «О сани-
194
тарно-эпидемиологическом благополучии населения» [4], «О радиационной безопасности населения» [5], «Об использовании атомной энергии» [6] и «Нормами радиационной безопасности НРБ-96» [7].
Для соблюдения Правил безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03) [8] необходимо учитывать радон в качестве индикаторного газа, так как он в данном качестве, по информативности, занимает третье место после окиси углерода и водорода.
Важнейшим путём решения задачи радиационного контроля угольных шахт является оценка потенциальной радоноопасности горных выработок с целью определения требуемой радонозащиты.
Радон - самый тяжёлый из благородных газов, которые раньше, ещё лет 20^30 назад, чаще называли инертными газами. Его опасность заключается в том, что помимо вызываемых им функциональных нарушений (астматические приступы удушья, мигрень, головокружение, тошнота, депрессивное состояние и т.д.), он вследствие внутреннего облучения лёгочной ткани способен вызвать рак лёгких. Радон - химически инертен, но ионизированные продукты его распада (радионуклиды полония, висмута, свинца) сорбируются пылью и влагой, образуя альфа-радиоактивные аэрозольные частицы, которые могут проникать в верхние дыхательные пути и оседать в них, создавая локальные источники альфа-облучения клеток. Такие аэрозоли в определенной степени эквивалентны «горячим частицам» радиоактивной топливной пыли чернобыльских осадков. Радон представляет собой одноатомный инертный газ. Средняя продолжительность жизни атомов радона 5,5 сут. За это время радон может переноситься по трещинам и порам горных пород на расстояния в десятки сантиметров, а под действием фильтрационных токов воздуха в трещинах, зонах обрушения, закладке и т.д. - на расстояния в десятки и сотни метров.
В настоящее время самым мощным источником поступления естественных радионуклидов (ЕРН) в окружающую среду являются объекты топливо-энергетического цикла (ОТЭЦ) на органическом топливе - угле, сланце, нефти, при сгорании которого с дымовыми выбросами в атмосферу поступают радиоактивные 40К, 238U, 226Ra, 232Th и продукты их распада. Причём эффективная эквивалентная доза в результате выбросов угольной ТЭЦ существенно (в 5^40 раз) больше, чем АЭС равной мощности.
195
При сжигании каменного угля образуется значительно больше твёрдых частиц (шпата и золы), чем при сжигании других видов органического топлива. Содержание ЕРН в углях различных месторождений различается в 100^1000 и более раз. Так, пределы вариации содержания урана в месторождениях мира составляют 0,6^3600 Бк/кг, а при наличии в районе угольного месторождения урановых аномалий доходит до 8 104 Бк/кг. Для некоторых месторождений угля (может быть даже для большинства) с учётом широкой вариации содержаний и повышенных средних содержаний ЕРН радиоэкологические проблемы возникают уже на стадии добычи и обогащения угля, поэтому необходимо учитывать их радиационную обстановку.
Радиационная обстановка в угольных шахтах формируется за счёт присутствия в угле и вмещающих породах естественных радионуклидов. Из них наиболее значимыми являются дочерние продукты радона и торона, а также долгоживущие радионуклиды рядов урана и тория, которые присутствуют в шахтной атмосфере в виде аэрозолей (рисунок).
Самопроизвольный распад этих элементов сопровождается испусканием либо а-частиц, представляющих собой ядра атомов гелия, либо ß-частиц (отрицательных электронов). При большинстве превращений корпускулярному излучению сопутствует электромагнитное у-излучение.
Одним из компонентов радиационного фона на угольных шахтах и разрезах является у-излучение углей и вмещающих пород, обусловленное содержащимися в них радионуклидами естественных семейств урана и тория, а также радиоактивного изотопа калия-40. у-излучение обладает большой проникающей способностью и создаёт внешнее облучение организма горняков. Мощность дозы у-излучения прямо пропорциональна содержанию у-излучающих радионуклидов в стенках горной выработки.
Пренебрегая различиями в плотности и вещественном составе различных типов углей и пород (связанная с этим дополнительная погрешность не превышает 10 %), максимально возможную мощность дозы у-излучения в подземных горных выработках можно вычислять по формуле:
196
Схема распада ряда урана-радия
Ру=0,104(Ска+1,31 Схь+0,085 Ск), (1)
где Ру - мощность поглощенной в воздухе дозы у-излучения, мкР/ч; Ск, Сть Ска - среднее содержание в углях и горных породах соответственно калия-40, тория-228, радия-226, Бк/кг.
Радон и торон высвобождаются из горных пород повсеместно и накапливаются в непроветриваемых или слабопроветриваемых объёмах (горные выработки, выработанное пространство, камеры, тупиковые выработки, ниши и т.п.). В таких местах эквивалентная равновесная объёмная активность (ЭРОА) дочерних продуктов радона в воздухе нередко превышает допустимый уровень в десятки и даже сотни раз.
Радиационная обстановка каждой конкретной шахты зависит от содержания естественных радионуклидов в породе и угле, содержания пыли в рудничном воздухе, интенсивности проветривания горных выработок, скорости выделения радона и торона в рудничную атмосферу и ряда других факторов.
Большое число факторов, влияющих на процесс радоновыде-ления, не позволяют теоретически рассчитать дебит радона, поэто-
197
му для его оценки обычно используют метод аналогий и эмпирические зависимости, установленные в процессе предварительного радиационного обследования шахт.
Радиационные обследования шахт проводятся для определения содержания естественных радионуклидов в углях и вмещающих породах, для расчёта содержания долгоживущих радионуклидов в атмосфере (с учётом данных о запыленности воздуха) на рабочих местах и транспортных выработках. В ходе предварительного обследования шахт измеряют содержание радона и величину скрытой энергии дочерних продуктов радона и торона в исходящих и входящих воздушных струях шахты. Также рассчитывают среднюю величину скрытой энергии дочерних продуктов радона и торона по рабочим местам и мощность эквивалентной дозы гамма-излучения на рабочих местах и в транспортных выработках с учётом содержания естественных радионуклидов в углях и вмещающих породах. По результатам предварительного обследования можно рассчитать средние и максимальные значения уровня воздействия на лёгкие (УВЛ) на рабочих местах и в транспортных выработках; воздухопотребность шахты по сумме радиационных факторов, а также оценить радиационную обстановку на шахте и разработать рекомендации по организации дозиметрического контроля и повышению эффективности использования защитных средств.
Помимо того, целью радиационного обследования горных предприятий является классификация шахт в зависимости от суммарного уровня воздействия на лёгкие радиационно-опас-ных факторов. По этому признаку угольные шахты делят на три категории:
- шахты I категории - шахты, где дозовая нагрузка не превышает 1 м3 в/год, для обеспечения радиационной безопасности персонала достаточны эпизодические (один-два раза в год) измерения величины скрытой энергии дочерних продуктов радона и торона в основных исходящих воздушных струях шахты. А защитные меры сводятся к снижению запыленности атмосферы и более эффективному использованию респираторов;
- шахты II категории - шахты, где доза составляет 1^3 м3 в /год. В них необходим систематический контроль уровней РОФ на рабочих местах и выполнение выборочных защитных мероприятий (главным образом - усиление проветривания) на тех участках, где среднегодовое значение уровня воздействия на легкие (УВЛ) превышает норматив;
198
- шахты III категории - шахты, где доза облучения составляет 3 и более м3в/год. В этих шахтах должно быть проведено детальное обследование радиационной обстановки и по его результатам разработаны рекомендации по снижению радиоактивной загрязненности шахтной атмосферы.
Дополнительные исследования следует проводить для изучения радиационной обстановки и получения исходных данных для радиологической аттестации углей при их отправке потребителям, а также аттестации вмещающих пород и шлаков, используемых в строительстве.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Конституции РФ.
2. «Методика оценки радиационной обстановки на угольных шахтах и разрезах» РД 8-016-91, 1992.
3. «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности» ОСПОРБ-96.
4. Закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».
5. Закон РФ «О радиационной безопасности населения».
6. Закон РФ «Об использовании атомной энергии».
7. «Нормы радиационной безопасности НРБ-96».
8. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03).
9. Способы обеспечения радиационной безопасности при разведке и добыче урановых руд/ И.В. Павлов, С.С. Покровский, Е.Н. Камнев. - М.: Энергоатом-издат, 1994.-256 е.: ил. ISBN 5-283-03125-Х. ЕШ
— Коротко об авторах
Шилов А.А. - кандидат технических наук, доцент, Пак Е.А. - инженер,
Московский государственный горный университет.
^_
--© Г.Г. Каркашадзе, 2008
199
