CC BY
25
УДК 621.039.7
Г.П. Сидорова, Н.В. Овчаренко
ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ УРТУЙСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА
В современном мире наиболее остро стоит вопрос оценки влияния на геоэкологическое состояние территории разработки угольных месторождений, особенно открытым способом. Основной радиоэкологическая проблемой использования угля, как источника энергии является содержание в углях естественных радионуклидов. Радиоэкологические проблемы могут возникать на стадии добычи (превышение концентраций 22^п в шахтном воздухе, повышенные содержания 238и, 22!^а и других радиоактивных элементов в шахтных водах, загрязнение автодорог и окружающей среды при транспортировке и хранении угля с повышенным содержанием ЕРН и др.). В настоящее время многие месторождения разрабатываются без радиационно-гигиенического контроля, использование углей на ТЭС, котельных и печах индивидуальных домов так же не контролируется. Авторами рассмотрена система радиационно-гигиенического контроля и система мониторинга принятая на территории Уртуйского буроугольного разреза в Забайкалье.
Ключевые слова: уголь, естественные радионуклиды, сорт углей, радиоэкологическая опасность, геоэкологическое состояние, мониторинг.
Разработка угольных месторождений представляют собой сложную природно-техногенную систему, содержащую ряд источников антропогенного воздействия на окружающую среду. К примеру, в последние годы особое внимание уделяется радиологической безопасности использования углей. Как известно уголь, как природный сорбент, способен накапливать естественные радиоактивные нуклиды (ЕРН) уран-ториевого ряда (уран — ^^ торий — 232^, калий — 40К и др.).
Содержание ЕРН в углях различных месторождений колеблется в широком диапазоне. По оценке различных специалистов, среднее содержание урана (кларкавое) составляет 3,6 г/т [8]. Угли, имеющие урановые концентрации на несколько порядков выше кларка, извест-
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-1-0-92-100
ны во многих странах: в России, Казахстане, США, Китая и др. [9, 11]. По данным Научного Комитета ООН по действию атомной радиации НКДАР ООН 2000 среднемировые концентрации радионуклидов в углях составляют: ^^ — 37 Бк/кг, 22^ — 35 Бк/кг; 232т — 30 Бк/кг; «К — 400 Бк/кг [10].
При отработке угольных месторожде-нийсповышеннымсодержаниемЕРНра-диоэкологические проблемы могут проявляться в превышение концентраций 22^п в шахтном воздухе, повышенные содержания 238и, 22^а и других радиоактивных элементов в шахтных водах, загрязнение автодорог и окружающей среды при транспортировке и хранении угля с повышенным содержанием ЕРН.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 1. С. 92-100. © Г.П. Сидорова, Н.В. Овчаренко. 2018.
Как правило, многие угольные месторождения разрабатываются без радиа-ционно-гигиенического контроля, уголь используется на ТЭС, котельных и печах индивидуальных домов. При бесконтрольном сжигании углей происходит обогащение золы и шлака ЕРН. К примеру, в бурых углях пласта Итатский, Кемеровская область было выявлено повышенное содержание урана — 139 г/т, соответственно в золошлаковых отходах содержание урана составляет 902,6 г/т [3]. По общепринятой классификации эти отходы можно отнести к рядовым урановым рудам (диапазон содержание урана 0,05—0,1%).
В настоящее время примером отработки углей с повышенным содержанием ЕРН является многолетний опыт, применяемый на Уртуйском буроугольном месторождении. Уртуйское месторождение расположено в Краснокаменском районе Забайкальского края. Добыча угля осуществляется открытым способом ПАО «ППГХО». Месторождение представляет собой участок развития продуктивной угленосной толщи, общая площадь которого составляет около 6 кв. км при длине по простиранию угольных пластов 2,7 км и ширине в крест простирания 0,7—2,3 км. Границы месторождения определяется, как естественным выклиниванием угольных пластов и выходом их под наносы, так и ограничивающими разрывными нарушениями.
Уртуйское буроугольное месторождение было открыто в процессе проверки геофизической радиоактивной аномалии
в начале семидесятых годов ГРП-98 Сос-новского ПГО (В.Н. Бавлов и др., 1979 г). Геологическую разведку месторождения проводила геологическая экспедиция № 324, специализирующаяся на поисках и разведке радиоактивного сырья. При детальной разведке месторождения, проводившейся в 1984—1985 гг, были выявлены ураноносные угли со средним содержанием урана 0,022% (Шлейдер В.А. и др., 1985 г.). Промышленное освоение месторождения было начато в 1986 г. Приаргунским производственным горно-химическим объединением (ПАО «ППГХО») — крупнейшим уранодобывающим предприятием России. В процессе вскрышных работ было становлено, что ураноносные угли развиты значительно шире, поэтому в 1989 г. была выполнена до разведки месторождения, проводимая ГРП-1 ППГХО. В результате проведенных работ было установлено, что наряду с ураном в углях Уртуйского буроугольного месторождения в повышенных концентрациях отмечается и другие радиоактивные элементы.
Вопросы радиационно-гигиеническо-го качества углей решались как в процессе разведки месторождения, так и его дальнейшей добычи, и использования. За основу организации системы контроля качества угля были приняты требования норм радиационной безопасности, где дозы облучения населения не превышают 1 мЗ в в год (на человека), активность золошлаковых отходов (ЗШО), которые используются в строительных целях
Таблица 1
Классификация углей Уртйуского месторождения по содержания урана и суммарной эффективной удельной активности ЕРН
Сорт углей Си- % Аэ<ь> Бк/кг Направление использования
1 сорт менее 0,001 до 123 потребительские угли
2 сорт 0,001—0,01 123—1230 энергетические угли
3 сорт более 0,01 более 1230 комплексные угли
Рис. 1. Схема расположения штабелей угольного склада разреза «Уртуйский»
в населенном пункте принята не более 370 Бк/кг [4, 5].
В табл. 1 приведена классификация углей Уртуйского месторождения по содержанию урана и суммарной эффективной удельной активности ЕРН.
В соответствии с данной классификацией, угли 1-го сорта могут быть использованы в бытовых целях. Радиоактивность золы и золошлаковых отходов, образующиеся при сжигании угля не превышают допустимых значений суммарной эффективной удельной активности ЕРН строительных материалов 1-го класса, установленных нормами радиационной безопасности для применения в населенных пунктах [4, 5]. Поэтому данные угли продаются населению и частным организациям для сжигания в печах и котельных.
Угли 2-го сорта можно использовать только на ТЭС г. Краснокаменска. Зола и шлак этих углей соответствует суммарной эффективной удельной активности ЕРН строительных материалов 2-го и 3-го классов. Хранение отходов сжигания осуществляется в золошлакохрани-
лище, использование разрешено только в качестве материала для закладки выработанного пространства при добыче урановых руд подземным способом.
Угли 3-го сорта, имеют суммарную эффективную удельную активность ЕРН более 1230 Бк/кг, использование данных углей недопустимо. Такой уголь подлежит захоронению в специальных отвалах.
По принятой системе сортировки углей при их добыче, по содержанию ЕРН на склад готовой продукции поставляются угли 1 и 2-го сорта, где они складируются в отдельные угольные штабели. Существующая схема расположения штабелей угольного склада приведена на рис. 1.
Угли 3 сорта, содержащие повышенные концентрации радиоактивных элементов, складируются в специальные отвалы для их длительного хранения, до решения вопроса об их утилизации.
За период отработки месторождения было добыто 692,9 тыс. т углей 3-го сорта. При сжигании этого угля могло бы образоваться более 100 тыс. т золы и шлака. Такой материал можно классифицировать как низко радиоактивные от-
Рис. 2. Схема проектирования отвала комплексных углей
ходы, требующие специальных условий хранения (захоронения).
Методика контроля загрязнения окружающей среды при складировании радиоактивных углей
Загрязнение окружающей среды происходит при транспортировке и хранении в специальных отвалах углей с повышенным содержанием радиоактивных элементов. Контроль над загрязнением окружающей среды начинается с проектирования отвалов комплексных углей. При этом учитываются такие факторы, как рельеф местности, обводненность участ-
ка, количество осадков, возможность образования ливневых и паводковых вод, расстояние транспортирования радиоактивных углей.
Угли Уртуйского месторождения относятся к IV категории пожароопасности, инкубационный период самонагревания угля в отвалах составляет 20—60 дней. Поэтому формирование отвала комплексного угля должно производиться интенсивно, не более чем в 40-дневный срок. Основание отвала должно быть отсыпано инертными породами. По завершении формирования отвала для предотвращения размыва изолирующих породных слоев и попадания ливневых вод
внутрь отвала строятся водоотводные канавы. На рис. 2 показана схема проектирования отвала комплексных углей.
При формировании отвалов запрещается производить отсыпку горной масс с горящим углем. Для проведения контроля за процессом самовозгорания угля при хранении в отвале осуществляется замера температуры угля на поверхности и на глубине 1 м, для проведения замеров производится бурение наблюдательных скважин по сети 25х25 м.
В процессе формирования отвала до его полного объема производится последовательная изоляция каждой его части инертными породами.
Проведение радиационно-гигиенического контроля качества угля на технологических этапах разработки месторождения
Для оперативного контроля за качеством угля по содержанию ЕРН на Уртуй-ском разрезе создан пункт управления качества по автомобильному типу радиометрической контрольной станции (РКС). Через данный пункт проходят все без исключения углевозы, это позволяет производить качественную сортировку углей по радиационно-гигиеническому фактору (рис. 3).
Кроме РКС, в системе контроля качества угля входят гамма-опробование забоев экскаваторов и штабелей угольного склада, а также гамма-каротаж эксплуатационно-разведочных скважин. Все применяемые методы контроля радиа-ционно-гигиенического качества угля, позволяют исключить превышение содержаний ЕРН в отгружаемом угле.
Мониторинг территории отработки Уртуйского месторождения
С цель оценки, прогноза и наблюдения негативного воздействия на состояние окружающей среды на территории отработки Уртуйского месторождения действует система мониторинга. Наблюдение осуществляется на территории промышленной зоны предприятия и его санитарно-защитной зоны. Основными задачами мониторинга является определение радиационной безопасности в пределах санитарно-защитных зон предприятия на участках транспортировки, отгрузки и хранения угля. Основными объектами наблюдения являются транспортные дороги, открытый склад угля, отвалы комплексных углей.
Радиационный контроль обеспечивает выполнение «Норм радиационной безопасности НРБ-99/2009, Основных са-
Рис. 3. Контроль автосамосвалов с углем на РКС разреза «Уртуйский»
Таблица 2
Периодичность контроля ЕРН на разрезе «Уртуйский»
Номер источника Производство, цех, участок, контрольная точка Контролируемое вещество Периодичность контроля, раз/год Кем осуществляется контроль
1 2 3 4 5
1 открытый угольный склад уран (контрольные пробы: радий, торий, калий-40) 12 ЛРБ ПАО «ППГХО», ЛКУ РУ «У»
2 транспортные дороги уран (контрольные пробы: радий, торий, калий-40) 12 ЛРБ ПАО «ППГХО»
3 комплексные отвалы уран (контрольные пробы: радий, торий, калий-40) 12 ЛРБ ПАО «ППГХО»
нитарных правил обеспечения радиационной безопасности 0СП0РБ-99/2009», Руководства по контролю загрязнения атмосферы (РД-52.04.186-89) и отраслевых методических документов [4, 5, 6].
Основным загрязняющим веществом по радиационному фактору является уголь. При обнаружении в природных объектах соединений в концентрациях, превышающих установленные нормативы, принимаются оперативные меры по устранению причин загрязнения.
Контроль за источниками загрязнения осуществляется лабораторией радиационной безопасности (ЛРБ) ПАО «ППГХО», в соответствии с графиками контроля, утвержденным руководством предприятия и согласованными с Читинской инспекцией аналитического контроля и Госсанэпиднадзором.
Периодичность и плотность контроля ЕРН на разрезе «Уртуйский» приведены в табл. 2.
Для проведения мониторинга на открытом угольном складе используется
сортировка углей по содержанию в них ЕРН. Энергетический и потребительский уголь складируется в разные штабели угольного склада. Энергетический уголь перегружается роторным экскаватором в железнодорожные вагоны и транспортируется на местную ТЭЦ. Потребительский уголь реализуется населению и на ТЭЦ.
Радиационный мониторинг территории угольного склада производится один раз в месяц, согласно графика лаборатории радиационной безопасности предприятия, площадной гамма-съемкой, по профилям с шагом 100 м. Кроме этого, службой лаборатории качества угля РУ «У» все штабеля угольного склада опробуются ежесуточно переносными радиометрами, по сетке 50х50 м, с отбором точечных проб, из которых формируется сборная проба по штабелю за сутки, для определения содержания ЕРН (U, Ra, Th). Среднегодовые показатели содержания ЕРН в угле на угольном складе приведены в табл. 3.
Таблица 3
Среднегодовые показатели содержания ЕРН в угле на угольном складе
Вид пробы Год U, % Бк/кг
Ra-226 Th-232
уголь 2014 0,0004 31,19 22,13
2015 0,0006 26,9 21,89
2016 0,0002 39,0 29,5
Рис. 4. Транспортные дороги от угольных забоев, дорога № 2 — забой ЭКГ № 30, 31 — РКС
Следующим объектом наблюдения являются транспортные дороги в контуре разреза «Уртуйский». Контроль радиоактивного загрязнения дорог основан на систематическом опробовании полотна дорог радиометрическим методом.
Общая длина автодорог, по которым транспортируется уголь — 12 км (рис. 4).
Замер загрязнения полотна дорог проводится прибором Уран-М, шаг замера 250—500 м. Результаты опробования за 2016 г. приведены в табл. 4.
Результаты контроля показывают незначительное повышение фона на транспортных дорогах, что является основанием для периодической зачистки дорог от просыпей углей.
Состояние отвалов комплексных углей так же оценивается радиометрическим методом. Замеры осуществляется прибором Уран-М, шаг замера 250—500 м. По
Таблица 4
Результаты замера полотна дорог в 2016 г.
дорога № 1 — забой ЭКГ № 11 — угольный склад;
результатам замера среднее значение фона в 2016 г. составило 16 мкР/ч. Результаты контрольных замеров радиоактивного загрязнения на площади отвала не превышают фоновые показатели, что указывает на эффективность проектных решений по формированию отвалов для хранения комплексного сорта углей.
Опыт разработки Уртуйского буро-угольного месторождения показывает возможность создания эффективной системы управления качеством угля по ра-диационно-гигиеническому фактору, это позволяет постоянно контролировать радиоактивные загрязнения территории горного предприятия, добывающего и отгружающего уголь с повышенным содержанием естественных радионуклидов, тем самым обеспечивая охрану окружающей среды, что подтверждается результатами мониторинга.
№ а/дороги результаты замера, мкР/час среднее значение, мкР/час
1 20, 19, 14, 19, 14, 16, 11, 18, 21, 23, 18, 16, 13, 17, 14 17
2 23, 18, 13, 21, 19, 15, 16, 19, 20, 19, 18, 14, 13, 16 18
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крылов Д. А., Овсейчук В. А., Сидорова Г. П. Радиоактивность углей // Энергия: экономика, техника, экология. — 2015. — № 5. — С. 2—11.
2. Крылов Д.А., Сидорова Г. П. Пути снижения экологического воздействия на окружающую среду угольных ТЭС // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 11. — С. 277—286.
3. Нифантов Б. Ф., Заостровский А. Н., Занина О. П. Горно-геологическое и технологическое значение распределения ценных и токсичных элементов в кузнецких углях // Уголь. — 2009. — № 12. — С. 59—61.
4. НРБ-99/2009 СанПиН 2.6.1.2523-09. Нормы радиационной безопасности. — М.: Минздрав России, 2009.
5. ОСПОРБ-99/2010 Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности. — М.: Минздрав России, 2011.
6. РД-52.04.186-89 Руководства по контролю загрязнения атмосферы. — М.: Госкомгидро-мет, 1989.
7. Сидорова Г. П., Крылов Д. А. Радиоактивность углей и золошлаковых отходов угольных электростанций: монография. — Чита: ЗабГУ, 2016. — 248 с.
8. Юдович Я.З., Кетрис М. П., Мерц А. В. Элементы-примеси в ископаемых углях. — М.: Наука, 1985. — 239 с.
9. Suhana Jalila, Mohd Rashid. Analysis of Natural Radioactivity in Coal and Ashes from a Coal Fired Power Plant // Chemical Engineering Transactions, 2015, vol. 45, pp. 1549—1554.
10. UNSCEAR, Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and Effects of Ionizing Radiation N. Y., 2000. pp. 40—75.
11. Xinwei Lu, Xiaodan Jia, Fengling Wang. Natural radioactivity of coal and its by-products in the Baoji coal-fired power plant, China // Current science, 2006, vol. 91, no 11, pp. 1508—1511. li^re
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Сидорова Галина Петровна1 — доктор технических наук, профессор, e-mail: druja@inbox.ru, Овчаренко Наталья Валерьевна1 — аспирант, главный геолог, РУ «Уртуйское» ПАО «ППГХО», e-mail: nataovharenko@mail.ru, 1 Забайкальский государственный университет.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 1, pp. 92-100.
G.P. Sidorova, N.V. Ovcharenko
ASSESSMENT OF RADIOLOGICAL SITUATION IN THE AREAOF URTUI OPEN PIT LIGNITE MINE
The most urgent issue of concern in the modern world is the geoecological impact assessment in coal mining areas, especially in case of open pit mines.
The key radioecological problem of coal as a power source is the coal content of natural radioactive nuclides.
The radioecological problems can arise at the stage of actual production (excess of mine air concentrations of 222Rn, increased content of 238U, 226Ra and other radioactive elements in mine water, roadway contamination and environmental pollution in haulage and storage of coal with the increased content of EPH etc.).
Many mines operate currently without the health radiation surveillance, and no control over coal usage by thermal plants, boiler-houses and in private furnaces is carried out.
The authors describe the public health radiation surveillance and monitoring system which is in effect in the area of Urtui open pit lignite mine in Transbaikalia.
Key words: coal, natural radioactive nuclides, coal grade, radioecological hazard, geoecological situation, monitoring.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-1-0-92-100
AUTHORS
Sidorova G.P.1, Doctor of Technical Sciences,
Professor, e-mail: druja@inbox.ru,
Ovcharenko N.V.1, Graduate Student,
Chief Geologist, Urtui Mine Management,
Priargunsky Mining and Chemical Works,
e-mail: nataovharenko@mail.ru,
1 Transbaikal State University, 672039, Chita, Russia.
REFERENCES
1. Krylov D. A., Ovseychuk V. A., Sidorova G. P. Energiya: ekonomika, tekhnika, ekologiya. 2015, no 5, pp. 2—11.
2. Krylov D. A., Sidorova G. P. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015, no 11, pp. 277—286.
3. Nifantov B. F., Zaostrovskiy A. N., Zanina O. P. Ugol'. 2009, no 12, pp. 59—61.
4. Normy radiatsionnoy bezopasnosti. NRB-99/2009 SanPiN 2.6.1.2523-09 (Radiation safety standards NRB-99/2009, Public Health Regulations SanPiN 2.6.1.2523-09), Moscow, Minzdrav Rossii, 2009.
5. Osnovnye sanitarnye pravila obespecheniya radiatsionnoy bezopasnosti 0SP0RB-99/2010 (Basic health radiation safety standards 0SP0RB-99/2010), Moscow, Minzdrav Rossii, 2011.
6. Rukovodstva po kontrolyu zagryazneniya atmosfery RD-52.04.186-89 (Air pollution control guidelines RD-52.04.186-89), Moscow, Goskomgidromet, 1989.
7. Sidorova G. P., Krylov D. A. Radioaktivnost' ugley i zoloshlakovykh otkhodov ugol'nykh elektro-stantsiy: monografiya (Radioactivity of coal and ash-and-slag waste at coal-fired electric power plants: monograph), Chita, ZabGU, 2016, 248 c.
8. Yudovich Ya. Z., Ketris M. P., Merts A. V. Elementy-primesi v iskopaemykh uglyakh (Elements-admixtures of fossil coal), Moscow, Nauka, 1985, 239 p.
9. Suhana Jalila, Mohd Rashid. Analysis of Natural Radioactivity in Coal and Ashes from a Coal Fired Power Plant. Chemical Engineering Transactions, 2015, vol. 45, pp. 1549—1554.
10. UNSCEAR, Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and Effects of Ionizing Radiation N. Y., 2000. pp. 40—75.
11. Xinwei Lu, Xiaodan Jia, Fengling Wang. Natural radioactivity of coal and its by-products in the Baoji coal-fired power plant, China. Current science, 2006, vol. 91, no 11, pp. 1508—1511.
FIGURES
Fig. 1. Layout of coal piles in the storage yard of Urtui open pit mine.
Fig. 2. Diagram of ventilation of coal pile.
Fig. 3. Check of coal-loaded dump trucks at the radiation control station at Urtui open pit mine.
Fig. 4. Roadways from coal faces: road no. 1 — Mine shovel EKG11 face—Coal store yard; road no. 2 — Mine shovel EKG30, 31 face—Radiation control station.
TABLES
Table 1. Urtui coal classification by uranium content and total effective EPH specific activity.
Table 2. EPH control interval at Urtui open pit mine.
Table 3. Average annual coal content of EPH in the coal store yard.
Table 4. Roadbed measurement results in 2016.
