Радиационно-экологическая ситуация на шахтах России Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------------- © В.С. Рогалис, С.Г. Кузьмич,

2007

УДК 622.8

В.С. Рогалис, С.Г. Кузьмич

РАДИАЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ НА ШАХТАХ РОССИИ

Радиационная опасность в подземных горных выработках, в том числе угольных шахтах, связана с естественными радионуклидами, содержащимися в углях и вмещающих их породах. Основной вклад в дозу облучения работников вносят дочерние продукты радона. Другие радиационно-опасные факторы (РОФ) - внешнее гамма-излучение, дочерние продукты торона, долгоживущие радионуклиды рядов урана и тория, присутствующие в производственной атмосфере в виде аэрозолей, создают значимые (>1 м3в/год) дозы облучения только на урановых рудниках, а так же на некоторых угольных шахтах.

Радон - инертный газ, образующийся в процессе распада радиоактивного химического элемента радия, а торон -тория. Радон в свою очередь продолжает распадаться по своей цепочке с выделением энергии, которая является основным поражающим фактором для человека.

Радиационная опасность в угольных шахтах связана с естественными радионуклидами, содержащимися в углях и вмещающих породах. Основной вклад в дозу облучения подземного персонала вносят короткоживущие радионуклиды рядов урана и тория, находящиеся в шахтной атмосфере в виде аэрозолей.

Средние уровни воздействия радиационно-опасных факторов (РОФ) на персонал угольных шахт могут различаться, по меньшей мере, в 10 раз в зависимости от содержания урана и тория в углях и вмещающих породах, запыленности шахтной атмосферы, дебита радона и торона, проветриваемого объема шахты и количества подаваемого в шахту воздуха.

Как происходит выделение радона в рудничную атмосферу? Процесс выделения радона в рудничную атмосферу можно разделить на три этапа. На первом этапе происходит эманирование радона, т.е. выделение его из кристаллической решетки минералов в поры горных пород. Как правило, выделяется не весь радон, а только его определенная часть. Долю высвободившегося радона характеризует коэффициент эманирования.

На втором этапе радон диффундирует в порах и микротрещинах отдельного горного массива. За время диффузии часть радона распадается. Поэтому в трещины между отдельностями массива попадает только часть свободного радона. Доля радона, выделяющегося в трещины, зависит от коэффициента диффузии радона в отдельностях массива от их размеров.

На третьем заключительном этапе процесса происходит фильтрационно-диффузионное распространение радона по макротрещинам горного массива, где также распадается часть радона. Доля радона выносимого из трещин в горные выработки, зависит главным образом от скорости фильтрации воздуха по трещинам, которая в свою очередь определяется проницаемостью массива и перепадами давления воздуха между горными выработками.

Большое число факторов, влияющих на процесс радоно-выделения, и вариабельность горно-геологические условия не позволяют теоретически рассчитать дебит радона, поэтому для его оценки обычно используют метод аналогий и эмпирические зависимости, установленные в процессе предварительного радиационного обследования шахт.

Главной целью предварительного обследования является классификация шахт в зависимости от суммарного уровня воздействия на легкие радиационно-опасных факторов. По этому признаку угольные шахты можно разделить на три категории.

В шахтах I категории, где дозовая нагрузка не превышает 1 м3в/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 шах-

ты. А защитные меры сводятся к снижению запыленности атмосферы и более эффективному использованию респираторов.

В шахтах II категории, где доза составляет 1-3 м3в /год, 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.

В шахтах III категории, где доза облучения составляет 3 и более м3в /год, должно быть проведено детальное обследование радиационной обстановки и по его результатам разработаны рекомендации по снижению радиоактивной загрязненности шахтной атмосферы.

Задачами предварительного обследования являются:

- определение содержания естественных радионуклидов в углях и вмещающих породах;

- расчет содержания долгоживущих радионуклидов в атмосфере (с учетом данных о запыленности воздуха) на рабочих местах и транспортных выработках;

- измерение содержания радона и величины скрытой энергии дочерних продуктов радона и торона в исходящих и входящих воздушных струях шахты;

- расчет средней величины скрытой энергии дочерних продуктов радона и торона по рабочим местам;

- расчет мощности эквивалентной дозы гамма-излучения на рабочих местах и в транспортных выработках с учетом содержания естественных радионуклидов в углях и вмещающих породах;

- расчет средних и максимальных значений УВЛ на рабочих местах и в транспортных выработках;

- расчет воздухопотребности шахты по сумме радиационных факторов;

- оценка радиационной обстановки на шахте и разработка рекомендаций по организации дозиметрического контроля и повышению эффективности использования защитных средств.

Дополнительной и весьма важной задачей изучения радиационной обстановки является получение исходных данных для радиологической аттестации углей при их отправке

потребителям, а также аттестации вмещающих пород и шлаков используемых в строительстве.

Для примера рассмотрим общую оценку радиационной обстановки на одной из шахт Кузбасса.

По результатам предварительного обследования основные параметры, влияющие на формирование радиационной обстановки на шахте «Шушталепская», имеют следующие значения:

- среднее содержание радия-226 в угле (20 Бк-кг'1) соответствует среднемировому уровню (20 Бк-кг-1), а во вмещающих породах - (55 Бк-кг-1) в два с половиной раза превышает этот уровень (22 Бк-кг-1);

- среднее содержание тория-228 в угле (21 Бк-кг-1) также соответствует среднемировому уровню (20 Бк-кг-1), во вмещающих породах (68 Бк-кг-1) в 2,3 раза превышает этот уровень (29 Бк-кг-1);

- среднее удельное радоно- и тороновыделение в единицу объёма горных выработок шахты, отнесённое к содержанию радия и тория 1 Бкт1 (в среднем в угле и вмещающих породах) составляет соответственно 3,8 и 6,8 Бкгс-1м-3 и находится в обычном диапазоне значений этих факторов, характерным для шахт со всасывающим способом проветривания;

- среднее время одного воздухообмена в шахте составляет около 2300 с, что позволяет отнести шахту к категории интенсивно проветриваемых;

- для шахты характерен повышенный уровень запылённости атмосферы (в среднем 58 мгм-3, а максимальная среднегодовая - 209 мгм-3);

- воздухообеспеченность шахты (221 м-3 с-1) существенно ниже её воздухопотребности по радиационному фактору (275 м-3с-1).

Совокупность значений перечисленных параметров позволяет отнести условия формирования радиационной обстановки в шахте в целом к относительно благоприятным.

Вместе с тем, из-за использования всасывающего способа проветривания дебит радона шахты достаточно велик (75 кБк с-1) и эквивалентная равновесная концентрация (ЭРК) радона дает в среднем вклада около 41% в суммарное облу-

чение подземного персонала. Повышенной запылённостью шахтной атмосферы объясняется и достаточно высокое содержание в атмосфере долгоживущих радионуклидов ряда урана (в среднем - 0,16, максимально - 0,21 норматива) и тория (в среднем - 0,21, максимально - 0,25 норматива). В целом долгоживущие радионуклиды дают около 52% вклада в суммарное облучение персонала.

Суммарный уровень воздействия РОФ на лёгкие (УВЛ) в среднем равен 0,71 при максимальном значении 1,25 норматива. Существенное превышение годового норматива по суммарному УВЛ мало вероятно. Тем не менее, рекомендуется принять меры по увеличению количества подаваемого в шахту воздуха и снижению запылённости атмосферы, а также тщательно контролировать ношение персоналом респираторов.

В целом радиационная обстановка на шахте является удовлетворительной, но требуются систематические (не реже 1 раза в квартал) измерения ЭРК радона на основных рабочих местах и транспортных выработках. Кроме того, необходимо определять содержание радия-22 и тория-228 в углях и вмещающих породах на вновь вводимых в эксплуатацию пластах и участках месторождения.

Результаты выполненной в 1991-1995 годах оценки радиационной обстановки на 142 шахтах 11 угледобывающих производственных объединений приведены в таблице. Установлено, что на большинстве обследованных шахт среднее значение уровня активности (УА) радия-226 и тория-232 не превышает в угле - 75 Бк/кг, а во вмещающих породах - 120 Бк/кг.

Основной вклад в индивидуальные дозы облучения подземного персонала вносят дочерние продукты радона (до 3,5 м3в/год - здесь и далее указаны средние значения по отдельной шахте), долгоживущие радионуклиды ряда урана и ряда тория. Вклад других РОФ существенно меньше, дочерние продукты торона - до 0,1 м3в/год, внешнее гамма-излучение - до 0,3 м3в/год. Средние по отдельным шахтам дозы облучения персонала находились в пределах 0,8- 3,9 м3в/год. Средняя доза облучения всего подземного контингента обследованных шахт (170 тысяч человек) составляла 1,9 м3в/год.

На 4 угольных шахтах ПО «Гуковуголь» и 2 шахтах ПО «Ростовуголь» дозы облучения отдельных лиц превышали установленный НРБ-96 предел 5 м3в/год (максимальное значение - 15 м3в/год). На этих шахтах было проведено детальное обследование и выданы рекомендации по улучшению радиационной обстановки.

Для примера рассмотрим результаты детального обследования шахты «Дальняя» ПО «Ростовуголь».

1. Детальное обследование в целом подтвердило оценки уровней радиационно-опасных факторов (РОФ) в шахте, сделанные по результатам предварительного обследования. Дополнительно установлена, что на шахте нет горных выработок с постоянными рабочими местами, где были зафиксированы экстремально высокие значения РОФ, и вероятность для

персонала получить годовую дозу облучения, превышающую 5 м3в/год, невелика.

2. Отмечено уменьшение общешахтного дебита радона и торона, что связано, очевидно, с изоляцией значительного объёма горных выработок западного крыла и, соответственно, с ограничением поступления радона в шахтную атмосферу из отработанных участков.

3. Основную радиационную опасность на шахте создают дочерние продукты радона, вклад которых в суммарную дозу облучения составляет около 70 %. Загрязнение шахтной атмосферы происходит, главным образом, в местах сопряжения воздухоподающих горных выработок с отработанными участками и связано с использованием всасывающего способа проветривания.

4. Средняя доза облучения отдельных категорий горнорабочих и персонала в целом, рассчитанная с учётом усреднённого фактического времени пребывания на различных участках шахты, составляет 2,2 м3в/год и соответствует уровню радиационного риска, связанного с добычей угля на шахте.

Суммарное воздействие РОФ на критический орган в среднем по выработкам восточного крыла шахты превышает предельно допустимое значение (по НРБ).

Средняя доза облучения отдельных категорий персонала и всего персонала шахты, рассчитанного с учётом среднего фактического времени пребывания людей под землёй, составляет около половины допустимого значения и приводит к увеличению примерно в 2 раза общей дозы облучения от природного радиационного фона.

5. С точки зрения выполнения новых нормативов (НРБ-95), радиационную обстановку можно признать приемлемой.

6. Поскольку превышение контрольных уровней РОФ не отмечено, организация на шахте систематического радиационного контроля не требуется.

7. Для снижения уровня облучения персонала рекомендуется:

- усилить контроль за использованием респираторов лицами, работающими в выработках с высокой запылённостью атмосферы и на исходящих струях:

- по возможности увеличить подачу воздуха в подземные горные выработки шахты за счёт резерва ГВУ и сокращения утечек воздуха в поверхностных сооружениях, направив дополнительное количество в восточное крыло;

- рассмотреть возможность изменения профмаршрутов для отдельных лиц с целью сокращения времени их пребывания в выработках с высокими уровнями РОФ;

- повысить герметичность перемычек в местах сопряжения воздухоподающих выработок с отработанными участками (в частности, путём нанесения газоизолирующих покрытий), обратив особое внимание на изоляцию воздухоподводящих выработок восточного крыла;

- изолировать или погасить выработки, потерявшие производственное значение, с целью уменьшения проветриваемого объёма, сокращения времени воздухообмена и интенсификации, тем самым, проветривания шахты.

Следует отметить, что выполненные в процессе обследования (кроме угольных шахт было обследовано также 15 угольных разрезов) изменения УА радионуклидов в углях имеют самостоятельное значение в плане снижения доз облучения населения. Дело в том, что если средние значения УА радия-226 и тория-232 в углях превышают 100 Бк/кг, сле-

дует оценивать возможность использования таких углей в отопительных котельных и бытовых печах.

В частности, было установлен, что на угольном разрезе «Итатский» Кемеровской области и угольном разрезе «Ур-туйский» в Читинской области радия-226 и тория-232 в значительной части углей находится в диапазоне от 200 до 1000 и более Бк/кг. В связи с этим были выданы рекомендации по введению ограничений на продажу добываемых на этих разрезах углей населению и использованию шлаков в строительстве.

О значимости этой проблемы говорит тот факт, что совсем скоро выйдет официальное издание методических рекомендаций «Проведение радиационно-гигиенических обследований на горнодобывающих предприятиях и других объектах, имеющих подземные горные выработки». А, следовательно, возможно придётся вернуться к радиационному контролю на угольных шахтах.

Коротко об авторах-------------------------

Рогалис В.С., Кузьмич С.Г. - ГУП Мос НПО «Радон».