某铀矿作业环境放射性安全评价

储 莹，全永志，徐伟兰，郭利杰

（1.北京矿冶研究总院，北京100160；2.北京国信安科技术有限公司，北京 100160）

某铀矿作业环境放射性安全评价

储 莹1，2，全永志2，徐伟兰2，郭利杰1

（1.北京矿冶研究总院，北京100160；2.北京国信安科技术有限公司，北京 100160）

对某铀矿区辐射危害因素及剂量的计算和评价分析，通过辨识其放射性影响因素，计算三种主要因素所致井下作业人员全部照射有效剂量，分析企业放射性污染源的辐射程度，找出企业对辐射防护的不足，提出改进关键措施，为其安全生产体系的建设提供理论依据。

铀矿尘；辐射；氡及其子体；α、β、γ射线；通风

随着核电事业的飞速发展，我国铀矿开采行业得到迅速发展，迄今我国已探明的铀矿有200多个［1－2］，铀矿山作业人员约2万人［3］，我国铀矿地质条件复杂，铀矿山规模小，开采作业条件差，不适合全机械自动作业，存在较多的职业病危害［4］。铀具有化学毒性和放射性危害能严重损害人体生理系统，对肾脏和生殖发育系统造成较大损害，而且还会减缓骨生长，对DNA和大脑造成损伤［5］，还可通过呼吸道和消化道进入体内，易溶性铀化合物还可经无伤的皮肤进入体内，从而产生内照射和化学毒性［6］。本文通过对某铀矿辐射危害因素及剂量的计算和评价分析，找出企业对辐射危害管理的不足之处，提出改进关键措施，供企业查缺补漏。

1 铀矿区放射性因素辨识

铀矿采冶目的是将具有工业品位的矿石，加工成有一定质量要求的固态铀化学浓缩物，以作为铀化工转换的原料。铀矿具有杂质含量高、腐蚀性强，又具有放射性的特点。

铀矿山开采过程中存在的放射性因素包括：氡及其短寿命子体（简称氡子体），放射性粉尘摄入人体形成的内照射和工作场所的β射线、γ射线外照射以及表面放射性污染的危害。统计的不同工序中放射性核素所致人体所受有效剂量值见表1。

此外，铀矿开采冶炼时产生大量低品位废石和矿渣，长期堆放在矿区废石堆和尾矿库中，因虽然其规模大、数量多，多以露天存放，但其放射性不及高放废物强，因而本文不计矿山废石和矿渣的放射性。

本工程的放射性危害因素辨识如下所示。

1）222Rn及其子体。矿石开采过程中释放出222Rn及其子体，空气中的222Rn及其子体通过呼吸进入人体，对工作人员产生吸入内照射。

2）放射性粉尘。在矿石开采过程中会产生放射性粉尘，粉尘中含有铀、镭等放射性核素，会对作业工人造成吸入内照射。

3）γ外照射。当所开采的铀矿石品位较高时，由于γ辐射水平较高，工作人员会受到一定的γ外照射。

4）α、β放射性表面污染。在铀矿开采的各个岗位，都存在放射性物质附着在人体、工作服、设备、墙壁和地面上的放射性表面污染，由于表面污染容易脱落，对工作人员既会产生吸入和食入的内照射危害，同时也存在外照射的危害。

2 作业人员放射性剂量计算

对该铀矿作业环境放射性危害进行计算，由其各放射性污染源的辐射程度，判断其职业性危害水平。

2.1 放射剂量的管理限值

1）职业照射剂量约束值。对该铀矿作业环境放射性危害进行评价，其矿冶工程工作人员的年有效剂量约束值应为15mSv/a。

2）工作场所空气中粉尘、氡及其子体管理限值。氡及其子体浓度控制值见表2。

3）α、β放射性表面污染管理限值。工作场所的放射性表面污染控制水平［8］见表3。

表1 放射性核素所致人体所受有效剂量值

表2 氡及其子体浓度控制值

表3 工作场所的放射性表面污染控制水平/（Bq/cm2）

2.2 辐射危害因素及剂量计算

2.2.1 工作人员所受剂量计算

2.2.1.1 工作人员内照射时间

该铀矿，井下工作制度330d/a、4班/d、6h/班。工作人员在井下不同岗位的实际停留时间为264d/a，有效的放射性工作时间为6h/d，全年的放射性工作时间共计1584h/a。其中，采场工作面中停留时间4h/d，全年共计1056h；其他工作面停留时间2h/d，全年共计528h。

2.2.1.2 工人在采场工作面受照剂量

式中：ERn为采场工作面氡及其子体所致剂量，1.4为α内照射有效剂量转换系数，mSv/（mJ·h·m－3）；F为氡及氡子体平衡因子，根据矿井的具体情况取0.4；K为氡活度与α潜能转换系数；取5.53μJ/k Bq；CRn为氡的活度浓度，取2.7k Bq/m3；T为工作时间，取1056h/a。

经计算，本铀矿采场中氡及其子体所致剂量为8.82mSv/a。

2.2.1.3 工人在其他工作面受照剂量

式中：ERn为其他工作面氡及其子体所致剂量；Cp为氡子体α潜能浓度，矿井工作面入风流风质要求，工作面入风流氡子体α潜能浓度应小于2.0μJ/m3。本工程取2.0μJ/m3；T为工作时间，取528h/a。

经计算，其他工作面氡及其子体所致剂量为1.48mSv/a。

因此，本铀矿工程井下氡及其子体所致职业照射 剂 量 共 计 为 8.82mSv/a＋ 1.48mSv/a＝10.30mSv/a。

2.2.1.4 吸入铀矿尘所致职业照射剂量

对井下采场工作面可吸入粉尘浓度取1mg/m3［7］，其他工作面粉尘浓度取0.5mg/m3。对于铀系中的长寿命α核素主要为238U、234U、230Th、226Ra和210Po，主要对铀矿尘中以上5种核素进行吸入内照射剂量计算。

1）工人在采场工作面吸入铀尘所致剂量，如式（3）所示。

式中：E尘为工作人员吸入放射性核素所致有效剂量，Sv/a；Ci为第i种放射性核素的浓度，Bq·m－3；R为工作人员个人的年空气摄入量，1.2×t（m3/a），1.2为呼吸率，t为年工作小时，本工程为1056h/a；fi为为对应i种放射性核素的的吸入剂量转换因子，Sv/Bq。

238U、234U、230Th在空气中的放射性比活度，如式（4）所示。226

Ra、210Po在空气中的放射性比活度浓度，如式（5）所示。

式中：Ci为核素在空气中的放射性比活度浓度，Bq/m3，12.3为天然铀中238U的放射性活度，Bq；C尘为工作场所中粉尘浓度，mg/m3；a为矿石铀品位；Kp为铀镭平衡系数；N为铀矿尘富集因子，取2.5。

相关计算参数及结果见表4。

闽东方言包括南北两片，南片方言，包括福州、福清、长乐、永泰、连江、古田、屏南等都是只有1个鼻音韵尾[ŋ]，福州方言早在《戚林八音》时代，只有一套鼻音韵尾[ŋ]，中古三套鼻音韵尾的合并已经完成，我们无法观察到具体的音变过程。闽东北片方言鼻音韵尾在多数北片方言点也已经归并为一套鼻音韵尾[ŋ]，也完成了音变过程。林寒生[18]选取闽东北片方言的福安、宁德、寿宁、周宁、福鼎5个点，只有宁德方言保存[m、ŋ]尾，周宁方言保存[n、ŋ]尾，其它点都只有[ŋ]尾。

表4 吸入铀尘所致剂量相关参数及计算结果

由以上公式，计算表4可知：井下采场中工作人员吸入铀尘所致有效剂量为1.202mSv/a。

2）其他工作面吸入铀尘所致有效剂量。

其他工作面铀尘浓度取0.5mg/m3，工作时间为264h/a，所用公式同采场工作面铀尘所致剂量。经计算，其他工作面铀尘所致剂量为0.30mSv/a。

因此，本工程井下铀尘所致职业照射剂量共计为1.202mSv/a＋0.30mSv/a＝1.502mSv/a。2.2.1.5 γ外照射剂量计算

井下采场工作面γ剂量率参照本铀矿其余分矿井下采场工作面实际监测值，取338×10－8Gy/h；其他工作面取25.4×10－8Gy/h。工作人员停留时间取值时间按照井下采场1056h/a，其他工作面264h/a。

γ外照所致职业照射剂量公式如式（6）所示。

式中：Eγ为γ外照射所致有效剂量，mSv/a，0.7为吸收剂量与有效剂量的转换系数，mSv/Gy；D为γ辐射剂量率，Gy/h。

经计算，本矿井γ外照所致职业照射剂量为2.54mSv/a。

2.2.1.6 井下工作人员职业照射剂量

式中：E为井下工作人员职业照射剂量，mSv/a；ERn为吸入氡或氡子体所致工作人员剂量，mSv/a；Eγ为γ外照射所致工作人员剂量，mSv/a；E尘为吸入铀矿尘所致工作人员剂量，mSv/a。

综合以上计算结果，本工程井下工作人员职业照 射 剂 量 为 10.30mSv/a ＋ 1.502mSv/a＋2.54mSv/a＝14.34mSv/a。

经过计算井下作业人员年职业照射剂量为14.34mSv/a，小 于 职 业 照 射 剂 量 管 理 目 标 值15mSv/a。

2.2.2 井下工作人员所受剂量计算结果

经过计算，本铀矿井下作业人员年职业照射剂量理论值为14.34mSv/a，小于但接近职业照射剂量管理目标值15mSv/a。

考虑到不同的作业场所存在个体差异，对本铀矿作业人员进行某年全年实体监测，受监测共679人，受监测人员年人均待积有效剂量为7.99mSv，其中，井下受监测人员为508人；95.8%的个人剂量分布在0～5mSv/a范围。受监测人员中有28人年度职业照射总有效计量大于15 mSv，年度剂量超标人员占全矿井下作业受监测人员508人的5.5%。

3 井下作业环境放射性危害评价

井下作业人员年职业照射剂量估算值接近管理目标值，部分作业人员年职业照射剂量超标，是很危险的，需要采取有效的措施。

井下作业人员年职业照射剂量估算是井下作业场所空气中的铀矿尘浓度、氡浓度、氡子体α潜能浓度达到控制限值时计算的，若通过加强通风管理、除尘洒水等控制措施，使井下作业场所空气中的铀矿尘浓度、氡浓度、氡子体α潜能浓度等低于控制限值，井下作业人员年职业照射剂量也会降低，反之则会升高。因此，控制井下作业场所空气中的铀矿尘浓度、氡浓度、氡子体α潜能浓度不超标是减少井下作业人员年职业照射剂量的基础。

对本铀矿进行实地考察，发现其通风系统存在的问题如下所示。

1）脉内巷道开拓，入风污染严重。－8m以下中段入风来自盲斜井，由于－8m中段采用脉内开拓，同时采空区密闭不及时都造成大量的氡析出，导致采掘工作面氡及子体浓度高。此外，有的作业面炮烟难于及时排除，有毒有害成分超标。

2）通风系统不完善。－8m中段以下没有设置中段回风井，依靠采空区回风，导致无序回风，各采空区风流串行。

3）废弃采场、老硐无序进风，漏风严重。大量无序入风来自联通地面的废弃采空区，不但有效风量利用率极低，而且入风风质中氡及氡子体浓度严重超标。

4）大量采用留矿法，而且空区不充填，在抽出式通风负压作用下，井下空气污染严重。同时，由于自然风压的变化引起矿井风压的变化，造成氡渗流方向变化复杂，氡污染难于有效控制。

5）无序采掘，风流混乱。由于受生产成本的影响，对矿体进行有选择的回采，造成了由近向远的无序开采，采掘顺序被打乱。随着近5年产品售价的调整变化，对原遗弃低品位矿体重新进行回采或补充探矿，造成了采矿作业面多及生产中段多的混乱局面。由于采矿顺序的不合理，出现了风流线路紊乱，新鲜风与污风混流，串联、短路漏风等现象。

综上所述，该矿井通风系统不能满足矿井生产要求，通风不正常状态运行已经影响到矿井安全生产。因此，应技术改造井下通风系统，从根本上防护辐射。改造工程关键点如下所示。

1）对废弃、已开采完毕巷道采取喷砼防氡封闭措施，减少巷道含矿层暴露面积，抑制氡及其子体的析出。

2）采用充填法开采或者安置风门、风窗等调节装置，多个出风口进行密闭，减少无序进风和漏风，保证采区的有效风量率。

3）东翼新设一条回风井，最终形成对角双翼式通风系统。即由中间竖井入风，由东西两翼风井回风。并根据实际情况对局部断面进行扩帮，或适当加大主通风机的型号，增大通风量。

除此之外的辐射防护措施建议如下所示。

1）工作场所辐射防护措施。①井下采掘作业采用浅孔爆破，湿式凿岩，每次爆破后至少通风30min以吹尽炮烟，并稀释空气中氡及其子体浓度，符合要求后进入作业地点；②井下作业场所采取以通风、湿式作业等为主的综合防尘降氡措施，把空气中氡及其子体、铀矿尘等有害物质浓度控制在可合理达到尽量低的水平；③井下独头采掘工作面、通风困难的采场均设局扇辅助通风。定期测风，进行风量平衡计算，调整风路，不断完善通风系统；④在工作人员上、下班出入口，设置供放射性工作人员专用的卫生通过间。卫生通过间包括便服更衣室、淋浴室、剂量检查室、工作服更衣室等；⑤保持工作场所的清洁卫生，降低粉尘浓度，经常清洗设备及地面，注意皮肤、手、工作服的去污，防护表面污染。

2）个人防护措施。①对于γ辐射的防护，根据工作条件，可采用屏蔽防护、远距离操作或控制工作时间，以防止受到过量照射；②α、β放射性表面污染的防护：工作人员穿戴工作服、手套、工作帽、口罩以及防护眼镜，防止β射线对皮肤和眼晶体的损伤。在出入口更换工作服和淋浴，进行表面污染测量。

3）辐射监测。①定期监测工作场所（包括井下）的粉尘、气溶胶、氡和氡子体浓度；不定期的对相关岗位进行α、β放射性表面污染的监测；②根据需要（如开采铀品位高的矿体），进行γ和β辐射水平的监测；③每名放射性工作人员配备个人剂量计，建立个人受照剂量档案，以便了解防护效果。

4 结论

1）通过对某铀矿，井下作业人员接受的年有效放射性剂量测算，矿井下作业人员一年内受到的氡及其子体的照射剂量、γ外照射，因吸入放射性矿尘造成的内照射等最大剂量之和为14.34mSv/a，接近职业照射剂量管理目标值15mSv/a。

2）对该铀矿作业人员进行全年实体监测，年度剂量超标人员占全矿井下作业受监测人员508人的5.5%。

3）控制井下作业场所空气中的铀矿尘浓度、氡浓度、氡子体α潜能浓度不超标是减少井下作业人员年职业照射剂量的基础。该矿井通风系统不能满足矿井安全生产要求，需要喷砼封闭废弃、已开采完毕巷道；采用充填法开采，密闭多余出风口，减少无序进风和漏风；新设一条回风井，最终形成对角双翼式通风系统。

［1］夏玉婷，陈晓东，王彩生，等.二甲基甲酰胺毒性的研究进展［J］.环境与健康杂志，2011，28（9）：842－845.

［2］Ding R，Chen DJ，Yang YJ.Liver and heart toxicity due to 90－day oral exposure of ICR mice to N，N－dimethylformamide［J］.Environ Toxicol Pharmacol，2011，31（3）：357－363.

［3］Hamada M，Abe M，Tokumoto Y，et al.Occupational liver injury due to N，N－dimethylformamide in the synthetics industry［J］.Intern Med，2009，48（18）：1647－1650.

［4］张奇，朱卫国，张震，等.铀矿山项目职业病危害因素及防护措施分析［J］.中国职业医学，2014，41（3）：358－360.

［5］张伟强，马建国，刘淑娟，等.改性石墨烯海绵材料对铀的吸附研究［J］.东华理工大学学报：自然科学版，2014，37（2）：230－235.

［6］铀矿工人放射防护常识编写组.铀矿工人放射防护常识［M］.第一版.北京：原子能出版社，1977：58－59.

［7］EJ/T359－2006铀矿井排氡及通风技术规范［S］.北京：核工业标准化研究所，2007.

［8］EJ993－2008《铀矿冶辐射防护规定》［S］.北京：核工业标准化研究所，2008.

Radioactive safety evaluation of work environment in uranium mine

CHU Ying1，2，QUAN Yong－zhi2，XU Wei－lan2，GUO Li－jie1
（1.Beijing General Research Institute of Mining ＆ Metallurgy，Beijing 100160，China；2.Beijing Guoxin Anke Technology Co.，Ltd.，Beijing 100160，China）

Analysis calculation and evaluation of hazard factors in a uranium mine.by identifying the radioactivity influence factors，calculation of all radiation effective dose to workers by three main factors，radiation degree analysis of radioactive source，find out the enterprise on the radiation protection insufficiency.As a result，the guidance and reference for enterprise safe production were provided；furthermore，the theoretical basis for its construction of safety management system was afforded.

uranium ore dust；radiation；radon and its progeny；α、β、γ－rays；ventilation

储莹（1986－），女，安徽安庆人，硕士，注册安全工程师，主要从事矿山工程方面的安全评价工作。

X591

A

1004－4051（2014）S2－0099－04

2014－10－08