某铀矿山尾渣堆与废石堆覆土试验研究

袁 勤，蔡 松

某铀矿山尾渣堆与废石堆覆土试验研究

袁 勤，蔡 松

（江西省核工业地质局二六四大队，江西赣州 341000）

针对某铀矿山采冶设施的退役治理工程，主要是对尾渣堆、废石堆等放射性污染较大的地点进行覆盖屏蔽，在尾渣堆选取一处试验场地，根据试验结果，确定了所有采冶设施的覆盖材料和厚度。通过试验结果得出：废石堆覆土厚度约为40～75 cm，露天采场覆土厚度约为90 cm，尾渣堆的覆土厚度约为135～150 cm，表明氡析出率与覆土厚度和压实度之间存在显著关系，覆土试验结果可以为铀矿山退役治理工程的设计提供科学依据。

退役治理；覆土试验；氡析出率；覆土厚度

某小型铀矿于20世纪90年代进行开采，2010年根据有关要求关闭了采矿，对未处理的尾矿进行水冶处理，在铀矿开采和水冶过程中形成了大量的废弃矿石和尾渣集中堆放形成了尾渣堆和废石堆［1］，具体情况见表1。尾渣堆和废石堆内含有铀镭等放射性元素，使得它们存在很高的放射性，对周边环境产生较大的影响。铀矿退役治理的实践中，减少氡的释放最有效、最经济的措施就是对废（矿）石堆、尾渣堆进行黄土覆盖治理。退役治理设计覆盖厚度时，通常要进行治理前的覆土试验，来确定各场所所需的覆土厚度，退役治理中覆土工作占退役治理的总工作量较大，它直接关系到退役治理的成本和治理效果。因此对尾渣堆进行覆土试验是十分必要和重要的。

表1 某矿点废石堆、尾渣堆相关参数

1 土源地的择优选择

根据辐射防护最优化原则，从恢复当地生态环境的需要，本项目初步选定了2处土源地的粘土作为覆盖材料，其中一处土源地位于某矿点的北侧、相距约1.5 km，另一处土源地则位于某矿点的南侧、相距约1.5 km。经过前期调查这2处土源地的土量较为充足、监测数据完整，且γ辐射剂量率、222Rn析出率等指标基本处于当地辐射本底水平。

2 覆土厚度与222Rn析出率的试验

为了给退役治理方案提供覆土厚度的科学依据，委托某具有权威性测试研究中心做了覆土厚度与抑制222Rn析出率关系的试验［2，3］。

2.1试验场地与试验时间

覆土试验选择在该水冶场地表氡析出率和贯穿辐射剂量率相对较高的尾渣堆上，并选择在尾渣堆一处地势相对平坦，面积约为400 m2（20 m×20 m）的地点。覆盖所需的材料选取拟取土地附近的黄土，并在取土点上进行了取样分析，覆盖试验选取的覆盖材料为本项目拟取土土源地的粘土，土壤的湿密度为（1.86～1.93）g／cm3；含水率为21.2%～29.8%；γ辐射剂量率均值为14.2×10－8Gy／h；表面氡析出率值为（0.042～0.073）Bq／m2·s；土壤中U天然含量为（17.9～47.4）Bq／kg；土中226Ra含量为（86.1～153.9）Bq／kg。

试验时间为2014年12月～2015年1月。

2.2测量设备和方法

测量设备：PCMR－2型测氡仪、BH3103A型γ剂量率仪。

测量方法：积累法。

2.3覆盖材料选择

覆盖试验选取的覆盖材料为本项目拟取土土源地的粘土，土壤的容重为（1.34～1.42）g／cm3；含水率为20%～30%；γ辐射剂量率均值为14.2×10－8Gy／h；表面氡析出率值为（0.042～0.073）Bq／m2·s；土壤中U天然含量为（17.9～47.4）Bq／kg；土中226Ra含量为（86.1～153.9）Bq／kg。

2.4试验结果

本项目覆盖试验的结果见表2。

表2 覆盖厚度与222Rn析出率的试验结果

2.5覆盖厚度的计算公式

2.5.1 覆盖厚度与抑制222Rn析出率的关系式

根据覆盖试验数据，推导出覆盖厚度与抑制

相关系数：γ＝0.964 9

式中：X1为需要覆盖的夯实后覆土的厚度／cm；Ji为覆盖前的222Rn析出率平均值／Bq·（m2·s）－1；Jo为覆盖后的222Rn析出率，取222Rn析出率的管理限值，Jo＝0.74 Bq／m2·s。

2.5.2 覆盖厚度与屏蔽γ辐射剂量率的关系式

根据γ射线在屏蔽材料中的减弱规律，覆盖厚度与屏蔽γ辐射剂量率的关系式为：222Rn析出率的关系式为：

式中：X2为屏蔽γ辐射需要覆盖的夯实后覆土的厚度／cm；Δ1／2为半值层厚度，即γ辐射剂量率减弱一半所需的覆盖层厚度，根据覆盖试验数据计算出本项目的半值层厚度约为22.1 cm；Hi为覆盖前的γ辐射剂量率平均值／×10－8Gy·h－1；Ho为γ辐射剂量率的控制值，即32.1×10－8Gy／h。

3 覆土厚度的确定

3.1覆土厚度的确定原则

1.根据覆土厚度与222Rn析出率的试验推导出的覆盖厚度与抑制222Rn析出率的关系式，按源项的表面222Rn析出率均值计算出覆盖厚度X1。

2.根据推导出的覆盖厚度与屏蔽γ辐射剂量率的关系式，按源项的γ辐射剂量率均值计算出覆盖厚度X2。

3.覆盖厚度应使覆盖后的氡析出率、γ辐射剂量率均满足管理限值的要求，故覆盖厚度计算结果值X3＝max｛X1，X2｝。

4.多年土壤侵蚀余量：根据EJ／T20075－2014，取10～15 cm厚的多年土壤侵蚀余量记为ΔX。

5.根据《土地复垦技术标准》（原国家土地管理局1995年标准）为满足植被恢复（草灌型）所需的最小覆土厚度为35 cm，记为Xmin。

综上所述，本项目覆盖厚度设计值X＝max｛X3＋ΔX，Xmin｝、即X＝max｛X3＋ΔX，35 cm｝。

3.2矿山各部位退役治理拟确定的覆盖厚度

3.2.1 废石堆、尾渣堆和露天采场覆盖厚度

本项目包括10个废石堆、2个尾渣堆和1个露天采场，通过计算并按上节所述原则确定覆盖厚度，经计算得出废石堆覆土厚度约为40～75 cm；露天采场覆土厚度约为90 cm；尾渣堆的覆土厚度约为135～150 cm。

3.2.2 新建尾渣库覆盖厚度

本项目矿点新建一座尾渣库，集中堆存处置矿点的废石、尾渣及其它污染物，根据尾渣堆、废石堆等各源项的监测数据状况，综合考虑尾渣库滩面受纳清挖尾渣堆、废石堆和工业场地等产生的污染土，对抑制尾渣的氡析出和屏蔽贯穿起到一定作用，以及污染土自身的氡析出和γ辐射剂量率叠加影响，通过计算并按覆土厚度的设计原则确定用以屏蔽贯穿辐射和抑制氡析出的覆盖土层厚度［4］。即：经过计算清挖尾渣堆下部污染土在尾渣表面形成的污染土层约170 cm厚，尾渣经过污染土回填覆盖后表面氡析出率降低至0.25 Bq／m2·s（不考虑污染土本身的氡析出）；其上回填清挖至尾渣库的废石堆、工业场地和污染道路的污染物，上述污染物的表面氡析出率均值为1.47 Bq／m2·s、γ辐射剂量率均值为229.5×10－8Gy／h，考虑叠加后，污染土层表面的氡析出率计算值为1.72 Bq／m2·s、γ辐射剂量率取值为229.5×10－8Gy／h，按覆土厚度的设计原则确定、计算出覆盖土层厚度为85 cm。为了防止植物根部和动物侵入对尾渣库覆盖层的破坏，在覆盖层上部铺设生物阻挡层，根据以往的设计和工程经验，结合当地实际情况，确定铺设厚度20 cm的砂卵石层。同时，为了恢复自然地貌，以及减少风蚀和大气降水的淋浸［5］，考虑在生物阻挡层上部铺设植被生长层，厚度35 cm。因此，最终确定新建尾渣库的多层覆盖总厚度为140 cm。

4 结 语

通过覆土试验以确定该矿区尾渣堆覆土后氡的析出率以及贯穿辐射剂量率等有关参数，为退役设计提供最佳的覆盖材料、覆盖结构和覆盖厚度，为退役治理工程的顺利进行提供了技术保障。

［1］ 潘英杰，徐乐昌，薛建新，等.国外铀矿冶设施的退役治理［J］.铀矿冶，2012，（2）：92－95.

［2］ 吴桂惠，周星火.铀矿废石堆覆土厚度探讨［J］.铀矿冶，1994，（3）：149－154.

［3］ 董成兰.铀尾矿库退役治理有关氡析出率问题的探讨［J］.铀矿冶，2001，（2）：93－101.

［4］ 徐乐昌，张钊，张国甫，等.广西某铀矿山露天采场及废石场的退役治理［J］.铀矿冶，2012，（3）：158－161.

［5］ 张露，吕彩霞，盛青，等.铀矿地质勘探设施退役整治若干问题探讨［J］.铀矿冶，2013，（4）：212－215.

A Uranium M ine Tailings Pile Test on Soil and W aste Rock Pile

YUAN Qin，CAISong
（264BrigadeoftheJiangxiNuclearIndustryGeologyBureau，Ganzhou341000，China）

For the decommission of uranium mine mining and smelting facilities，mainly for tailings heap dump radioactive pollution，large sites of the shield was covered in the tail slag heap at a selected test site.According to the test results，determine allmining facilities covering material and thickness determination.Through the test results：dump soil thickness is about40～75 cm，open stope soil thickness is about90 cm and the thickness of the overlying soil tailings heap is about 135～150 cm，which shows that there is significant relationship between the radon exhalation rate and soil thickness and degree of compaction，soil test results can provide scientific basis for uranium mine retreat the design of servicemanagement project.

retired governance；covering soil test；radon release rate；soil covering thickness

X751

：A

：1003－5540（2016）06－0064－03

2016－08－26

袁 勤（1983－），女，工程师，主要从事矿山地质安全研究工作。