铀矿通风网络中氡及氡子体浓度的解算与调控

叶勇军 张英朋 陈代嘉 张笑语

摘 要：在铀矿井中工作人员受到的辐射主要来源于氡及氡子体。为减少铀矿工作人员受到的氡致辐射剂量，须在确保入风质量的基础上向井下提供充足可靠的降氡风量。为此，依据通风网络解算理论、核素衰变理论和紊流传质理论，建立了通风网络中氡及氡子体浓度的解算模型，采用MATLAB 软件，依据提出的模型对某硬岩铀矿山具体支路中的氡及氡子体浓度分布进行解算与分析。结果表明：1） 该解算模型能对单支路、多支路及含有局部氡源的通风网络的氡及氡子体浓度进行分析;2） 能结合氡及氡子体防护要求，判断氡及氡子体浓度超过限值的支路，并在修正风量较小的情况下采用风量调节法解算出最优降氡及氡子体风量和风机运行风压。

关键词：氡;氡子体;浓度分布;通风网络;局部氡源;调控

中图分类号：TL72 文献标识码：A

铀是重要的国防战略物资，也是重要的核电原料。地下铀矿山是铀资源重要的开采与水冶场所，在地下铀矿山开采初期，浅部的通风网络能简单实现矿井的合理分风[1-3] ;但随着开采范围和深度的不断延伸，矿井的通风网络结构愈加复杂，矿井的降氡风量及风压调控愈加复杂与困难[4-5] ，若通风系统的总风量不足或分配不合理，则会导致巷道和作业场所空气的氡及氡子体浓度超过国家标准限值。在铀矿山的工作人员所受辐射剂量中，氡的贡献占80%以上[6] ，同等通风条件下，我国井下氡及氡子体浓度比澳大利亚和俄罗斯高3～5 倍[7] ，为确保井下作业人员身体健康与安全，对地下铀矿山通风网络的氡及氡子体浓度进行预测与调控是非常必要和紧迫的。

为了对矿井通风系统进行调控，人们对通风网络解算进行了研究，其中常用的风网解算方法有Scott-Hinsley 法、京大二试法、牛顿法[8-9] 。此外钟德云等[10] 在对回路风量法解算原理深入分析的基础上提出了一种改进的Scott-Hinsley 法，高巍[11] 将自然风压与其影响参数的预测与原有的通风网络解算算法进行结合，形成一个含自然风压的网络自动解算新算法;高亚超[12] 结合多级机站风网的雅可比矩阵特征，确定了多级机站通风网络解算算法;马恒[13] 对含有自然风压的通风网络进行了研究，得出了不同温度、压强条件下，含有自然风压的实时通风网络解算结果;云传贵等[14-15] 得出了矿井通风与瓦斯流动一体化解算关系。叶勇军等[16-20] 研究了压入式、抽出式、压抽混合式情况下的氡及氡子体浓度分布特性，独头巷道爆破后及留矿法采场的氡运移规律; 国外Wheeler 等[21] 最早研究了矿井通风网络空气中氡污染的增长和衰变因素。目前国内在铀矿井通风排氡方面的研究相对滞后，还未对铀矿井通风网络中氡及氡子体浓度分布及调控进行研究。

因此，基于巷道中通风网络解算理论、核素衰变理论和紊流传质理论，建立了通风网络中氡及氡子体浓度分布的解算模型，采用MATLAB 软件依据模型编写程序，对具体的铀矿井单支路、多支路及含有局部氡源的巷道内的氡及氡子体浓度分布进行了解算与分析，为地下环境通风控氡提供理论依据和技术支持。

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