堆浸铀矿堆氡析出规律的实验研究

堆浸铀矿堆是铀矿山大气氡的主要来源之一。为了揭示堆浸过程中矿堆表面的氡析出规律,以我国南方某铀矿山新上堆的矿石为实验对象,利用自主设计并制造的改进型一维堆浸实验装置,采用局部静态法测定了不同喷淋状态下和排水过程中矿堆表面的氡析出率。结果表明:在布液和改变喷淋强度的瞬间,矿堆表面的氡析出率突然增大,之后随着喷淋的进行而逐渐减小并趋于稳定,且喷淋强度越大,稳定期间的氡析出率反而越小;在排水过程中,氡析出率先迅速减小,而后逐渐增大趋于稳定。     

爆破后压入式通风独头巷道内氡的运移模型

为有效指导铀矿井下独头巷道的通风设计,基于质量守恒定律和置换通风理论,首先建立了描述爆破后压入式通风独头巷道内抛掷空间和风流末端氡活度浓度随通风时间变化的计算模型,利用该模型得到了达到氡活度浓度限值条件的最短排氡通风时间的确定方法;然后分析了不同参数对风流末端氡活度浓度以及最短排氡通风时间的影响。结果表明,爆破后,独头巷道风流末端氡活度浓度在一定通风时间内保持不变,之后瞬间增至峰值,最终逐渐衰减至稳定;在其他参数一定的情况下,风流末端氡活度浓度开始剧增的时间随巷道长度的增加而减小,随风量增加而增大;风流末端氡活度浓度衰减速率随风量的增加而增大;风流末端氡活度浓度峰值随掘进面铀品位的增加而增大;最短排氡通风时间随巷道长度和掘进面铀品位的增加而增大,随通风量的增加而减小。     

松散破碎射气介质氡析出能力的测量与计算

松散破碎射气介质的氡析出能力,对于确定铀矿山地下采场和原地爆破浸出采场降氡通风的需风量和模拟松散破碎射气介质中氡的析出与运移都是一个不可缺少的重要参数。设计了松散破碎射气介质氡浓度的测量装置,建立了其氡析出能力的计算方法,并采用所设计的装置和建立的方法,计算了2种松散破碎射气介质的氡析出能力。     

破碎射气介质内氡渗流运移和析出规律的实验研究

渗流是破碎介质内氡运移的主要方式之一,研究氡在破碎射气介质内的渗流运移和析出规律对氡的防护设计具有重要意义。为此,本文以粒径为4～5 mm的铀矿石为实验样品,利用自制的一维渗流实验装置研究了不同渗流速度下破碎射气介质内孔隙氡活度浓度和介质表面氡析出率的变化规律。实验结果表明,破碎射气介质的气体渗透率较大,氡的运移很容易由渗流主导。当破碎射气介质内氡主要以渗流方式运移时,可通过测量介质内同一位置不同渗流速度的孔隙氡活度浓度或同一渗流速度不同位置的孔隙氡活度浓度,运用氡在射气介质中的浓度分布解析式和非线性最小二乘法,估算出介质的可运移氡产生率。一定渗流速度范围内,同一高度的氡活度浓度随渗流速度的增大呈负指数减小,同一渗流速度的氡活度浓度随离介质渗流入口距离的增大近似呈线性增大。介质渗流出口表面氡析出率随渗流速度的增大呈指数增大,最终趋于稳定。     

基于氡析出机制的铀矿井巷道通风可靠性分析

为解决铀矿放射性开采安全作业问题,氡的防护尤为重要,而氡运移规律及通风可靠性是解决防氡问题的基础,因此,研究铀矿氡迁移及通风可靠性具有重要的现实指导意义。本文以铀矿井巷道为研究对象,应用系统可靠性技术及氡析出机制,探讨氡在多孔介质中的渗流-扩散迁移规律,分析巷道内稳态和非稳态下氡的析出与分布,建立氡浓度安全作业条件下的铀矿井巷道通风可靠性模型,并利用MATLAB PDE工具箱开展了巷道氡迁移模拟及巷道通风可靠性数值分析,这为地下空间氡防护和铀矿井通风安全作业提供了参考依据。     

抽出式通风独头巷道内氡及氡子体浓度的分布及特性分析

铀矿井下的独头巷道是氡及其子体浓度分布很高的场所。为指导抽出式通风独头巷道的排氡和排氡子体通风设计,初步完善了独头巷道通风气流中氡浓度与氡子体α潜能浓度之间的简化数学关系,分析了通风阻力对独头巷道岩壁氡析出率的影响;分别得出了抽出式通风独头巷道风流中氡浓度与氡子体浓度分布的数学计算模型,利用该模型分别得到了排氡和排氡子体最小风量的计算公式;针对具体的独头巷道,研究了巷道内氡浓度及氡子体浓度的分布规律以及排氡和排氡子体最小风量的变化规律。研究结果表明,距离抽出式通风独头巷道入口越远,巷道内氡浓度及氡子体浓度越高,氡及氡子体的浓度均随通风量的增大而减小,随岩壁氡析出率而增大;排氡和排氡子体所需的最小风量均随岩壁氡析出率而增大,随巷道长度而增大。     

松散破碎射气介质的瞬态氡析出能力

地下原地爆破浸出采场的铀矿堆是一种松散破碎射气介质,其颗粒级配服从Rosin-Rammler分布,它是地下原地爆破浸出采铀矿山井下氡气的主要来源之一。这种介质的瞬态氡析出能力是确定井下需风量和进行氡运移模拟的重要参数,它同时受到介质的特征粒径、粒径分布指数、含水率和瞬时氡浓度的影响。为了研究这种影响,根据Rosin-Rammler分布,选配了不同颗粒级配的7组试样,采用自制的松散破碎射气介质瞬时氡浓度测量装置,进行了瞬态氡析出能力的试验研究,并利用试验结果,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS),建立了根据瞬时氡浓度、特征粒径、粒径分布指数和含水率预测松散破碎射气介质瞬态氡析出能力的ANFIS模型。结果表明,松散破碎介质的瞬态氡析出能力随着含水率的增加而增加,但含水率增加至一定程度后,瞬态氡析出能力会随之降低;所建立的预测松散破碎射气介质瞬态氡析出能力的ANFIS模型,能够给出具有足够精度的预测结果,这为松散破碎射气介质的瞬态氡析出能力的预测开辟了新的途径。     

基于换气量和氡析出率计算的排氡风量在某水电地下工程通风设计中的比较研究

以某水电地下工程项目为例,根据换气量和氡析出率两种方法对地下厂房系统排氡风量进行了计算,并将排氡风量与排湿降温风量进行比较。得出:对于地下工程氡析出率大于200 Bq/(m³·h)时,可按实测氡析出率计算排氡风量,对于地下工程氡析出率小于200 Bq/(m³·h)时,可按GBZ 116—2002《地下建筑氡及其子体控制标准》中排氡通风率计算排氡风量,而地下工程设计风量应选取排氡风量与排湿降温风量两者最大值。该计算方法为水电行业地下工程通风降氡设计提供了技术支持。     

我国铀矿通风降氡的发展历程

通风降氡是铀矿辐射防护的主要内容之一。根据我国铀矿通风技术的发展,以及通风与氡析出规律研究的不断深入,将我国铀矿通风技术发展划分为5个阶段:1958—1965年期间通风降氡技术学习建立阶段,主要为学习引进前苏联的压入式通风方式;1966—1977年期间技术发展平台阶段,体现在以抽出式通风代替压入式通风的应用验证与经验积累;1978—1989年期间理论与技术发展阶段,提出了氡析出渗流-扩散规律与通风方式的相互作用理论,推动了铀矿通风防护技术的发展;1990—2002年期间停滞阶段,以减少通风防护投入来降低生产成本为目的,使铀矿通风防护技术研究处于停滞;2003—2016年期间强化发展阶段,以氡析出渗流-扩散规律指导不同采矿方法下的通风防护技术研究与应用。目前,中国铀矿通风正在向形成具有中国特色的通风降氡技术体系发展。     

湖南省宁乡铀矿废石堆氡析出率特征

对湖南省宁乡铀矿井口废石堆表面氡析出率进行了历时一年的监测研究.监测结果表明:废石堆氡析出率年变化(一年内的逐月变化)有明显的季节性,呈冬季高、夏季低;日变化(一日内的逐时变化)呈白天低,夜间高的特征;降雨使氡析出率明显降低.     

水浸颗粒堆积型射气介质氡析出规律的理论研究

铀尾矿库和地表浸铀铀矿堆是一种颗粒堆积型射气介质,其水位的变化和覆水厚度对氡迁移与析出的影响不容忽视。为揭示这类介质表面氡析出的规律,本文基于菲克定律和气液两相界面氡的传输理论,建立了水浸颗粒堆积型射气介质氡的一维传输-扩散数学模型,并获得稳态条件下气液两相体系中氡浓度分布的解析解和氡析出率的计算公式。通过研究,获得以下结论：1）水位为0 m时,颗粒堆积型射气介质表面氡析出率随介质厚度的增大而增大,其增长率随厚度的增大而减小;2）介质表面氡析出率随水位的增大先增大后减小;3）当水体高度大于射气介质厚度时,覆水表面氡析出率随覆水厚度的增大而减小,随覆水氡扩散系数的增大而增大。     

通风管道长度变化对铀矿井下氡浓度影响的模拟研究

为降低铀矿开采过程中氡及氡子体内照射对井下工作人员的辐射危害，有效提高防护水平，需掌握氡在铀矿山井下介质中传输规律以及影响氡浓度迁移分布的因素，并在此基础上通过软件模拟预测某项工程措施实施后能否起到良好的降氡效果。本研究根据设计图纸以及现场测绘情况，利用ANSYS Workbench15.0软件建立矿井中段模型，采用非结构化网格对模型进行划分，并对通风管道壁面区域加密处理。在网格质量满足计算要求后，完成了井下风场整体模拟及空气流动性较差位置筛选等前期工作，在此基础上提出改变通风管道长度的措施，并对变化后的新模型进行氡初始浓度、氡析出率、风速、风压、温度、湿度、壁面光滑程度等参数设置，经运算得出井下氡浓度模拟结果。结果表明，井下通风管道长度变化后，31个关注点中有29个点位氡浓度降低，仅2个点位氡浓度升高，整体降氡效果良好，可为后续工程实施提供理论参考。     

含氡放射性水体氡析出规律的理论研究

利用氡扩散运移理论,建立了水体内氡迁移的一维微分方程,推导了水中氡浓度及水体表面氡析出率的计算公式;研究了水底射气介质氡析出率、氡传输速率、水中氡扩散系数以及水体深度等参数对水中氡浓度和水体表面氡析出率的影响。结果表明:在其他参数保持不变时,(1)同一深度处的水中氡浓度和水体表面氡析出率均随水底射气介质氡析出率的增大而增大;(2)同一深度处的水中氡浓度随氡传输速率的增大而减小,而水体表面氡析出率随氡传输速率的增大而增大,且当氡传输速率大于1×10-6m/s时,氡传输速率的变化对水体表面氡析出率的影响不明显;(3)同一深度处的水中氡浓度和水体表面氡析出率均随水中氡扩散系数的增大而增大;(4)水体表面处的水中氡浓度和水体表面氡析出率均随水体深度的增大而减小。     

铀尾矿粒度对氡析出影响的蒙特卡罗模拟

基于核反冲理论建立了铀尾矿氡析出的数学模型和蒙特卡罗模拟方法,模拟了不同含水饱和度条件下铀尾矿颗粒粒度对氡析出的影响。结果表明,镭分布于颗粒表面时,4种含水饱和度（5%、20%、50%、75%）条件下的K均随颗粒尺寸的增大先增大后趋于稳定。镭分布在距颗粒表面34 nm和68 nm时,含水饱和度为5%或20%的条件下,K先增加后趋于稳定,而含水饱和度为50%或75%的条件下,K随颗粒尺寸的增大先稍有下降然后逐渐稳定。运用蒙特卡罗方法计算了各铀尾矿样品的氡析出率,计算的氡析出率与实测铀尾矿氡析出率符合较好,相对误差为3%～9%。     

新风换气对室内氡浓度的影响

使用RAD7测氡仪对氡模拟实验房进行氡浓度连续测量,研究不同新风换气率对室内氡浓度的影[JP2]响。结果表明：氡模拟实验房内氡浓度最高可累积至2 000 Bq/m³,墙面平均氡析出率为14.5 Bq·m^-2·h^-1;氡模拟实验房在连续均匀地通入新风情况下,室内氡浓度随时间呈指数递减趋势;当新风换气率变化时,氡模拟实验房内的平衡氡浓度和平衡时间随新风换气率的增加呈指数递减趋势;当新风换气率由大变小时,室内氡浓度会再次累积增加。