Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в РФ многократно увеличилось число строящихся и эксплуатируемых железнодорожных тоннелей. Значительное число этих тоннелей расположено в районах, считающихся опасными по выделению радона. В этих районах эксплуатируются часть железнодорожных тоннелей Абакан –Тайшетской дистанции Красноярской железной дороги, тоннели Байкало-Амурской магистрали (Восточно-Сибирская дорога), тоннели Забайкальской дороги и т.д.
Данные, характеризующие радиационную обстановку в подземных сооружениях, где происходит выделение радона, показывают, что для этих сооружений характерны высокие значения внутреннего облучения обслуживающего персонала. В ряде случаев уровни облучения превышают пределы дозы, установленные для персонала группы А. Для обеспечения безопасной работы людей в этих условиях необходимо применение специальных мероприятий, аналогичных используемых на урановых рудниках.
Наиболее эффективным из них является увеличение количества воздуха, подаваемого в горные выработки. Однако, для железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом, увеличение количества подаваемого воздуха может привести к интенсификации процессов образования наледей и значительному повышению энергетических затрат на создание регламентируемых тепловых режимов.
В условиях ограниченной возможности применения мероприятий по уменьшению контакта воздуха с радоновыделяющими поверхностями (вода, горных массив) наиболее целесообразным является разработка рациональных схем вентиляции, учитывающих в каждом конкретном случае особенности формирования радиационной обстановки.
Основные стратегические направления решения проблемы снижения и контроля доз облучения природными источниками ионизирующего излучения производственного персонала при подземных работах по добыче радиоактивных и других полезных ископаемых, отражены в работах Э.М. Крисюка, М.В. Терентьева, Р.П. Терентьева, М.В. Глушинского, И.В. Павлова, И.Л. Шалаева, Л.Д. Салтыкова, Е.Н. Каменева, А.А. Смыслова, Ф.И. Зуевича, С.Г. Гендлера, И.П. Стамата, Ю.А. Лебедева, А.Д. Альтермана, А.В. Быховского, Н.М. Качурина и ряда других отечественных и зарубежных авторов. Вместе с тем, проблема нормализации радиационной обстановки при эксплуатации протяженных железнодорожных тоннелей, возникшая в связи с вводом в действие ряда протяженных тоннелей России, изучена недостаточно глубоко.
Цель работы – снижение уровней облучения персонала, обслуживающего транспортные тоннели, расположенные в радоноопасных районах, до нормативных значений.
Основная идея работы. Нормализация радиационной обстановки в выработках транспортных тоннелей осуществляется в результате применения схем вентиляции локализирующих участки выработок с повышенным дебитом радона и обуславливающим минимальные энергетические затраты на создание теплового режима, исключающего образование наледей.
Основные задачи работы:
проведение комплекса натурных исследований, включающего воздушные и радоновые съемки, на Северомуйском железнодорожном тоннеле;
анализ особенностей формирования радиационной обстановки в железнодорожных тоннелях и определение совокупности влияющих факторов;
оценка гигиенической обстановки в горных выработках при эксплуатации Северомуйского тоннеля;
теоретическое исследование процесса накопления радона в воздушном потоке для рециркуляционной схемы проветривания;
определение мощности калориферных установок для схем вентиляции с рециркуляцией и с раздельной подачей воздуха в транспортные и служебные выработки тоннелей;
обоснование рациональных схем вентиляции тоннелей по радиационному и тепловому фактору.
Научная новизна.
Установлены закономерности формирования радиационной обстановки при эксплуатации железнодорожных тоннелей, характеризующие пространственную и временную динамику содержания в воздушной среде радона и его дочерних продуктов при сложной топологии источников дебита радона в выработках тоннелей, а также сезонные изменения направления и величины расхода воздуха вследствие действия естественной тяги и поршневого эффекта.
Основные защищаемые положения:
-
Особенностями формирования радиационной обстановки в железнодорожных тоннелях в отличие от выработок горнодобывающих предприятий являются преобладающий характер выделения радона из воды, сложная топология источников радона, периодическое изменение направления движения и расхода воздуха.
-
Вычисление доз облучения персонала, обслуживающего транспортные тоннели, с последующей гигиенической оценкой условий труда, должно осуществляться при средних, за время движения по выработкам, значениям эквивалентной равновесной объемной активности радона.
-
Выбор схем вентиляции железнодорожных тоннелей в районах с суровым климатом и выделением радона в выработках необходимо осуществлять с учетом топологии источников выделения радона при выполнении условий минимизации энергетических затрат на обеспечение нормативной радиационной обстановки и создания теплового режима, предотвращающего образование наледей.
Методы исследований Работа выполнена с использованием комплекса исследований, включающего системный анализ проблемы на основе изучения трудов отечественных и зарубежных ученых, патентно-информационный анализ, натурные исследования на действующих железнодорожных тоннелях, статистический анализ данных натурных измерений на основе современных программных средств с использованием ЭВМ; аналитическое решений задач по формированию радоновой обстановки в горных выработках, аналитическое решение задач теплообмена.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом натурных исследований на действующем железнодорожном тоннеле, метрологическим обеспечением экспериментальных исследований, применением современных методов обработки экспериментальных данных, удовлетворительным соответствием результатов исследований с данными других авторов, использованием аналитического аппарата, базирующегося на фундаментальных законах сохранения массы и энергии.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
установлены основные источники выделения радона в выработках железнодорожных тоннелей, расположенных в зонах повышенной радоноопасности;
разработана методика измерения скорости воздуха при движении по тоннелю транспортных средств;
выполнена гигиеническая оценка условий труда для различных профессий на Северомуйском железнодорожном тоннеле;
разработана методика расчета равновесной эквивалентной объемной активности радона в воздухе при рециркуляционном проветривании;
обоснованы рациональные схемы проветривания железнодорожных тоннелей по радиационному и тепловому факторам.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрение научной общественности на всероссийских и международных конференциях, в том числе: ежегодной конференции «Неделя горняка» (Москва 2006, 2007 гг.); международной конференции «Воздух «2007», (С. Петербург, 2007 г.); международной конференции “Экология и развитие общества”, (С.Петербург, 2007 г.); всероссийской научной конференции «Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых». (Пермь, 2007 г.); на ежегодных научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (С. Петербург, 2005, 2006, 2007 гг.).
Личный вклад автора заключается:
изучение, анализ и обобщение литературных и проектных материалов;
участие в проведении натурных исследований;
обработка и интерпретация данных натурных измерений;
осуществление гигиенической оценки условий труда на рабочих местах Северомуйского тоннеля;
расчетный анализ радиационной обстановки при различных схемах проветривания;
обоснование рациональных схем вентиляции по радиационному и тепловому фактору.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 научных трудах, в том числе: 3 научных статьях и одном тезисе доклада на конференции.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 147 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 17 таблиц и список литературы из 124 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, профессору, доктору технических наук С.Г. Гендлеру за идею, которая послужила основой проведения исследований, за помощь в процессе выполнения работы, зав. кафедрой Безопасности производств и разрушения горных пород, заслуженному деятелю науки РФ, профессору, доктору технических наук Ю.В. Шувалову по постоянное внимание и поддержку, оказанную в ходе выполнения работы, а также всем сотрудникам кафедры БП и РГП.
