Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Особенности формирования радиационной обстановки в подземных сооружениях 9
1.1 Принципы нормирования радиационной безопасности 9
1.2 Радиационная обстановка в горных выработках шахт, рудников и подземных сооружений 14
1.3 Горно-геологические условия, влияющие на формирование радиационной обстановки в подземных сооружениях Северо-Западного региона 31
1.4 Типы подземных сооружений 43
1.5 Анализ результатов измерений объмной активности радона и плотности потока радона в подземных сооружениях и на поверхности земли 45
1.6 Выводы по главе 1 51
ГЛАВА 2 Разработка метода прогноза радиационной обстановки в подземных сооружениях в радоноопасных районах северо-западного региона 52
2.1 Математические модели, используемые для расчта распределения концентрации радона в горных породах 52
2.2 Математические модели, используемые для расчта формирования радоновой обстановки в горных выработках 59
2.3 Обоснование математической модели для расчта полей объмной активности радона для горно-геологических условий Северо-Западного региона России и вычисления потока радона в подземное сооружение 66
2.4 Результаты моделирования 87
2.5 Выводы по главе 2 89
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования особенностей формирования радоновой обстановки в подземных сооружениях Санкт-Петербурга 91
3.1 Выбор экспериментальных объектов 91
3.2 Методика проведения исследований 93
3.3 Анализ экспериментальных данных 94
3.4 Ипретация экспериментальных данных и их сопоставление с расчтами по предложенной математической модели 103
ГЛАВА 4 Оценка радиационной обстановки в подземных сооружениях северо-западного региона при строительстве и эксплуатации 106
4.1 Определение дозовых нагрузок на работников в подземных сооружениях и сооружениях заглубленного типа 106
4.2 Прогнозная оценка радоновой обстановки при сооружении подземных горных выработок 113
4.3 Разработка методов нормализации радоновой обстановки в подземных и заглубленных сооружениях 115
4.4 Выводы по главе 4 119
Заключение 121
Список литературы 123
- Радиационная обстановка в горных выработках шахт, рудников и подземных сооружений
- Математические модели, используемые для расчта распределения концентрации радона в горных породах
- Ипретация экспериментальных данных и их сопоставление с расчтами по предложенной математической модели
- Прогнозная оценка радоновой обстановки при сооружении подземных горных выработок
Введение к работе
Актуальность работы. Современные масштабы городского строительства, высокая стоимость земли, постоянно увеличивающиеся транспортные потоки и связанные с ними экологические проблемы, создают экономические и социальные предпосылки для освоения подземного пространства. Использование подземного пространства в мегаполисах не ограничивается созданием транспортных инфраструктур. Оно также служит для размещения объектов социально-бытового и специального назначения.
Нормальная эксплуатации размещаемых под землей подземных объектов связана с обеспечением в горных выработках безопасных условий для работы персонала, обслуживающего эти объекты, и временно находящихся там людей. По сравнению с аналогичными объектами на поверхности на параметры воздушной среды оказывают влияние вредные и ядовитые газы, выделяющиеся из горного массива. Одним из таких газов является радон.
Проблемы контроля и снижения доз облучения от при
родных источников ионизирующего излучения, в том числе ра
дона, при добыче урановых руд и других полезных ископаемых,
строительстве транспортных тоннелей в настоящее время отра
жены в работах отечественных и зарубежных авторов: Камне-
ва Е.Н., И.В. Павлова, А.А. Смыслова, Стамата И.П.,
М.В. Терентьева, М.В. Глушинского, И.Л. Шалаева,
Л.Д. Салтыкова, Ф.И. Зуевича, С.Г. Гендлера, Ю.А. Лебедева,
Э.М. Крисюка, А.Д. Альтермана, А.В. Быховского,
Н.А. Мироненковой и ряда других.
В этих работах закономерности формирования радиационной обстановки в горных выработках рассматриваются при известном происхождении и топологии источников выделения радона. Для достоверного прогноза радиационной обстановки в подземных объектах, размещаемых в зонах радоновых аномалий, где отсутствуют достоверные данные об источниках радо-
на, и последующего выбора мероприятий по снижению эффективных доз облучения персонала и людей, прежде всего, необходима информация о распределении объемных активностей радона в горном массиве. Получение такой информации сдерживается отсутствием научно-обоснованных подходов, позволяющих по данным измерений объемной активности радона в почвенном воздухе, горно-геологическим условиям и глубине залегания пород с повышенным содержанием радия-226, выполнить расчет полей объемной активности радона, сформировавшихся в породах до начала сооружения и эксплуатации подземного объекта.
Цель работы - Оценка радиационной обстановки и разработка превентивных мероприятий по ее нормализации при сооружении и эксплуатации подземных объектов в условиях повышенной радоноопасности.
Идея работы - Прогноз радиационной обстановки в горных выработках подземных сооружений и последующий выбор мероприятий по ее нормализации при повышенной радоноопасности горного массива осуществляется на основе измерений величин объемной активности радона в почвенном воздухе.
Задачи работы:
изучение условий формирования радиационной обстановки в сооружениях подземного и заглубленного типа;
разработка математической модели переноса радона в воздушную среду подземных сооружений, расположенных в геологических разломах;
проведение численного эксперимента и построение полей объмной активности радона по глубине геологических разломов;
исследование радиационной обстановки в действующих сооружениях подземного и заглубленного типа;
анализ способов и средств нормализации радиационной обстановки в сооружениях подземного и заглубленного типа;
разработка процедуры оценки радиационной обстановки в горных выработках;
разработка рекомендаций по нормализации радиационной обстановки.
Научная новизна:
-
Установлены закономерности формирования полей радона в породном массиве по глубине геологического разреза, характеризующемся различными глубиной источника и проницаемостью.
-
Выявлены закономерности, определяющие динамическую связь объмной активности радона и параметров микроклимата в подземных и заглубленных сооружениях.
Основные защищаемые положения:
-
Прогноз распределения объемной активности радона в породных массивах и вычисление его потока следует осуществлять с учтом значений объемной активности радона в почвенном воздухе, глубины залегания пород с повышенным содержанием радия-226, являющихся источниками образования радона, и проницаемости пород на основе уравнения Лейбензо-на с поправкой на распад радона.
-
Прогнозная оценка радиационной обстановки в местах постоянного и временного нахождения персонала, размещаемых под землей объектов, должна осуществляться с учетом рассчитанных полей концентрации радона в породах, окружающих горные выработки, определяющих поступление в них радона за счет фильтрационных процессов газовой и газожидкостной фаз.
-
Нормализацию радоновой обстановки при эксплуатации подземных объектов следует осуществлять за счет уменьшения проницаемости конструкции постоянной крепи, а также организации рационального режима проветривания, учитывающего значение потока радона и необходимое время пребывание в них людей, а при проходке горных выработок - с помощью комбинированных схем вентиляции, варианты применения ко-
торых следует выбирать с учтом места расположения источника радона по длине выработки и интенсивности его действия.
Методы исследований. Работа выполнена на основе комплексного метода исследований, включающего анализ и обобщения литературных данных о закономерностях формирования радиационной обстановки в условиях повышенной радо-ноопасности горных массивов, экспериментальные исследования в натуральных и лабораторных условиях, статистическую обработку экспериментальных данных, математическое моделирование с использованием современных программных продуктов.
Достоверность результатов исследований обеспечивается применением современных методов исследований и аппаратуры, поддерживаемых соответствующим метрологическим обеспечением с верификацией качества проведения измерений, значительным объемом фактических результатов измерений, удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования и данных проведенных измерений, апробацией полученных результатов в периодической печати.
Практическая значимость работы. Разработана методика оценки радиационной обстановки при строительстве и эксплуатации сооружений подземного и заглубленного типа, расположенных в радоноопасных горных массивах, которая основывается на данных натурных измерений объемной активности радона в приповерхностном почвенном воздухе.
Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации по нормализации радиационной обстановки в сооружениях подземного и заглубленного типа используются при проектировании в ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс».
Личный вклад автора:
анализ факторов, определяющих радиационную обстановку в подземных и заглубленных сооружениях;
разработка программы экспериментальных исследований по изучению влияния параметров микроклимата на поток радона в подземное и заглубленное помещение;
проведение экспериментальных исследований по выявлению закономерностей формирования радоновой обстановки в условиях подземных помещений при изменении температур-но-влажностного режима и барометрического давления;
выявление корреляционных зависимостей между параметрами микроклимата подземного и заглубленного сооружений и потоком радона в него;
разработка математической модели расчта распределения радона в горном массиве и его переноса в выработки подземных и заглубленных сооружений на основе теории фильтрации;
разработка методики расчта и оценка радиационной обстановки в тупиковой выработке при различных способах проветривания.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы, как в целом, так и результаты отдельных этапов, обсуждались и были одобрены научной общественностью на международной научно-практической конференции «Аэрология и безопасность горных предприятий» (С. Петербург, 2012 г.), а также на семинарах во ФГУП «ВНИИМ им. Д.И.Менделеева» и семинарах кафедры безопасности производств ФГБОУ «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы содержаться в 3 научных трудах в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 134 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 23 таблиц, список литературы из 116 наименований.
Радиационная обстановка в горных выработках шахт, рудников и подземных сооружений
Радиационная обстановка в горных выработках определяется совокупностью естественных и искусственных факторов. Проанализировав имеющиеся данные можно сделать вывод, что радиационная обстановка в горных выработках формируется в наибольшей степени естественными причинами [16, 34, 85].
Основной вклад в дозу облучения работников вносят дочерние продукты распада радона-222. Дочерними продуктами распада изотопов радона, как показано выше, являются короткоживущие радионуклиды, которые после распада материнского нуклида могут присоединяться к аэрозольным частицам, находящимся в рудничном воздухе и, вместе с ними, попадать в легкие работников [64, 72]. В связи с тем, что период полураспада дочерних продуктов радона (ДПР) и торона (ДПТ) много меньше периода их выведения из организма они полностью распадаются в легких человека, обуславливая тем самым облучение дыхательных путей [102, 106]. Другие радиационно-опасные факторы (РОФ) - внешнее гамма-излучение, дочерние продукты торона, долгоживущие радионуклиды рядов урана и тория, присутствующие в производственной атмосфере в виде аэрозолей, создают значимые ( 1 мЗв/год) дозы облучения только на урановых рудниках, а также на некоторых угольных шахтах [42]. Для горняков, отработавших под землей 1700 часов в году, вклады в общую годовую дозу облучения отдельных РОФ (мЗв/год) можно оценить, используя следующие соотношения (дозовые коэффициенты приняты по [32]). Доза от внешнего гамма-излучения (Е): Е=1,110-3АЭФФ, (1.3) АЭФФ=АКа+1,3АГд+0,09Ак. (1.4)
Здесь АЭФФ - эффективная удельная активность (УА), АRa, Аa, АК - УА радия-226, тория-228 и калия-40 соответственно в горных породах по периметру горной выработки, Бк/кг.
Из (1.3) следует, что внешнее гамма-излучение является значимым радиационно-опасным фактором в случае, если АЭФФ 900 Бк/кг. Последнее имеет место только на урановых рудниках.
Любые процессы горной технологии сопровождаются разрушением горных пород, неизбежно вызывающим пылеобразование, интенсивность которого зависит от типа разрушаемых пород и применяемого технологического процесса [58]. При этом природные радионуклиды (ПРН), вместе с образующейся пылью, попадают в атмосферу, в результате чего становится возможным их поступление в легкие людей, совместно с вдыхаемым воздухом, сопровождаемое их облучением. Дозы от присутствия в пыли долгоживущих радионуклидов рядов урана-238 и тория-232 ( ДРН, ДРН): где/- среднегодовая запыленность атмосферы, мг/м3; Av, ATh - УА равновесного урана и тория в пылеобразующем материале, Бк/кг.
Из (1.5) и (1.6) следует, что радиоактивность пыли является значимым радиационно-опасным фактором в случае, если Такая ситуация имеет место на урановых рудниках, а также на тех угольных шахтах, где запыленность атмосферы превышает 100 мг/м3, а УА урана-238 и/или тория-232 в углях выше 30 Бк/кг. Дозы от присутствия в рудничной атмосфере продуктов распада радона и торона (ERn, En): ERn= 1,610 ЭРОАкп, (1 8) Ега = 7,410-2ЭРОАТп. (19) Величина ЭРОАкп в рудниках (угольных шахтах) зависит от интенсивности выделения радона в горные выработки, количества подаваемого в рудник воздуха и его распределения в вентиляционной сети, а также от топологии источников радоновыделения в сети горных выработок и от аэродинамических особенностей их проветривания.
Обобщенное эмпирическое соотношение, связывающее среднее по рабочим местам значение ЭРОА с важнейшими геолого-геофизическими и горнотехническими параметрами, влияющими па формирование радиационной обстановки в руднике, имеет вид [42]
ЭРОАср = (2,4104KPMKHPKBPDW)/Q2, (1.10) где D - общерудничный дебит радона, Бк/с; W - проветриваемый объем рудника, м3; Q - расход воздуха, подаваемого в рудник. м3/с; КРМ - коэффициент, учитывающий расположение рабочих мест и численно равный соотношению между средним по рабочим местам значением ЭРОА и значением ЭРОА в общерудничной исходящей воздушной струе; КНР - коэффициент, учитывающий нарушения режима вентиляции. Численно он равен соотношению между фактическим средним значением ЭРОАRn по данным инспекционного контроля и значением ЭРОАRn, рассчитанным по этим же данным без учета результатов измерений, полученных в период различных нарушений режима вентиляции; КBP – коэффициент, учитывающий топологию источников радоновыделения в руднике при данном распределении воздуха в сети горных выработок. Величины перечисленных выше коэффициентов безразмерны.
Для ЭРОАТn также существует соотношение, аналогичное (1.10). Здесь оно не приводиться в связи с тем, что значимые дозы от дочерних продуктов торона могут иметь место только при подземной разработке месторождений с содержанием тория в руде 1000 Бк/кг. Таких рудников в настоящее время в России нет.
Основываясь на расчетах по формулам (1.3)-(1.10) и учитывая результаты измерений фактических уровней РОФ на основных рабочих местах, а также дебита радона и проветриваемого объема рудников, можно сделать вывод о том, что дозы облучения подземного персонала зависят, главным образом, от интенсивности выделения радона в рудничную атмосферу и от времени воздухообмена в руднике.
На урановых рудниках, где УА радионуклидов в стенках горных выработок и пылеобразующем материале на 2-3 порядка величины выше, чем на других рудниках, в расчетах вентиляции необходимо учитывать вклады в общую дозу облучения за счет внешнего гамма-излучения и присутствия долгоживущих радионуклидов в пыли.
При анализе фактических уровней радиационного воздействия на лиц, занятых в горной промышленности и в подземных сооружениях, необходимо отметить, что на урановых горнодобывающих предприятиях ведутся постоянный радиационный контроль и учет доз облучения горняков [2, 4, 5, 65, 68, 114]. Обеспечение радиационной безопасности планируется заранее, одновременно с проектированием предприятия и постоянно принимаются меры по ограничению доз облучения работников [9, 109]. Результатом этого является крайне редкое превышение установленных пределов доз [11].
Математические модели, используемые для расчта распределения концентрации радона в горных породах
В средах с содержанием урана qu (%) и с коэффициентом радиоактивного равновесия Кр.р поровая концентрация Rn-222 и соответствующая ей объемная активность (Бк/л) вычисляется по формуле [30]:
Как следует из (2.1), в породах с локальным повышенным содержанием U возникает аномальное газовое поле. Свободная эманация, попадая в газово-жидкую среду, приобретает возможность миграции от источника к земной поверхности. В итоге формируется газово-жидкий ореол, линии равной объемной активности которого вытянуты к поверхности земли (Рисунок 2.1). В соответствующих гидродинамических условиях образуется поток рассеяния Rn-222 в жидкой фазе.
Перемещение эманации в вертикальном направлении обусловлено в той или иной мере следующими процессами [30, 78, 79]:
1) диффузия за счет градиента концентрации радиоактивного газа;
2) эффузия за счет градиента давления в земной коре;
3) тепложидкостная конвекция, обусловленная подъемной силой, индуцированной геотермальным градиентом;
4) фильтрация восходящих водных потоков;
5) газоподъемная сила в пористой среде при заполнении пор водой;
6) изменение порового давления при сейсмических напряжениях;
7) турбулентные эффекты в почвенном воздухе при изменении внешних условий – ветра, барометрического давления, температуры. вертикальном направлении обусловлено в той или иной мере следующими процессами [30, 78, 79]:
1) диффузия за счет градиента концентрации радиоактивного газа;
2) эффузия за счет градиента давления в земной коре;
3) тепложидкостная конвекция, обусловленная подъемной силой, индуцированной геотермальным градиентом;
4) фильтрация восходящих водных потоков;
5) газоподъемная сила в пористой среде при заполнении пор водой;
6) изменение порового давления при сейсмических напряжениях;
7) турбулентные эффекты в почвенном воздухе при изменении внешних условий – ветра, барометрического давления, температуры. Наиболее детально изучена диффузия радона; другие процессы трудно поддаются разделению и количественной оценке, часть из них стала привлекать внимание лишь в последние годы. Диффузионный перенос осуществляется в направлении падения концентрации радона вследствие теплового движения атомов, без приложения внешних сил. С разной интенсивностью диффузия протекает в любых средах и приводит к выравниванию концентрации вещества в первоначально неоднородной среде. Диффузионный перенос возникает не только при наличии в среде градиента концентрации, но и под воздействием внешнего электрического поля (электродиффузия), поля силы тяжести или давления (бародиффузия), в неравномерно нагретой среде (термодиффузия). Однако при рассмотрении переноса радона в приповерхностных слоях земной коры, условиях нормальных температур и давлений, этими процессами можно пренебречь. Наиболее интенсивно диффузия радона протекает вблизи поверхности земли за счет градиента концентрации между почвенным и атмосферным воздухом.
Основными параметрами диффузионного процесса являются коэффициент диффузии D и диффузионная длина l. Физическая сущность коэффициента D вытекает из первого закона Фика масса вещества, диффундирующего за время dt через площадку S, перпендикулярную к направлению
Так как разделяют концентрацию радона поровую и объемную, то вводят понятия истинного D и кажущегося D коэффициентов диффузии. Коэффициент D соответствует единичному градиенту поровой концентрации; коэффициент; D – единичному градиенту объемной концентрации эманации. В среде с пористостью = /. (2.3) Значения D и l зависят от проницаемости и пористости горной породы, от структуры пор, степени заполнения их водой и воздухом, от температуры, поэтому параметры D и l (Таблица 2.1) определяют и указывают в справочной литературе для конкретных условий [30]. Эффузия (фильтрация) представляет собой медленное истечение газов через малые отверстия, какими являются сообщающиеся между собой поры и капилляры в горных породах, в направлении убывания давления. В земной коре давление р уменьшается по направлению к земной поверхности, что обеспечивает направленное перемещение Rn-222 совместно с O2, N2, СO2, Н2, Ar, и другими газами, имеющимися в породах в значительных количествах. Перенос радона с потоками порового воздуха или подземных вод под воздействием внешних сил обобщенно называют «конвекцией». В данном случае, радон движется в объеме газовой или жидкой фазы в соответствии с законами и условиями миграции жидкостей и газов. Различают естественную и вынужденную конвекцию. Естественная конвекция возникает при неравномерном нагреве текучих веществ, находящихся в поле силы тяжести. Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы перемещается вверх относительно менее нагретого вещества. Такие условия осуществляются в зонах активных тектонических разломов на территориях с высоким геотермальным градиентом. Интенсивность естественной конвекции зависит от перепада температур, а также от теплопроводности и вязкости вещества. Вынужденная конвекция газов и жидкостей в земной коре возникает при приложении каких-либо иных сил, например, сейсмических напряжений, гидростатического или гидродинамического давления, пневматического давления, возникающего при заполнении пор и трещин водой и т.п. Интенсивность переноса здесь зависит, главным образом, от скорости вынужденного движения вещества. Скорость конвекции газов в недрах Земли изучена слабо. По экспериментальным данным [30] в ненарушенных элювиально-делювиальных образованиях скорость конвекции Rn может достигать 60 см/сут.
Ипретация экспериментальных данных и их сопоставление с расчтами по предложенной математической модели
Проведнные нами исследования подтверждают предложенную физическую модель формирования радиационной обстановки в подземных объектах и дают основание для следующих выводов:
1. В подземных объектах с нерегулируемым и регулируемым тепловыми режимами рост влагосодержания воздуха во всех случаях приводит к повышению объемной активности радона.
2. При подогреве воздуха в подземном объекте интенсифицируются процессы насыщения воздуха водой, поступающей из горных пород, что приводит к увеличению доли радона, поступающей в воздушную среду за счет процесса испарения влаги. При этом разница между конечными значениями объемной активности радона для случая подогрева воздуха и без него составила 150 Бк/м3 (Рисунок 3.4).
Следует также отметить, что даже сооружение капитальной бетонной крепи, зачастую, не гарантирует защиту от поступления радона в атмосферу подземных сооружений. Это подтверждается данными, полученными нами при проведении экспериментов по исследованию процессов накопления радона в подземных помещениях Санкт-Петербургского метрополитена. Результаты проведенных работ показали, что концентрация радона в грунте на глубине 60 м в месте расположения помещения изменяется в течение года от 100 до 250 кБк/м3.
При этом концентрация радона в воздухе помещения изменяется в пределах от 600 до 1000 Бк/м3 в летний период и от 100 до 200 Бк/м3 в зимний период.
Расчт потока радона по экспериментальным данным и при помощи разработанного программного обеспечения показали удовлетворительную сходимость. По экспериментальным данным поток составил 190 мБк/м2с, по расчтным от 100 до 300 мБк/м2с, в зависимости от уточннных характеристик крепи и концентрации радона в грунте.
Таким образом, при отсутствии регулярного вентилирования, некоторые служебные, технологические помещения, а также объекты гражданской обороны подземного и заглубленного типа могут являться радоноопасными. Персонал, чьи рабочие места находятся в таких помещениях, будут подвергаться дозовой нагрузке, превышающей установленный действующим законодательством в области обеспечения радиационной безопасности предел эффективной дозы для работников в условиях воздействия природных источников ионизирующего излучения. Это, в свою очередь, может существенно увеличить риск возникновения стохастических (отдалнных) последствий такого облучения.
В таких объектах для обеспечения нормативных параметров воздушной среды по ЭРОА изотопов радона необходима постоянная или периодическая (с интервалом не более 7-9 часов) принудительная вентиляция помещений, в которых находятся постоянные рабочие места персонала.
Для периодически посещаемых помещений необходимо осуществлять принудительную вентиляцию на период проведения работ.
При этом соотношение между последовательными периодами принудительной вентиляции определяется потоком радона, поступающего в помещение, величина которого зависит от уровня радоноопасности района, где расположен рассматриваемый объект. Величина потока может быть определена при помощи разработанного программного обеспечения.
Поддержание качества воздуха на уровне, соответствующем требованиям нормативных документов, связано, в числе прочего, с необходимостью обеспечения в рабочих зонах нижнего предела температуры воздуха, превышающего значение естественной температуры окружающих пород. Выполнение этого условия достигается путем подогрева воздуха в системах вентиляции либо системах отопления помещений, при этом происходят процессы, схожие с описанными выше. Отсюда, обеспечение нормативных величин эквивалентной равновесной объемной активности радона при возведении и эксплуатации подземных и заглубленных сооружений, предназначенных для постоянного и временного пребывания людей, выбор способа вентиляции и е кратности должны осуществляться с учтом необходимого теплового режима.
Прогнозная оценка радоновой обстановки при сооружении подземных горных выработок
При отсутствии принудительной вентиляции, как было показано выше, объмная активность, следовательно, и ЭРОА, радона в подземных и заглубленных сооружениях будет зависеть от следующих основных факторов:
- наличия подстилающих пород с содержанием природных радионуклидов выше кларковых значений;
- проницаемости горного массива;
- проницаемости крепи подземного сооружения;
- геометрических параметров сооружения;
- глубины заложения сооружения;
- температурно-влажностного режима сооружения.
Используя разработанное программное обеспечение и экспериментальные данные, нами была произведена расчтная оценка радиационной обстановки и дозовых нагрузок работников для горно-геологических условий Северо-Западного региона. Были получены расчтные зависимости индивидуальной дозы стандартного работника от объмной активности радона в горном массиве и от глубины заложения выработок при заданном значении проницаемости горного массива и крепи (Рисунки 4.1 и 4.2).
Анализ рассчитанных значений и графиков показывает, что при использовании крепи со значением проницаемости менее 10-17 м2 практически исключается возможность превышения установленного предела дозы для работников. Однако, при использовании крепи со значением проницаемости более 10-16 м2, при определнных условиях, предел индивидуальной дозы может быть превышен. Например, если применять бетонную крепь имеющую проницаемость равную 110-16 м2, то предел индивидуальной годовой дозы работников может быть превышен уже при значении объемной активности радона в горном массиве более 60 кБк/м3, что соответствует, для заданных условий моделирования, глубине заложения выработки 80 м и ниже. Индивидуальная доза, мЗв/год
Аналогичные расчты и анализ были проведены нами также и для заглубленных сооружений. Отличием для них является только меньшая площадь эманирования.
Под нормализацией радоновой обстановки в подземных и заглубленных сооружениях понимается такое значение ЭРОА изотопов радона, которое не приведет к превышению установленного предела индивидуальной дозы обслуживающего персонала, равного 5 мЗв/год и условия труда по [66] будут относится к допустимым.
Результаты натурных исследований и математического моделирования показывают, что основными причинами, снижающими радиационную безопасность подземных сооружений и выработок, влияющими на здоровье обслуживающего персонала, является неблагоприятная радоновая обстановка, связанная с высоким уровнем выделения радона из пород.
Решение задачи уменьшения выделения радона из горных пород в воздушную среду выработки может быть обеспечено при помощи разработанной математической модели и предложенного программного обеспечения на основе данных о горно-геологических условиях в районе строительства путм заблаговременного расчта и выбора характеристик капитальной крепи, обеспечивающей приемлемый поток радона в подземное сооружение.
Снижение ЭРОА радона до нормативных значений может, также, осуществляться за счт выбора способа проветривания горных выработок. Выбор способа проветривания тупиковых выработок в определенной степени зависит от характера распределения вредных факторов по длине выработки. Например, при поступлении в выработку радона на выбор способа проветривания оказывает влияние месторасположение его источника по длине выработки. Это объясняется тем, что наибольший вред здоровью людей приносит не собственно радон, а дочерние продукты его распада, которые образуются в воздухе через некоторый промежуток времени после насыщения воздуха радоном. В этой связи выбранный способ проветривания должен обеспечивать минимальное время движения воздуха, загрязненного радоном, по выработкам, где находятся люди. Таким образом, при выделении радона непосредственно в забое тупиковой выработки наиболее рациональной являются всасывающая или комбинированная схемы проветривания. И, наоборот, при поступлении радона в воздух на устье выработки следует ориентироваться на нагнетательную схему (Рисунки 4.3, 4.4) [96].
