CC BY
53
УДК613.169.16:622.349.5
Воронов Евгений Тимофеевич Evgeny Voronov
Алексеев Олег Николаевич Oleg Alexeev
Дадиев Максим Николаевич Maxim Dadiev
СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ГАММА-ОБЛУЧЕНИЯ ГОРНОРАБОЧИХ ОЧИСТНЫХ БЛОКОВ КАК ДОМИНИРУЮЩИЙ ФАКТОР УЛУЧШЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ НА УРАНОВЫХ РУДНИКАХ РОССИИ
REDUCTION OF GAMMA RADIATION LEVEL OF MINERS IN PURIFYING FACE BLOCKS AS THE DOMINANT FACTOR IN IMPROVING THE RADIATION SITUATION AT THE URANIUM
MINES OF RUSSIA
Приведен опыт обеспечения радиационной безопасности горнорабочих очистного забоя (ГРОЗ) на урановых рудниках ОАО «ППГХО». Результаты анализа радиационной обстановки показали, что в очистных забоях с содержанием урана более 0,5 % ГРОЗ получают дозу до 110 мЗв за последовательные 5 лет, что на 10 % превышает предел, установленный НРБ-99.
Снижение дозы на 2 мЗв в год за счет применения экранирующей защиты от у-облучения на пог-рузочно-доставочных машинах (ПДМ) позволит решить проблему переоблучения и избежать ротации персонала очистных бригад в течение года на другие рабочие места. Приведен анализ отработки тел с применением различных типов ПДМ. На основе производственных испытаний доказано снижение дозы внешнего у-облучения ГРОЗ на базе использования системы экранирования рабочего места оператора ПДМ. Предложена формула расчета дозы облучения в горной выработке в зависимости от содержания урана в рудном теле. Доказано, что при-
The experience of supporting radiation safety of miners in purifying face blocks of uranium mines of «PIMCU» is given. The results of the analysis of the radiation situation have shown that mining faces with uranium content of more than 0,5 % of miners in purifying face blocks receive the dose up to 110 mSv over the successive 5 years, which is 10 % higher than the limit set by NRB-99.
Reducing the dose to 2 mSv per year due to the use of shielding protection against y-irradiation on power-loaders will solve the problem and avoid overexposure of the staff of purifying face teams during the year for other jobs. The analysis of mining bodies with different types of power-loaders is given. On the basis of production tests the reduction of the dose of external y-irradiation of miners in purifying face blocks of uranium mines is proved on the basis of the screening system use of operator's seat in power-loaders. The formula for calculating the radiation dose in mines, depending on the uranium content in the ore body is suggested. It is proved that the use of lead shielding system of op-
менение свинцовой системы экранирования рабочего места оператора ПДМ позволяет эффективно отрабатывать рудные тела с высоким содержанием урана
Ключевые слова: урановые рудники, очистные работы, радиационная безопасность, погрузоч-но-доставочная машина, доза облучения, система экранирования
ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» («ППГХО») — один из крупнейших в мире уранодобывающих комплексов, который с 1968 г. ведет добычу и переработку урановых руд на месторождениях Стрельцовского рудного поля (СРП) [1]. В настоящее время производственная мощность Объединения составляет 2 тыс. т урана в год. Его добыча осуществляется на трех подземных рудниках с последующей переработкой руды на гидрометаллургическом заводе. Около 10 % объема урана добывают методом кучного выщелачивания. Месторождения разрабатывают подземным способом с преимущественным применением системы разработки «нисходящими горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью» [2]. Доставку горной массы осуществляют погрузочно-доставоч-ными машинами (ПДМ) отечественного и зарубежного производства. Это горные машины ПД-2Э (производство ОАО «ППГХО»), Мшгесоор 100Е и Того151Д (фирма «Сандвик»), МПД-1Э (фирма «Лида»), L-130Д (фирма «Арамайн»).
На подземных урановых рудниках на горнорабочих очистного забоя (ГРОЗ) воздействуют одновременно два основных радиационных фактора [3]:
1) внутреннее а-облучение организма за счет вдыхания короткоживущих продуктов распада радона, образующихся в рудничной атмосфере в виде аэрозолей;
2) внешнее жесткое у-облучение от обнаженного рудного массива и отбитой урановой руды с высоким содержанием урана.
Основным методом борьбы с радоном в подземных горных выработках является активная вентиляция очистных
erator's seat in power-loaders can effectively fulfill ore bodies with high uranium content
Key words: uranium mines, purifying operations, radiation safety, power-loaders, dose of radiation, screening system
забоев. Введение в действие «Норм радиационной безопасности (НРБ-99/2009) от 07.07.2009 г. и переход к эффективной дозе облучения поставило перед ОАО «ППГХО» сложнейшую задачу — повысить радиационную безопасность ГРОЗ при отработке урановых месторождений Забайкалья. До 2000 г. считалось, что радон и его продукты распада являются основным опасным радиационным фактором. Поэтому особое внимание в общем комплексе мероприятий по борьбе с радоном уделялось организации эффективного проветривания рудников. Для общешахтного проветривания рудников установлены три мощные высоконапорные главные вентиляционные установки типа ВРЦД-4,5, обеспечивающие подачу на рабочие горизонты более 1500 м3/с свежего воздуха. В последние годы на рудниках внедряется компрессионный метод проветривания очистных блоков, основанный на повышении общешахтной депрессии в районе очистных работ, что значительно снижает дебит радона в рабочие подземные выработки за счет замедления процессов фильтрации радона из обнаженного массива радиоактивных руд и выработанного пространства.
В результате разработки и внедрения комплекса мероприятий по улучшению общешахтного проветривания блоковая депрессия повышена до 80...100 мм вод. ст. В результате чего концентрация радона и ЭРОА (эквивалентная равновесная объемная активность) в рабочих блоках в среднем снижена в 2.4 раза. Например, в блоке 5-533 при повышении блоковой депрессии с 40 до 80 мм вод. ст. ЭРОАRn снижена с 2600 до 450 Бк/м3 (при норме 1200 Бк/м3), а концентрация радона снизилась
с 238x1010 до 0,21x1010, т.е. практически в 10 раз.
При добыче руд со средним содержанием урана (0,15...0,20 %) до 80 % дозы облучения горнорабочих приходилось на а-облучение, и около 20 % падало на внешнее у-облучение.
Начиная с 2000 г., по мере ужесточения норм (НРБ-99), доминирующую роль
при облучении горнорабочих стало играть внешнее g-облучение, на которое практически не влияет вентиляция, и уровень которого можно снизить защитой временем, расстоянием и экранированием.
В табл. 1 дан анализ современной радиационной обстановки в очистных блоках урановых рудников.
Таблица 1
Анализ формирования индивидуальных доз облучения гроз на рудниках ОАО «ППГХО»
Наименование блока Содержание урана,% Применяемая техника, ПДМ Применяемая буровая техника Доза за счет поступления КДПР за смену, мЗв Доза за счет поступления ДЖАН за смену, мЗв Доза у- излучения за см, мЗв
4а-511 0,099 ПД-2Э, МПДМ ЛКР 0,0130 0,0024 0,048
4а-561 м.с 0,058 МПДМ ЛКР, БУ-80 0,0081 0,0013 0,042
4а-663 0,105 МПДМ ЛКР 0,0063 0,0020 0,042
4а-517 0,148 Мюг, МПДМ ЛКР 0,0081 0,0016 0,046
1-606 0,182 МПДМ ЛКР 0,0081 0,0013 0,054
4а-613 0,134 МПДМ УБШ 0,0142 0,0012 0,042
4а-706 0,115 ПД-2Э, МПДМ УБШ, ЛКР 0,0072 0,0013 0,057
5-633 0,279 ПД-2Э УБШ 0,0063 0,0013 0,067
Из табл. 1 видно, что в среднем доля внешнего облучения в эффективной дозе составляет 83,4 %.
Проведенные исследования [4, 6] показали, что при существующих технологиях отработки месторождений СРП дозу в 20 м3 в/год [5] ГРОЗ получит от внешнего у-облучения при содержании урана 0,25 % в горной массе. На рис. 1 графически представлены временные и дозовые нагрузки облучения в зависимости от вида работ [6] .
Для защиты от у-облучения в условиях урановых рудников ОАО «ППГХО» на современном этапе применяют принцип защиты времени, т.е. ротация очистных бригад в течение года или максимальное сокращение времени нахождения ГРОЗ в «богатых» забоях за счет внедрения более производительной горной техники. Используемые на доставке горной массы погрузочно-доста-вочные машины обеспечивают определенную защиту от внешнего у-облучения, но не в достаточной степени для безопасности ГРОЗ. В табл. 2 приведен сравнительный анализ снижения у-облучения операторов на различных ПДМ [6].
Рис. 1. Доза облучения ГРОЗ в течение смены: 1 - подготовительно-за лючительное время; 2 - время отгрузки; 3 - время крепления; 4 - время бурения; 5 - время отдыха
Таблица 2
Показатель эквивалентной дозы внешнего гамма-излучения, получаемого ГРОЗ за смену
Применяемое оборудование Доза гамма-излучения за смену на 0,1 % м3в Процентное отношение к дозе при применении МПДН+ЛКР
МПДН+ЛКР 0,0339 100
МПДН+УБШ 0,0315 92,9
МЛо+ЛКР 0,0308 90,9
ПД-2Э+ЛКР 0,0258 76,1
ПД-2Э+УБШ 0,0241 71,1
ПД-2Э, ТОРО-151 +М^Ьиг 0,0177 52,2
Анализ применяемого горно-шахтного оборудования по радиационной безопасности показывает, что для бурения шпуров в очистных блоках целесообразно использовать буровые установки МтШиг^, а для отгрузки руды — погрузочно-доставочные машины ПД-2Э. Так, например, замена погрузочно-доставочных машин МПДН-1М на электрогидравлические ПД-2Э позволяет в два раза снизить дозу внешнего у-облучения ГРОЗ за счет исключения контакта рабочих очистного забоя с богатой урановой рудой.
Учитывая, что сменный норматив эффективной дозы составляет 80 мкЗв/см и для достижения предельного годового уровня в 20 м3в/год, ГРОЗ допускается отрабатывать месторождения с содержанием урана 0,3 % в горной массе.
Для улучшения радиационной обстановки в очистных забоях ремонтно-меха-ническим заводом ОАО «ППГХО» выполнен
Мощность 0 дозы, мк3в/ч
комплекс исследований по защите операторов порододоставочных машин (ПДМ) от проникающего у-излучения. Для защиты тела оператора разработана противорадиационная экранирующая система с использованием просвинцованной резины и свинцовых пластин толщиной до 10 мм [4, 6].
Проведенные исследования показали, что тело человека снижает коэффициент излучения — в 1,3 раза; погрузодоставочная машина в среднем — в 2,27 раза; защита из свинцового листа толщиной 10 мм в среднем — в 2,16 раза и совместно ПДМ и защита в среднем — в 4,91 раза. Таким образом, применение защиты из корпуса ПДМ и экранирующей системы рабочего места позволяет значительно (в 5...6 раз) снизить облучение оператора ПДМ.
Замеры мощности дозы у-облучения проведены с применением экранирующей защиты и без неё. Результаты измерений представлены на рис. 2.
Без машины
1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516171819202122232425262728293031 Номерточки
Рис. 2. Уровень радиации в очистном блоке 5-704
Защита кабины ПДМ от гамма-излучения представляет собой единую конструкцию из свинцового листа толщиной 10 мм, накладываемую на кресло оператора ПДМ типа ПД-2Э, и повторяющую его контуры с дополнительными бортами, наколенный фартук и войлочный утеплитель.
Защитное кресло для серийного производства имеет следующие параметры, мм:
— высота спинки — 700;
— высота бортов — 280;
— ширина сиденья — 500;
— глубина сиденья — 440;
— фартук из просвинцованной резины толщиной 10.
Масса всей конструкции — 120 кг.
Кресло армировано свинцовым листом толщиной: снизу — 20 мм, со спины и боков — 10 мм.
Анализ радиационной обстановки в очистном блоке показывает, что связь между мощностью дозы облучения в горной выработке по линии перемещения сиденья ПДМ и содержанием урана в бортах можно представить в виде зависимости [6]:
Д = к х С эфф, (1)
где k — эмпирический коэффициент, связывающий содержание урана в поверхностях очистной выработки;
С эфф — эффективное усредненное значение содержания урана, учитывающее влияние левого и правого бортов, а также подошвы выработки.
На рис. 3 указаны расстояния расположения точек измерения мощности дозы в очистном забое при работе ПДМ.
Значения взвешивающих коэффициентов, учитывающих долю влияния каждой поверхности, определяется обратно пропорционально квадрату расстояния расположения точки измерения мощности дозы до стенок выработки и приведены в уравнении
К = Кх + Кг + Ку = 0,175 + + 0,76 + 0,065 = 1,
(2)
где Кх = 0,175; К = 0,76; Ку = 0,06.
Рис. 3. Сечение выработки при эксплуатации ПДМ [7]: В - ширина выработки (3900 мм); Нв - высота выработки (3000 мм); Z - расстояние от подошвы (700 мм);
X - расстояние от левого борта (1450 мм); У - расстояние от правого борта (2450 мм)
Исходя из вклада каждого источника излучения, С эфф может быть представлено выражением
С эфф = 0,175 х С лб + 0,06 х X С пб + 0,76 х Сп, (3)
где Слб — содержание урана в левом борту выработки, %;
Спб — содержание урана в правом борту выработки, %;
Сп — содержание урана в подошве выработки, %.
Подставляя в уравнение фактические значения содержания урана в излучающих поверхностях очистной выработки, получим средневзвешенное эффективное содержание урана, воздействующее на ГРОЗ.
Используя результаты расчетов и исследований по снижению интенсивности у-облучения в горной выработке, проведена модернизация кабины операторов ПДМ на основе установки антирадиационной систе-
мы экранирования рабочего места с учетом содержания урана в очистном блоке.
Выводы
Предлагаемая защита оператора ПДМ от внешнего гамма-излучения при добыче радиоактивных руд позволяет разрабатывать руды с содержанием урана до 0,315 % без ротации очистных бригад.
Анализ применяемого горно-шахтного оборудования с учетом радиационного фактора показывает, что для бурения шпуров в очистных блоках целесообразно использовать буровые установки УБШ, а для отгрузки руды — погрузодоставочные машины ПД-2Э.
Литература_
1. Хоментовский Б.Н., Овсейчук В.А. [и др.]. Рудничные геолого-геофизические работы при эксплуатации урановых месторождений Стрельцовс-кого рудного поля. Краснокаменск: ОАО «ППГХО», 2002. 210 с.
2. Култышев В.И., Решетников А.А. [и др.]. КСУКП ГДП, Система разработки горизонтальными слоями в нисходящем порядке и твердеющей закладкой. СТП0106-120-2000. Краснокаменск: АООТ «ППГХО», 2001. 45 с.
3. Воронов Е.Т., Галинов Ю.Н., Барышников В.И. Проблемы радиационной безопасности на урановых рудниках // Безопасность труда в промышленности. 2005. № 10. С. 6-8.
4. Алексеев О.Н. Повышение эффективности и безопасности подземной геотехнологии урановых месторождений на базе разработки научно обоснованных требований на создание узкозахватной погрузочно-доставочной машины (на примере ОАО «ППГХО»): дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Чита: ЗабГУ, 2011. 186 с.
5. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзор, 2009. 100 с.
6. Овсейчук В.В., Алексеев О.Н. Предохранение горнорабочего очистного забоя от радиоактивного облучения при разработке урановых месторождений // Вестник ЧитГУ. 2009. № 3. С. 19-24.
7. Израитель С.А., Андреев В.И. [и др.]. Инструкция по безопасному применению самоходного
Существенное значение с точки зрения снижения дозовых нагрузок имеет принцип «защиты временем» на основе применения высокопроизводительной горной техники, позволяющей значительно сократить время пребывания горняков вблизи богатых урановых руд. Поэтому переход на современную буровую и погрузодоставочную технику с эффективной антирадиационной системой экранирования рабочего места оператора ПДМ является доминирующим научно-техническим направлением дальнейшего повышения радиационной безопасности горнорабочих очистного забоя на урановых рудниках ОАО «ППГХО».
_References
1. Khomentovsky B.N., Ovseychuk V.A. [et al.]. Rudnichnye geologo-geofizicheskie raboty pri eksplu-atatsii uranovyh mestorozhdeniy Streltsovskogo rud-nogo polya [Miner geological and geophysical work in the operation of uranium deposits of Streltsovsky ore field]. Krasnokamensk: OJSC «PIMCU», 2002. 210 p.
2. Kultyshev V.I., Reshetnikov A.A. [et al.]. KSUKP GDP, Sistema razrabotki gorizontalnymi sloyami v nishodyashhem poryadke i tverdeyushhey zakladkoy. STP0106-120-2000 [KSUKP GFC, Development system of horizontal layers in descending order and hardening laying. STP0106-120-2000]. Krasnokamensk: OJSC «PIMCU», 2001. 45 p.
3. Voronov E.T., Galinov Yu.N., Baryshnikov V.I. Bezopasnost truda v promyshlennosti (Safety of labour in industry), 2005, no. 10, p. 6-8.
4. Alekseev O.N. Improving the efficiency and safety of underground geotechnology of uranium deposits on the basis of the development of science-based requirements to create a power-loader (on the example of «PIMCU») [Povyshenie effektivnosti i bezopasnosti podzemnoy geotehnologii uranovyh mestorozhdeniy na baze razrabotki nauchno obosnovannyh trebovaniy na sozdanie uzkozahvatnoy pogruzochno-dostavochnoy mashiny (na primere JSC «PPGHO»)]: diss. cand. techn. sciences. Chita: ZabGU, 2011. 186 p.
5. Normy radiatsionnoy bezopasnosti (NRB-99/2009) [Radiation Safety Standards (NRB-99/2009)]. Moscow: Federal Center of Hygiene and Epidemiology, 2009. 100 p.
6. Ovseychuk V.V., Alekseev O.N. Vestn. Chit. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2009, no. 3, p. 19-24.
7. Izraitel S.A., Andreev V.I. [et al.]. Instruktsi-ya po bezopasnomu primeneniyu samohodnogo (ner-
(нерельсового) оборудования в подземных рудниках. М.: Недра, 1973. 32 с.
8. Воронов Е.Т., Галинов Ю.Н. Аэродинамические методы борьбы с радоном на урановых рудниках России // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Иркутск: ИрГУПС, 2005. С. 40-43.
9. Воронов Е.Т., Бондарь И.А. Управление процессами выделения радона на урановых рудниках на базе оптимизации режимов общешахтного проветривания // Вестник ЧитГУ. 2011. № 4. С. 91-95.
10. Воронов Е.Т., Шурыгин С.В. Перспективы развития подземных геотехнологий для разработки урановых месторождений с учетом радиационного фактора // Вестник ЗабГУ. 2014. № 3 (106). С. 3-9.
elsovogo) oborudovaniya v podzemnyh rudnikah [Instructions for safe use of the self-propelled (non-railed) equipment in underground mines]. Moscow: Nedra, 1973. 32 p.
8. Voronov E.T., Galinov Yu.N. Sovremennye tehnologii. Sistemny analiz. Modelirovanie (Modern technologies. System analysis. Modeling). Irkutsk: IrGUPS, 2005, pp. 40-43.
9. Voronov E.T., Bondar I.A. Vestn. Chit. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2011, no. 4, p. 91-95.
10. Voronov E.T., Shurigin S.V. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2014, no. 3 (106), p. 3-9.
Коротко об авторах_
Воронов Е.Т., д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности, Забайкальский государственный университет, Заслуженный деятель науки РФ, г. Чита, Россия Тел. 8 914 4715600
Научные интересы: безопасная технология подземных горных работ в условиях вечной мерзлоты; радиационная безопасность урановых рудников России, проблемы боьбы с пылью и вентиляции на подземных горных работах
Алексеев О.Н., канд. техн. наук, директор ООО «Ремонтно-механический завод» корпорации «Атом-редметзолото», г. Краснокаменск, Россия Тел. 89144951761
Научные интересы: новые геотехнологии, радиационная безопасность при разработке урановых месторождений
Дадиев М.Н., и.о. начальника участка ООО «Ре-монтно-механический завод» корпорации « Атом-редметзолото», г. Краснокаменск, Россия [email protected]
Научные интересы: горное машиностроение
_Briefly about the authors
E. Voronov, doctor of technical sciences, professor, Honored Scientist of Russia, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: safe technology of underground mining in permafrost; radiation safety of uranium mines in Russia; problems of dust control and ventilation systems in underground mining operations
O. Alekseev, candidate of technical sciences, director, Repair and Mechanical Plant of «ARMZ» corporation, Krasnokamensk, Russia
Scientific interests: new geotechnologies, radiation safety in the process of uranium deposits mining
M. Dadiev, executing chief, LLC Repair and Mechanical Plant of «ARMZ» corporation, Krasnokamensk, Russia
Scientific interests: machine-building in mining
