降低铀矿气态流出物对周边环境危害的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铀矿开采技术领域，特别是一种在铀矿开采过程中降低铀矿气态流出 物对周边环境危害的优化方法。
【背景技术】
[0002] 在铀矿开采过程中会产生大量的放射性核素氡及其子体、铀矿尘等有害物质，这 些铀矿工业废气、矿尘通过建在岩体2中的回风井1排放到大气中，排放到大气中的这些铀 矿工业废气、矿尘会严重污染铀矿周边环境且危害工作人员或附近居民的健康。目前，对铀 矿山气态流出物大多采用从回风井1近地表排放，因此铀矿回风井1周边地区一定范围内 气态排放物浓度明显高于其他地区，致使矿区工作人员或附近居民受照剂量显著增高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种降低铀矿气态流出物对周 边环境危害的优化方法，通过改变铀矿回风井口径大小，增加气态流出物的有效释放高度 来降低废气对周边环境的危害并确保回风井周边居民附加受照辐射剂量处于国家规定的 剂量限值以内。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种降低铀矿气态流出物对周边环境危害的优化方 法，在铀矿回风井的井口加装一个锥形喷嘴，通过减小铀矿气态流出物出口的截面积，以增 大出口流速和有效释放高度的方式来实现降低周边环境近地空气中污染物浓度的目的。
[0005]研宄表明：铀矿回风井气态污染物主要集中于井口周边2000米范围内，在此区域 外受污染程度较低；平坦地形下污染物迀移扩散距离最远，且沿回风井下风方向中心轴上 的污染物浓度最高。
[0006]以高斯烟羽模型为基础推导在通风量和污染物排放量不变的情况下回风井的直 径与近地空气污染物浓度的计算公式，通过该公式对回风井的井口进行优化设计，并利用 该公式针对平坦地形回风井下风方向中心轴线2000米范围内的近地空气污染物水平进行 优化。
[0007]首先推导出平坦地形回风井的井口直径与矿井下风方向中心轴线上近地表气态 流出物浓度之间的理论公式，理论公式推导过程如下：根据回风井井口加锥形喷嘴前后气 态流出物与锥形喷嘴直径之间的关系公式：
【主权项】
1. 一种降低铀矿气态流出物对周边环境危害的优化方法，其特征是：在铀矿回风井的 井口加装一个锥形喷嘴，通过减小铀矿气态流出物出口的截面积，以增大出口流速和有效 释放高度的方式来实现降低周边环境近地空气中污染物浓度的目的。
2. 根据权利要求1所述的一种降低铀矿气态流出物对周边环境危害的优化方法，其 特征是：以高斯烟羽模型为基础推导在通风量和污染物排放量不变的情况下回风井的直径 与近地空气污染物浓度的计算公式，通过该公式对回风井的井口进行优化设计，并利用该 公式针对平坦地形回风井下风方向中心轴线2000米范围内的近地空气污染物水平进行优 化； 首先推导出平坦地形回风井的井口直径与矿井下风方向中心轴线上近地表气态流出 物浓度之间的理论公式，理论公式推导过程如下：根据回风井井口加锥形喷嘴前后气态流 出物与锥形喷嘴直径之间的关系公式：
式（1)中=S1为回风井井口的截面积，S2为锥形喷嘴嘴口的截面积，单位为Hi2W 1为加 锥形喷嘴前的气态流出物出口速度，V2为加锥形喷嘴后的气态流出物出口速度，单位为m/ s ； 根据式（1)求出加锥形喷嘴之后的气态流出物出口流速，再将求得的气态流出物出口 流速表达式以及测量得到的气态流出物平均浓度代入气态流出物释放率公式：
式（2)中：Q为释放率，单位为Bq · s - I A为气态流出物平均浓度，单位为Bq/m3 ;P 为井口气态流出物流率，单位为m3/s ;S为回风井和锥形喷嘴任一监测面的截面积，单位为 m2;V是回风井和锥形喷嘴任一监测面气态流出物的平均流速，单位为m/s ; 根据式（2)求得气态流出物释放率与井径之间的关系：
式（3)中：Di为回风井井口直径，单位为m ; 已知烟羽有效释放高度h与回风井井径以及气态流出物出口流速三者之间的关系：
式（4)中：h为回风井烟羽有效释放高度，单位为m ;us是回风井井口高度处平均风速， 单位为m/s; hs为回风井井口离地面高度，单位为m; 将（3)式中V的表达式代入（4)式中，即求得烟羽有效释放高度与回风井井径两者之间 的关系：
最后将烟羽有效释放高度公式代入回风井下风方向中心轴线处的高斯烟羽扩散模型 公式中：
式（6)中：X (x，0,0)表示回风井下风方向中心轴线X米处的矿井气态流出物浓度，单 位为Bq · m-3 ; Crs是纵向扩散参数，单位为m ;u是烟羽有效释放高度处风速，单位为m/s ; 根据式（6)推导出回风井下风方向中心 轴线上气态流出物浓度与回风井井径之间的表达式：
该式即为简化后的回风井下风方向中心轴线处近地表气态流出物浓度与回风井井口 直径Di之间的理论公式； 利用（10)式计算出回风井下风方向中心轴上2000米范围内近地空气污染物浓度的分 布，通过减小井口直径Di来降低井口周边空气污染物浓度，当污染物浓度不再随井口直径 Di的减小有较大变化时，即能得到最优化的回风井井口直径D i，该井口直径Di即为锥形喷 嘴出口直径，从而实现铀矿回风井周边气态污染物防控的优化。
【专利摘要】一种降低铀矿气态流出物对周边环境危害的优化方法，在铀矿回风井的井口加装一个锥形喷嘴，通过减小铀矿气态流出物出口的截面积，以增大出口流速和有效释放高度的方式来实现降低周边环境近地空气中污染物浓度的目的。锥形喷嘴出口直径的确定是利用回风井下风方向中心轴线处近地表气态流出物浓度与回风井井口直径Di之间的理论公式（10）计算出回风井下风方向中心轴上2000米范围内近地空气污染物浓度的分布，通过减小井口直径Di来降低井口周边空气污染物浓度，当污染物浓度不再随井口直径Di的减小有较大变化时，即能得到最优化的回风井井口直径Di，该井口直径Di即为锥形喷嘴出口直径，从而实现铀矿回风井周边气态污染物防控的优化。
【IPC分类】E21F17-00
【公开号】CN104863631
【申请号】CN201510191374
【发明人】周青芝, 肖德涛, 滕芳, 赵桂芝, 谭延亮, 居治豪
【申请人】南华大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月22日