автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Формирование радиационной обстановки и обеспечение радиационной безопасности при проходке транспортных тоннелей

/У/ . / -

* / , ч'

шистерство Высшего и профессионального образования

анкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

На правах рукописи

ТЕРЕНТЬЕВ Роман Павлович

ФОРМИРОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ

ОБСТАНОВКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ АДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РОХОДКЕ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Специальность 05.26.01 - охрана труда

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ю.В. Шувалов

Санкт-Петербург 1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................3

ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННАЯ ОБСТАНОВКА И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ

ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ.............................10

1.1. Радиационная среда горных выработок и дозы облучения горняков............10

1.2. Противорадиационные защитные мероприятия..............................................17

1.3. Методы измерений уровней радиационно-опасных факторов в горных выработках..........................................................................................................30

1.4. Радиационная среда подземных сооружений..................................................34

1.5. Выводы...............................................................................................................38

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ В ГОРНЫХ

ВЫРАБОТКАХ СТРОЯЩЕГОСЯ СЕВЕРО-МУЙСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТОННЕЛЯ.,.....,,,........................................40

2.1. Обследование радиационной обстановки на рабочих местах........................40

2.2. Изучение закономерностей и особенностей формирования радиационной обстановки в горных выработок.......................................................................51

2.3. Анализ условий формирования радиационной обстановки...........................62

2.4. Выводы...............................................................................................................65

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОТИВОРАДИАЦИОННЫХ ЗАЩИТНЫХ

МЕРОПРИЯТИЙ...................................................................................67

3.1. Модель накопления радона и его дочерних продуктов в воздушных потоках...............................................................................................................67

3.2. Прогноз радиационной обстановки в выработках..........................................71

3.3. Разработка защитных мероприятий.................................................................76

3.4. Выводы...............................................................................................................92

ГЛАВА 4. КОНТРОЛЬ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ...............................94

4.1. Прогноз радиационно-гигиенических условий труда......................................94

4.2. Задачи и методы контроля радиационной обстановки в горных выработках........................................................................................................96

4.3. Выводы............................................................................................................. 108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................109

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................................111

ВВЕДЕНИЕ

Одним из компонентов среды обитания человека является подземное пространство. Существование современного общества неразрывно связано с добычей и переработкой различных полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли, развитием и функционированием коммуникационных систем, значительная часть которых находится под поверхностью земли. Так энергопотребление человечества на 95 процентов обеспечивается сжиганием или переработкой минерального топлива (нефть, уголь, уран и др.), производство материальных ценностей тоже невозможно представить без использования минеральных составляющих. Системы связи и электроснабжения почти полностью расположены в подземном пространстве, а транспортные пути все чаще переносятся с поверхности под землю. Все это является причиной существования и непрерывного развития мощной горной промышленности, в которой занято несколько процентов населения Земли, т.е. десятки миллионов человек. Большое количество работающих делает актуальной проблему обеспечения гигиенически благоприятных условий труда горняков, занятых добычей полезных ископаемых, строительством и эксплуатацией подземных сооружений.

К числу вредных факторов, присутствующих в горных выработках, относятся как традиционные: шум, вибрация, пыль, неблагоприятные климатические условия (влажность, температура и др.), так и специфичные для горных условий - главным образом газы - продукты сгорания взрывчатых веществ или выделяющиеся из горных пород. Помимо перечисленных вредных факторов на лиц, занятых в горной промышленности, в той или иной степени воздействует радиационный фактор, присутствие которого обуславливается как естественными причинами - наличием в горных породах фоновых или повышенных содержаний естественных радионуклидов (ЕРН), космическим излучение (на открытых работах и переработке полезных ископаемых), так и искусственными - применением приборов и технологического оборудования, в которых использованы источники ионизирующего излучения (ИИИ).

Изучение воздействия радиационного фактора на горняков началось вскоре после появления уранодобывающей промышленности /104/. В течении" длительного времени считалось, что радиационному воздействию подвержены лишь горняки урановых рудников и лица, работающие с приборами и

оборудованием содержащими ИИИ, и лишь начиная с 1961 года было начато систематическое изучение радиационной обстановки на предприятиях, деятельность которых не связана с добычей и переработкой радиоактивных полезных ископаемых /71,73/. К настоящему времени накоплено большое количество фактического материала об уровнях облучения лиц, занятых на горных работах, уровнях радиационных факторов и закономерностях формирования радиационной обстановки в горных выработках.

Состояние радиационной обстановки на зарубежных предприятиях и уровни облучения их персонала подробно описаны в докладах Научного комитета ООН по действию атомной радиации (НК ДАР ООН) за 1978, 1982, и 1988 годы /37,35,55/. Вопросам обеспечения радиационной безопасности горняков уделяет большое внимание Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ), посвятившая этой проблеме две специальных публикации - №№ 24 и 47 /73,72/, в которых освещены закономерности формирования радиационной обстановки на горных предприятиях и основные положения и методы радиационной защиты их персонала.

Строительство подземных транспортных сооружений - железно- и автодорожных тоннелей, метрополитенов, трубопроводных и коммуникационных систем, позволяет повысить эффективность доставки грузов и людей и снизить воздействие транспорта на окружающую среду. В горных районах перевальные тоннели позволяют сохранить окружающий ландшафт и снизить стоимость и длительность перевозок. Подземные сооружения строятся в сложных горногеологических условиях, характеризующихся наличием агрессивных поверхностных и подземных вод, высоким уровнем сейсмической активности, низкой устойчивостью горных пород. Как показывают данные многочисленных исследований, районам расположения перевальных тоннелей свойственна повышенная степень радоноопасности. Существующие горно-технические условия и особенности технологии ведения горных работ на данном типе подземных объектов способствуют накоплению высоких концентраций (объемных активностей) радона и его дочерних продуктов в воздухе горных выработок. Анализ литературы показывает, что объемная активность дочерних продуктов радона в воздухе тоннелей различного назначения может достигать 45000 Бк-м"3, в других подземных сооружениях до 5000 Бк-м"3. Это приводит к

ингаляционному поступлению дочерних продуктов радона в организм горняков, и, в свою очередь, облучению внутренних органов. Индивидуальные эффективные дозы персонала подземных сооружений, не связанного с ядерной энергетикой, могут достигать 20-100 мЗв-год"1, будучи на 99% обусловлены ингаляционным поступлением короткоживущих дочерних продуктов радона.

Основные стратегические направления и конкретные подходы к решению 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, М.В. Глушинского, И.В. Павлова, И.Л. Шалаева, Л.Д. Салтыкова, A.A. Смыслова, Ф.И. Зуевича, С.Г. Гендлера, Ю.А. Лебедева, А.Д.Альтермана, A.B. Быховского, ряда других отечественных и зарубежных авторов, а также в документах Научного комитета ООН по действию атомной радиации, Международного агентства по атомной энергии, Международной и ряда национальных комиссий по радиологической защите.

При строительстве Северо-Муйского железнодорожного тоннеля, вследствие воздействия факторов природного и технического характера, сложились условия, когда уровни облучения людей, занятых на строительстве, значительно превысили не только допустимые для объектов транспортного назначения, но и предельно допустимые для работников предприятий по добыче и переработке радиоактивных полезных ископаемых. Это облучение связано с

воздействием на людей источников ионизирующего излучения природного

222

происхождения, в первую очередь дочерних продуктов Rn.

Имеется достаточно большой объем результатов исследований и хорошо разработанная концепция радиационной защиты от облучения природными источниками ионизирующих излучений. Тем не менее проблема радиационной безопасности при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей до сих пор не поднималась, вследствие своей кажущейся неочевидности, так как этот вид подземных работ не связан прямо с факторами, приводящими к высоким уровням облучения, а также из-за специфики процессов, определяющих радиационную обстановку в горных выработках и, соответственно, радиационно-гигиенические условия труда. Строящийся Северо-Муйский тоннель, протяженностью 15300 метров, является одним из наиболее крупных и сложных

подземных транспортных объектов. В этой связи является актуальной разработка комплекса мероприятий по контролю и снижению уровней облучения производственного персонала подземных объектов транспортного строительства от природных источников ионизирующего излучения, с использованием Северо-Муйского тоннеля в качестве модели. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Повышение радиационной безопасности труда производственного персонала при строительстве транспортных тоннелей. ИДЕЯ РАБОТЫ: Оптимизация системы управления радиационной обстановкой, обеспечивающая рациональный выбор противорадиационных защитных мероприятий на основе разработанных методов прогноза и контроля ситуации.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ:

- Определить уровни и структуру доз облучения лиц, занятых на подземных работах по строительству Северо-Муйского железнодорожного тоннеля (СМТ);

- Изучить особенности формирования радиационной обстановки при строительстве СМТ, определить основные источники загрязнения воздуха радоном и выявить характерные для транспортных тоннелей факторы, обуславливающие повышенные уровни облучения лиц, работающих на строительстве;

- Уточнить методы прогноза радиационной обстановки в горных выработках Северо-Муйского тоннеля;

- Оптимизировать методы контроля радиационной обстановки в горных выработках Северо-Муйского тоннеля на период до окончания его строительства.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

- Впервые установлены основные закономерности формирования радиационной обстановки в протяженных транспортных выработках в период их строительства, характеризующиеся переменным во времени распределением дебита радона по их длине, вследствие постоянных изменений скорости воздушного потока;

- На основе полученных экспериментальных данных разработана адекватная математическая модель радиационной обстановки в транспортных горных выработках;

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Основными факторами, определяющими формирование радиационной обстановки в проводимых горных выработках транспортного тоннеля, являются преобладающее выделение радона из воды и постоянные изменения режимов движения воздуха.

2. Формирование радиационной обстановки в выработках тоннеля адекватно описывается линейной зависимостью накопления радона в воздухе горных выработок и экспоненциальной для его короткоживущих дочерних продуктов.

3. Оптимизация системы управления радиационной обстановкой в горных выработках в период строительства тоннеля реализуется на основе минимизации количества подаваемого воздуха, обуславливающей снижение затрат на его подогрев в зимнее время, в сочетании с применением специальных мероприятий, направленных на снижение дебита радона выработок.

4. Радиационный контроль на подземных работах по строительству тоннеля должен быть основан на проведении регулярных измерений эквивалентной равновесной объемной активности радона в воздухе горных выработок.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечивается использованием современных методов исследований и аппаратуры, большим объемом накопленного фактического материала, близкой сходимостью результатов теоретического моделирования и результатов проведенных измерений, метрологическим обеспечением и верификацией качества проведения измерений и оценки их результатов, а также положительным опытом внедрения предложений в ТО-21 (ОАО "Бамтоннельстрой").

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. В результате выполненных научных исследований предложены научно обоснованные методические, технические и технологические решения по обеспечению радиационной безопасности лиц, занятых на подземных горных работах при строительстве

транспортных тоннелей, позволяющие снизить профессиональный уровень риска, а именно:

- Определены основные закономерности и особенности формирования радиационной обстановки в горных выработках строящихся транспортных тоннелей;

- Разработана математическая модель радиационной обстановки в горных выработках и подтверждена ее адекватность;

- Предложены конструктивные решения, для конкретного типа горных объектов, обеспечивающие уровни действующих радиационно-опасных факторов природного происхождения, не превышающих допустимые.

- Оптимизированы методы контроля и управления радиационной обстановкой на рабочих местах строящихся транспортных тоннелей с учетом присущих им горно-технических, технологических и функциональных особенностей.

Исследования выполнялись в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) и Федеральном радиологическом центре Санкт-Петербургского НИИ радиационной гигиены Министерства здравоохранения РФ по хозяйственным договорам с ОАО "Бамтоннельстрой" при непосредственном участии автора. Результаты работы использованы при проектировании системы вентиляции выработок строящегося Северо-Муйского железнодорожного тоннеля и при составлении "Инструкции по проведению радиационного контроля в горных выработках строящегося Северо-Муйского железнодорожного тоннеля", Нижнеангарск, 1996 год, согласованной с центром ГСЭН в республике Бурятия

Основные положения работы как в целом, так и результаты отдельных этапов, обсуждались и были одобрены на: Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада" (Санкт-Петербург, 1995 г.), Научно-практической конференции "Практика защиты населения от облучения радоном" (Санкт-Петербург, 1996 г.), Международном симпозиуме "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология" (Санкт-Петербург, 1997 г.), Международной конференции "Воздух - 98" (Санкт-Петербург, 1998 г.), а также на конференции молодых ученых СПбГГИ (ТУ) "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, 1996 г., 1998 г.), на семинарах кафедры экологии, аэрологии и охраны труда СПбГГИ и

Санкт-Петербургского НИИ радиационной гигиены (Санкт-Петербург, 1994-1998 гг).

Основные положения диссертации опубликованы в Щ, печатных работах. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 16 таблиц, список литературы из 137 наименований.

ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННАЯ ОБСТАНОВКА И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ

1.1. Радиационная среда горных выработок и дозы облучения горняков

Радиационная обстановка в горных выработках определяется комплексом естественных и искусственных факторов. На основании имеющейся информации принято считать, что радиационная обстановка в горных выработках определяется в основном естественными причинами и это является основным положением при построении системы радиационной защиты персонала, работающего в подземных условиях /33,55,91/.

Радиационная среда горных выработок обуславливается присутствием в

233 232

горных породах естественных радионуклидов - и и ТЪ и продуктов их распада, 40К. Говоря об их составе, следует упомянуть о том, что помимо

«.» 238т т 232ггч

родоначальников радиоактивных семейств- и и Тп в горных поро