автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка системы радиометрического контроля подземных горных выработок в условиях высокой обводненности

На правах рукописи

Потапов Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ ОБВОДНЕННОСТИ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в горной

промышленности)

. \

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005554935

Санкт- Петербург

-2014

005554935

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Коршунов Геннадий Иванович

Официальные оппоненты:

Хайкович Иосиф Мордухович, доктор физико-математических наук, ФГУНПП «Геологоразведка», главный научный сотрудник.

Стась Галина Викторовна, кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений, доцент

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Защита диссертации состоится 24 сентября 2014 в 13 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.09 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 24 июля 2014 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

^ ФОМИН Сергей Игоревич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Радиационная опасность в подземных выработках, связанная с естественными радионуклидами, содержащимися во вмещающих породах, - одна из важных проблем горной отрасли, которая порой недооценивается на горных предприятиях. К группе риска относится главным образом подземный персонал, а также работники поверхностного комплекса шахт, находящиеся в зоне действия исходящей воздушной струи.

Согласно имеющимся данным, воздействие на подземный персонал радиационно-опасного фактора (РОФ) снижено до нормативных значений на урановых рудниках и большинстве угольных шахт, однако эти значения превышаются на ряде полиметаллических, золотодобывающих и железорудных предприятий.

Для обеспечения безопасной работы людей в этих условиях необходимо применение специальных мероприятий, аналогичных используемым на урановых рудниках. Однако анализ литературных источников показал, что основными недостатками, влияющими на оптимальный выбор комплекса мероприятий, являются не до конца решенные вопросы методического обеспечения производимых в настоящее время радиометрических и дозиметрических измерений в горных выработках, некорректный учет доз облучения подземного персонала. Данная проблема имеет особую актуальность на не являющихся опасными в радиационном отношении предприятиях, характеризующихся высокой обводненностью горных выработок, зачастую, в этих условиях, индивидуальные дозы облучения рабочих составляют пограничное значение предела облучения за год. Основные направления нормализации радиационной обстановки при ведении подземных горных работ, а также контроля и снижения доз облучения рабочих в производственных условиях отражены в работах A.A. Смыслова, Э.М. Крисюка, Ф.И. Зуевича, М.В. Терентьева, Р.П. Терентьева, М.В. Глушин-

ского, И.Л. Шалаева, Л.Д. Салтыкова, И.В. Павлова, Ю.А. Лебедева, С.Г. Гендлера, A.B. Быховского, А.Д. Альтермана, Н.М. Качурина и ряда других отечественных и зарубежных авторов. Однако проблемы корректного учета индивидуальных доз облучения и оценки полученных результатов измерений значений РОФ в условиях высокой обводненности горных выработок, до настоящего времени до конца не решены.

Таким образом разработка комплексного метрологического и методического подхода к контролю радиационной обстановки при подземных горных работах и разработка мероприятий по учету и снижению доз облучения подземного персонала до допустимых значений является актуальной задачей.

Цель работы - повышение радиационной безопасности производственного персонала при эксплуатации подземных выработок в условиях высокой обводненности.

Идея работы - гигиеническая оценка условий труда горнорабочих должна осуществляться с применением единых метрологического и методического подходов к производимым измерениям уровней радиационно-опасных факторов, корректной оценки и прогноза значений индивидуальных доз облучения.

Задачи работы:

- анализ мировых и отечественных методов нормализации радиационной обстановки на горнорудных предприятиях;

- анализ особенностей формирования радиационной обстановки на горнорудных предприятиях и совокупности влияющих факторов;

- проведение комплекса натурных исследований, включающих воздушные, радоновые и гамма-съемки в горных выработках Яковлевского рудника;

- оценка гигиенической обстановки в горных выработках Яковлевского рудника;

- разработка принципов построения системы радиометрического контроля горных выработок в условиях высокой обводненности.

Научная новизна:

1. Установлены закономерности формирования радиационной обстановки в горных выработках Яковлевского рудника, характеризуемые сложной топологией источников радона и внешнего гамма-излучения в выработках.

2. Установлена степенная зависимость изменения дебита радона из водопроявлений от температурно-влажностного режима в горных выработках.

Основные защищаемые положения:

1. Вычисление доз облучения горнорабочих с последующей гигиенической оценкой условий труда должно осуществляться по сумме значений максимальной потенциальной эффективной и/или эквивалентной дозы дифференцировано в зависимости от маршрута движения и времени нахождения на каждом участке горных выработок.

2. Радиометрические и дозиметрические измерения для выявления неблагоприятных факторов рабочей среды, влияющих на безопасность горнорабочих, должны проводиться с применением комплексного методического и метрологического подхода, включающего учет неопределенности измерений.

3. Вариации ЭРОА радона в воздушной среде горных выработок за счет естественного изменения расхода подземных вод, насыщенных растворенным радоном, достоверно учитываются при помощи математического моделирования, базирующегося на решении нестационарного уравнения диффузии для трехмерной задачи.

Методы исследований. В основу работы положены результаты системного анализа проблемы на основе изучения трудов отечественных и зарубежных ученых, натурные исследования в условиях подземных горных работ Яковлевского рудника, патентно-информационный анализ, статистический анализ данных натурных измерений на основе современных программных средств, а также лабораторное и математическое моделирование процессов формирования радиационной обстановки.

Достоверность результатов исследований обеспечивается использованием современных методов исследования и высокоточной аппаратуры, методическим и метрологическим обеспечением измерений, большим объемом натурных исследований на действующем предприятии, близкой сходимостью результатов теоретического моделирования и проведенных измерений, а также применением современных методов обработки экспериментальных данных.

Практическая значимость работы:

1. Разработан и предложен способ учета индивидуальных доз облучения рабочих горнодобывающих предприятий.

2. Разработана методика измерений мощности амбиент-ной дозы гамма-излучения.

3. Разработаны методические принципы радиационного обследования горных выработок неурановых горнодобывающих предприятий.

4. Разработана математическая модель накопления радона в горных выработках, а также программное обеспечение, позволяющее учитывать временные вариации дебита радона из рудничных вод.

Реализация результатов работы. Обоснованная в диссертационной работе система радиометрического контроля в горных выработках планируется к внедрению на Яковлевском руднике, а также на горнодобывающих предприятиях неурановой промышленности.

Научные и практические результаты работы могут быть использованы в учебном процессе при чтении лекций студентам Национального минерально-сырьевого университета «Горный» по курсам «Безопасность жизнедеятельности», «Промышленная санитария».

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, в анализе литературных источников и результатов исследований и выводе научных результатов, в проведении натурных и лабораторных исследований, обобщении и обработке результатов расчетов и экспериментальных

исследований, участии в разработке методик радиационного обследования горных выработок и измерений параметров РОФ, участии в математическом моделировании процессов накопления радона, разработке способа учета индивидуальных доз облучения рабочих горнодобывающих предприятий.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы обсуждались и были одобрены научной общественностью на всероссийских и международных конференциях, в том числе: 8-й международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (Тула-Донецк-Минск, 2012 г.); международной научно-практической конференции «Аэрология и безопасность горных предприятий» (Санкт-Петербург, 2012 г.); научно-практической конференции «Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях» (Пермь, 2013 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 5 в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 102 наименований.

В первой главе выполнен анализ основных факторов, влияющих на формирование радиационной обстановки в горных выработках, а также анализ данных по уровням облучения подземного персонала полиметаллических рудников, золотодобывающих и железорудных шахт.

Во второй главе описаны основные методы контроля и нормализации радиационной обстановки. Приведен анализ особенностей эксплуатации наиболее распространенных на территории РФ приборов радиационного контроля. Разработана методика радиационного обследования горных выработок, а также

выявлены и сформулированы основные особенности измерений и оценки уровней РОФ в подземных горных выработках.

В третьей главе описаны основные горно-геологические особенности Яковлевского месторождения. Приведены результаты натурных исследований радиационной обстановки в горных выработках Яковлевского рудника. Проанализирован вклад отдельных РОФ в общую радиационную обстановку в горных выработках. Обоснована и приведена методика оценки результатов радиационного обследования с учетом неопределенности измерений.

В четвертой главе приведены результаты лабораторного моделирования процессов формирования радиационной обстановки. Обоснована и разработана математическая модель дебита радона из рудничных вод. Разработано программное обеспечение, позволяющее моделировать распределение радона по длине горных выработок и учитывать временные вариации радона за счет естественного изменения расхода подземных вод.

В пятой главе разработан способ учета индивидуальных доз облучения рабочих горнодобывающих предприятий. Выполнена гигиеническая оценка условий труда подземного персонала Яковлевского рудника по радиационно-опасному фактору. Разработаны рекомендации по снижению и поддержанию индивидуальных доз облучения горнорабочих Яковлевского рудника на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов.

Заключение содержит основные выводы и результаты исследования в соответствии с поставленными задачами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты исследования отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Вычисление доз облучения горнорабочих с последующей гигиенической оценкой условий труда должно осуществляться по сумме значений максимальной потенци-

альной эффективной и/или эквивалентной дозы дифференцировано в зависимости от маршрута движения и времени нахождения на каждом участке горных выработок.

Согласно сложившейся практике и в соответствии с Р2.2.2006-05 «Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда», классификация условий труда осуществляется по максимальной потенциальной эффективно и/или эквивалентной дозе на рабочем месте. При этом не учитываются специфика трудового процесса в подземных горных выработках горнодобывающих предприятий, а именно постоянное воздействие на горнорабочих ионизирующих излучений, природных радионуклидов, повсеместно распространенных во вмещающих породах и рудничных водах горных выработок, и отсутствие постоянных рабочих мест у большинства профессий.

Как показали исследования, индивидуальная доза облучения рабочих, занятых в горных выработках, складывается из многофакторного облучения короткоживущими дочерними продуктами распада изотопов радона и внешнего гамма-излучения.

Измерение внешнего гамма-излучения в условиях горных выработок может осуществляться с помощью индивидуальных дозиметров. Однако использование индивидуальных дозиметров в условиях горных выработок является экономически нецелесообразным, так как требует создания отдельной службы, отвечающей за техническое обслуживание и обмер дозиметров.

Для учета дозы внутреннего облучения короткоживущими дочерними продуктами распада изотопов радона (ДПР), которая дает наибольший вклад в годовую эффективную дозу облучения горнорабочих, могут применяться методы индивидуальной радоновой дозиметрии, основанные на адсорбционной, трековой и других технологиях. Однако радиометры этих типов измеряют объемную активность газообразного радона в воздухе и для перехода к ЭРОА необходимо знание коэффициента рав-

новесия между радоном и ДПР. Соответственно, этим методам присуща дополнительная методическая погрешность, которая определяется степенью непостоянства режима проветривания, так как равновесие между радоном и ДПР связано именно со скоростью воздухообмена.

В целях решения проблемы учета индивидуальных доз облучения должна производиться радиометрическая съемка в горных выработках, а именно измерение внешнего гамма-фона и ЭРОА изотопов радона. На основании радиометрической съемки рассчитываются значения мощности максимальной потенциальной эффективной дозы (МПД) за год для каждой конкретной точки измерения.

По результатам расчета все горные выработки можно условно разделить на участки с известным значением мощности максимальной потенциальной эффективной дозы за год на конкретном участке (рисунок 1). Индивидуальная доза облучения будет складываться из доз облучения на каждом из них.

///////////Л М//////////Л //////////Л

4,52 мЗ в/год 5,46 мЗ в/год 6,12 мЗ в/год

///////////А ///////////// ///////////

участок 1 <-► Участок 2 <-► Участок 3 <-►

Рисунок 1 - Схема горной выработки

Для учета времени нахождения рабочих на различных участках горных выработок могут применяться современные системы информационной инфраструктуры, например, йгапсЬ БВОРБ, имеющие возможность непрерывного наблюдения за местоположением людей в подземном пространстве. Таким об-

разом, при программном учете времени нахождения рабочих на каждом участке и периодическом обновлении данных радиометрических съемок можно вести корректный учет доз облучения каждого горнорабочего за год и за отдельный промежуток времени.

Данный метод имеет ряд преимуществ:

• корректный учет доз облучения каждого горнорабочего независимо от места его нахождения в подземном пространстве;

• предупреждение превышения пределов доз облучения рабочих горных выработок с возможностью перевода работника на менее вредный вид деятельности или в группу А или Б в зависимости от условий труда;

• экономическая целесообразность метода заключается в отсутствии необходимости закупки большого количества дорогостоящего дозиметрического и радиометрического оборудования и содержания штата специалистов.

При отсутствии на производстве оборудования, позволяющего учитывать время нахождения каждого рабочего на различных участках горных выработок, проблема корректного учета индивидуальных доз облучения подземного персонала может быть решена с помощью данных радиометрического обследования и хронометража рабочей смены (фотографий рабочей смены).

В таблице 1 приведены совмещенные результаты радиометрического обследования и фотография рабочей смены горнопроходческой бригады Яковлевского рудника. Из таблицы 1 видно, что существенное количество операций члены бригады выполняют, не находясь на своем постоянном рабочем месте. Максимальная потенциальная эффективная доза за год для данной бригады при условии неизменности маршрутов передвижения и времени выполнения каждой операции составит 2,14 мЗв, и эта полученная доза должна быть учтена при гигиенической оценке условий труда. По действующим нормам гигиеническая оценка условий труда должна проводиться с уче-

том максимальной потенциальной эффективной дозы, полученной на рабочем месте. Результаты расчетов показали, что в этом случае не будет учтено 22% накопленной годовой дозы, что может привести к некорректному присвоению класса условий труда.

Можно сделать вывод, что проблема учета индивидуальных доз облучения в горных выработках может быть решена посредством слияния радиометрического мониторинга и современных систем позиционирования горнорабочих в подземном пространстве или данных хронометража рабочей смены (фотографий рабочей смены).

2. Радиометрические и дозиметрические измерения для выявления неблагоприятных факторов рабочей среды, влияющих на безопасность горнорабочих, должны проводиться с применением комплексного методического и метрологического подхода, включающего учет неопределенности измерений.

Организация радиационного контроля и оценка полученных результатов измерений РОФ в горнодобывающей промышленности имеют ряд различий с организацией радиационного контроля жилых домов, общественных зданий и сооружений. Эти особенности должны быть учтены при проведении радиационного обследования горных выработок.

Основными особенностями измерений в горных выработках являются:

- сложная топология источников ионизирующих излучений;

- проведение измерений в экстремальных условиях (высокая температура, повышенная влажность, сильная запыленность и др.);

- радиационное обследование в условиях ведения горных работ.

Повышение точности выявления неблагоприятных факторов рабочей среды достигается за счет применения адаптиро-

Таблица 1 - Фотография рабочей смены, совмещенная с результатами радиометрического обследования

Наименование операций Текущее время МПД на участке, мЗв/мин Полученная МПД, мЗв

Начало операции Конец операции

Спуск по стволу №1 8:00 8:05 _ _

Посадка в вагончики 8:05 8:25 2,23 10"5 4,45 10"4

Движение от ствола №1 в о.з. № 6-0-21 8:25 8:35 2,23 ТО"5 2,23-10"4

8:35 9:00 1,8910"' 4,72-10"4

Осмотр забоя и приведение в безопасное состояние 9:00 9:20 1,62 ТО"5 3,24-10"4

Очистка ходовой тележки комбайна от просыпи 9:00 9:20 1,62-10"' 3,24-10"4

Ожидание ПДМ 9:20 9:30 1,62 ТО"' 1,62-10"4

Управление комбайном (маневры) 9:30 9:35 1,62-10"' 8,10-10"'

Управление комбайном (погрузка г.м. в ковш, рубка забоя, ожидание ПДМ с отгрузки в р/ск №8) - 32к 9:35 14:35 1,62 10"' 4,86-10"3

Проверка направления 14:35 14:45 1,62-10"' 1,62-10"4

Обслуживание комбайна (замена зубков, доливка масла, заполнение бортового журнала) 14:45 15:20 1,62-10"' 5,67 10"4

Перекидка г/массы вручную (зачистка питателя и звезд) 14:45 15:20 1,62-10"' 5,67-10"4

Движение на ПО №7 для посадки в вагончики и ожидание отправки 15:20 15:35 1,12-10"' 1,68-Ю"4

Движение к стволу №1 15:35 15:45 2,23-10"' 2,23-10"4

Максимальная потенциальная эффективная доза за смену на всех участках горных выработок (только на рабочем месте) мЗв 8,58 10"' (7,05-Ю"3)

Максимальная потенциальная эффективная доза за год на всех участках горных выработок (только на рабочем месте) мЗв 2,14(1,76)

Неучтенная максимальная потенциальная эффективная доза, мЗв 0,38 (22%)

Таблица 2 - Результаты расчетов неопределенности измерений МАД

Место проведения измерений Условия измерений (температура воздуха, "С/относительная влажность воздуха,% Показания прибора МАД, мкЗв/ч иА, % иь % и2, % и3, % и4, % и5, % ив, % ис, % и, %

Скважина 316 Порожн. кверш. 20/99 0,35 7,5 15 15 0 0 10 14 15 31

Скважина 312 Порожн. кверш. 20/99 0,52 7,5 15 15 0 0 10 14 15 31

Тект.тр вагонное депо 15/99 0,92 7,5 15 15 0 0 10 14 15 31

Тект.тр объездная ствола №2 14/88 1,55 7,5 15 15 0 10 10 15 15 33

Скважина ЮТ Порожн. кверш. 20/97 2,1 7,5 15 15 0 0 10 14 15 31

V 2-

Таблица 3 - Максимальная потенциальная эффективная доза в горных выработках Яковлевского рудника

Место проведения измерений Эффективная доза внешнего облучения за год, мЗв Эффективная доза внутреннего облучения за год, мЗв МПД за год, мЗв МПД за год, без учета неопределенности измерений, мЗв Класс условий труда

Скважина 316 Порожн. кверш. 0,808 1,59 2,40 1,85 2

Скважина 312 Порожн. кверш. 1,20 1,54 2,74 2,30 2

Тект.тр вагонное депо 2,12 3,00 5,12 4,34 3.1

Тект.тр объездная ствола №2 3,61 1,85 5,46 4,62 3.1

Скважина ЮТ Порожн. кверш. 4,85 1,14 5,99 5,14 3.1

•экспер! ■ эксперт А.эксперЗ

Рисунок 2 - Зависимость изменения объемной активности радона от температуры воздуха

ванных для условий горных выработок методик радиационного обследования и методик измерения и оценки отдельных РОФ.

Методика радиационного обследования обеспечивает выбор оптимального объема точек измерений и периодичности измерений. Сеть точек контроля и периодичность измерений должны обеспечивать точность, необходимую для объективной оценки индивидуальных доз облучения рабочих. Особенно это актуально для значений ЭРОА изотопов радона, для которых характерны временные вариации. Методики радиационного обследования должны пройти метрологическую аттестацию.

Методики измерений отдельных РОФ применяются для оценки неопределенности измеренных значений, обусловленной условиями измерений и индивидуальными особенностями используемых средств измерений.

В горных выработках Яковлевского рудника оценивалась неопределенность измерений мощности амбиентной дозы гамма-излучения (МАД).

Относительная стандартная неопределенность, обусловленная источниками неопределенности, имеющими случайный характер иА , рассчитывается как среднеквадратическое отклонение результатов измерений, для дозиметра-радиометра МКС-АТ1125 определяется автоматически.

Относительная стандартная неопределенность по типу В, принимает вид

где щ - основная относительная погрешность прибора, %; и2-неопределенность измерений, обусловленная зависимостью чувствительности прибора от энергии гамма-излучения, численно равна соответствующей дополнительной погрешности, %; и3-неопределенность измерений, обусловленная анизотропией чувствительности прибора к гамма-излучению, численно равна соответствующей дополнительной погрешности, %; м4 - неопределенность измерений, обусловленная отличием температуры воз-

(1)

духа от 20±5 °С, численно равна соответствующей дополнительной погрешности; м5- неопределенность измерений, связанная с отличием влажности воздуха от 55±25 %, численно равна соответствующей дополнительной погрешности.

Суммарная стандартная неопределенность вычисляется

как

Расширенная неопределенность для коэффициента охвата 2 (к=2) рассчитывается по формуле

Проанализировав результаты расчетов (таблица 2), можно прийти к выводу, что расширенная неопределенность измерений МАД для коэффициента охвата 2 в условиях измерений в горных выработках Яковлевского рудника, при использовании дозиметра-радиометра МКС-АТ1125 вносит весомый вклад в интерпретацию результата измерений, достигает значения 33% и должна учитываться при оценке значений МАД и расчете максимальной потенциальной эффективной годовой дозы (таблица 3).

3. Вариации ЭРОА радона в воздушной среде горных выработок за счет естественного изменения расхода подземных вод, насыщенных растворенным радоном, достоверно учитываются при помощи математического моделирования, базирующегося на решении нестационарного уравнения диффузии для трехмерной задачи.

Для корректного учета индивидуальных доз облучения необходимо учитывать изменение во времени отдельных РОФ. Данные мониторинга на Яковлевском руднике в период с 2010 -2013 гг. показали, что мощность амбиентной дозы гамма-излучения в горных выработках характеризуется относительно стабильными во времени значениями, а значения ЭРОА радона могут изменяться в значительных пределах.

По результатам лабораторного моделирования выхода радона-222 из воды в воздушную среду были получены зависимость изменения объемной активности (ОА) от влажности воз-

(2)

U = 2ис .

(3)

духа и степенная зависимость изменения ОА радона от температуры воздуха (рисунок 2).

Полученные зависимости дебита радона из воды в воздушное пространство хорошо описываются уравнением диффузии, которое имеет вид

ЗА

— = ОАА — ХА — кА. (4)

Л

В движущейся среде уравнение (4) записывается как: 8А

— + у&гАА = ОАА-М-кА, (5)

где: А - концентрация радона (ОА); Д - лапласиан; г - время; V. вектор объемной скорости; £> - коэффициент диффузии в рассматриваемой среде; X - постоянная распада радона-222; к -коэффициент, учитывающий влияние температуры на дебит радона.

Для решения уравнения (5) нами был применен метод конечных разностей или «метод сеток». Получен дискретный аналог выражения, описывающего протекающие в модели процессы

А А[х -1, у, г, г] - 2 • А[х, у, г, + А[х +1, у, г, | Дг

[ А[х,у-1,1^]-2-А[х,у,г^]+А[х + 1,у,г^] Ау

| А[х -1, у, г, г] - 2 • А[х, у, z, т] + А[х +1, у, г, Аг

Ага1х'У>z,t]-A[x-l,у, 1,г\ Ах

- ША[х, у, г, г] - ША[х, у, г, 4 где Л4[х, у,г,/]-

приращение объемной активности по времени и координате в водном потоке (в воздушной среде); И - коэффициент диффузии радона в воде (в воздухе); А/ - приращение

ДА =£> А1

V

(6)

по времени; Ах, Ау, Дг - приращения по соответствующим

осям; V - скорость водного потока (воздушного потока).

Граничные условия для водного потока:

Авода [ХР ~ Д,«п.Р

\ода[Х>У\>1А = 0>

Аеода [*> Уп^А = Кода [Х> Уп-1^А>

Авода[Х>У^хА = 0' АвоЛХ'У^пА = 0-

Граничные условия для воздушной среды:

Аоздуха [Х1 'У^А = Коздуха [*2 Коздуха -:УЛА~ Авоздуха \_Хп-1' У ■> '

Аоздуха Я >*,'] = Авода [х, уп,1,г],

Авоздуха = Коздуха У п-1

Авоздуха[^У^„,г] = 0.

Для определения количественных значений ОА радона по длине горных выработок, был разработан комплекс вычислительных программ на языке программирования С++, с использованием стандартных графических компонентов семейства ТееСЬаЛ, позволяющий произвести моделирование выхода радона из водного потока в воздушную среду.

Результаты выполненного моделирования для описанной области с указанными начальными данными и учетом выведенных зависимостей отображены в виде графиков на рисунках 3 и 4.

0.4 160 140 120 100 80 60 40 20 , Бк'л г—.....................

0 30 20 30 ¿0 50 60 70 Расстояние, м

Рисунок 3 - Изменение объемной активности на поверхности воды по длине выработки

ОА, Бкм3 1КЛ .........

140 120 100 80 60 40 20 ................. ......— ~..... -........-......—.............-------------------------------------------- - -...........................-

1 .....................

0 1° 20 30 40 50 60 70 Расстояние, м

Рисунок 4 - Изменение объемной активности в воздушном потоке по длине выработки

Полученные результаты имеют близкую сходимость с результатами натурных измерений в горных выработках. Таким образом, с учетом погрешностей приборов и численных расчетов, очевидно, что полученные при моделировании данные могут быть использованы для учета вариаций ОА радона в воздушной среде горных выработок за счет естественного изменения расхода подземных вод, насыщенных растворенным радоном.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи - повышение радиационной безопасности производственного персонала при эксплуатации подземных выработок в условиях высокой обводненности.

Основные научные результаты и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Особенностью формирования радиационной обстановки на Яковлевском руднике является преобладающее выделение радона из рудничных вод. Индивидуальные дозы облучения формируются за счет многофакторного облучения ДПР радона и внешнего гамма-излучения.

2. Гигиеническая оценка условий труда в горных выработках выполненная по радиационному фактору, свидетельствует о наличии рабочих мест, характеризующихся вредными условиями труда класса 3.1. Количество указанных рабочих мест незначительно и имеет локальный характер.

3. Применяемые способы учета индивидуальных доз облучения горнорабочих с последующей гигиенической оценкой условий труда не позволяют корректно учитывать индивидуальную дозу, полученную за все время нахождения в подземном пространстве. Проведенные исследования показали, что на предприятии не учитывается около 20% годовой эффективной дозы облучения.

4. Проблема учета индивидуальных доз облучения в горных выработках может быть решена посредством слияния радиометрического мониторинга и современных систем позиционирования горнорабочих в подземном пространстве. Разработанный способ учета индивидуальных доз облучения горнорабочих позволяет учитывать суммарную дозу облучения на различных участках горных выработок в зависимости от времени и маршрута передвижения в подземном пространстве.

5. Разработанный комплексный методический и метрологический подход к проведению измерений уровней РОФ позволяет с высокой точностью выявлять неблагоприятные факторы рабочей среды с учетом особенностей измерений, проводимых в горных выработках, что является особо актуальным на предприятиях, не являющихся радиационно-опасными, а также является экономически целесообразным.

6. Проведенный анализ приборного обеспечения средств измерений радона выявил высокую погрешность производимых измерений и показал, что с целью ее снижения целесообразно в условиях подземных горных выработок измерять ОА радона и переходить к ЭРОА изотопов радона с использованием коэффициентов равновесия.

7. Полученные в результате лабораторного моделирования зависимости позволяют сделать выводы об уменьшении дебита радона из рудничных вод при повышенных значениях температуры и влажности.

8. В результате полученных экспериментальных данных и математического моделирования разработано программное обеспечение, позволяющее рассчитывать распределение радона в рудничных водах, а также значения ОА радона в рудничном воздухе. Полученные значения могут применяться для учета временных вариаций ОА радона в воздухе, а, следовательно, и ЭРОА изотопов радона для расчета и прогнозирования индивидуальных доз облучения горнорабочих.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Коршунов Г.И. Радиационная обстановка на полиметаллических рудниках, золотодобывающих и железорудных шахтах / Г.И. Коршунов, H.A. Мироненкова, Р.В. Потапов, A.A. Яковенко // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск. - 2013. - № 2. - С. 219-224.

2. Коршунов Г.И. Оценка условий труда по радиационно-опасному фактору в условиях Яковлевского рудника /

Г.И. Коршунов, H.A. Мнроненкова, Р.В. Потапов // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск. -2014. -№3.- С. 162-168.

3. Коршунов Г.И. Обеспечение радиационной безопасности рабочих (радиационный мониторинг) при строительстве и эксплуатации подземных сооружений / Г.И. Коршунов, H.A. Мироненкова, Р.В. Потапов // Записки Горного института. -2013.-Т. 206.-С. 89-92.

4. Коршунов Г.И. Контроль очагов самовозгорания на угольных шахтах с помощью измерения плотности потока радона / Г.И. Коршунов, H.A. Мироненкова, Р.В. Потапов, H.JT. Галсанов, В.Ю. Гришин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 6. - С. 194-196.

5. Коршунов Г.И. Мониторинг напряженно-деформированного состояния массива горных пород на основе наблюдения за радиогенными газами / Г.И. Коршунов, H.A. Мироненкова, Р.В. Потапов, А.И. Пальцев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 6. - С. 197200.

В других изданиях:

1. Коршунов Г.И. Радиационный мониторинг в подземных выработках горной промышленности и прогнозирование изменения радиационной обстановки / Г.И. Коршунов, H.A. Мироненкова, Р.В. Потапов // Материалы 8-й международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности строительства и энергетики». Тула-Донецк-Минск. - 2012. - Т. 2. - С. 348-352.

2. Коршунов Г.И. Метод учета индивидуальных доз облучения рабочих горнодобывающих предприятий / Г.И. Коршунов, H.A. Мироненкова, Р.В. Потапов, A.A. Яковенко // Материалы научно-практической конференции «Проблемы безопасности и эффективности освоения георесурсов в современных условиях». Пермь. - 2014. - С. 391-394.

РИЦ Горного университета. 22.07.2014. 3.597. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2