抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子體濃度的分布及特性分析

張宇軒 葉勇軍 肖德濤 江俊廷 丁德馨 鐘永明 謝 超

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抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子體濃度的分布及特性分析

張宇軒1葉勇軍2,3肖德濤1江俊廷2丁德馨3鐘永明2謝 超2

1（南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院 衡陽(yáng) 421001）2（南華大學(xué) 環(huán)境保護(hù)與安全工程學(xué)院 衡陽(yáng) 421001）3（南華大學(xué) 鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室 衡陽(yáng) 421001）

鈾礦井下的獨(dú)頭巷道是氡及其子體濃度分布很高的場(chǎng)所。為指導(dǎo)抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道的排氡和排氡子體通風(fēng)設(shè)計(jì)，初步完善了獨(dú)頭巷道通風(fēng)氣流中氡濃度與氡子體α潛能濃度之間的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)關(guān)系，分析了通風(fēng)阻力對(duì)獨(dú)頭巷道巖壁氡析出率的影響；分別得出了抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道風(fēng)流中氡濃度與氡子體濃度分布的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，利用該模型分別得到了排氡和排氡子體最小風(fēng)量的計(jì)算公式；針對(duì)具體的獨(dú)頭巷道，研究了巷道內(nèi)氡濃度及氡子體濃度的分布規(guī)律以及排氡和排氡子體最小風(fēng)量的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，距離抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道入口越遠(yuǎn)，巷道內(nèi)氡濃度及氡子體濃度越高，氡及氡子體的濃度均隨通風(fēng)量的增大而減小，隨巖壁氡析出率而增大；排氡和排氡子體所需的最小風(fēng)量均隨巖壁氡析出率而增大，隨巷道長(zhǎng)度而增大。

抽出式通風(fēng)，獨(dú)頭巷道，氡及氡子體，濃度分布

隨著我國(guó)核電對(duì)天然鈾需求的增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)鈾礦開采業(yè)也得到了快速發(fā)展。目前，我國(guó)地下硬巖鈾資源的開采是開放式作業(yè)，工作人員所受到的氡及氡子體的輻射危害不容忽視。鈾礦井下的獨(dú)頭巷道是氡及其子體濃度分布很高的場(chǎng)所，通風(fēng)是降低井下作業(yè)場(chǎng)所氡及氡子體濃度的有效手段，科學(xué)、合理地運(yùn)用通風(fēng)作用下氡及氡子體在氣流中的遷移規(guī)律和排氡特性，能有效改善鈾礦井的通風(fēng)降氡效果[1?4]。因此，開展獨(dú)頭巷道通風(fēng)氣流中氡濃度及氡子體濃度分布和排氡特性的研究具有重要的實(shí)用價(jià)值。

目前，國(guó)外在地下鈾礦山作業(yè)空間通風(fēng)排氡理論方面進(jìn)行了較多的研究，Richon等[5]對(duì)一個(gè)高原獨(dú)頭巷道內(nèi)的氡濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立了氡濃度的時(shí)空分布模型；El-Fawal等[6]建立了由礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量、風(fēng)壓求解氡及氡子體濃度的計(jì)算模型；Panigrahi等[7]提出了確定地下采場(chǎng)排氡子體風(fēng)量的新方法。國(guó)內(nèi)在鈾礦井下作業(yè)空間通風(fēng)排氡理論方面的研究相對(duì)滯后，近年來(lái)隨著輻射防護(hù)要求的提升，這方面的研究也逐漸得到了重視。針對(duì)獨(dú)頭巷道的局部通風(fēng)方式，國(guó)內(nèi)已有學(xué)者建立了用于研究穩(wěn)定通風(fēng)條件下的壓入式通風(fēng)[8]和壓抽混合式通風(fēng)[9]獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子濃度分布的計(jì)算模型，但目前還缺少抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子體濃度分布的計(jì)算模型。為完善獨(dú)頭巷道的通風(fēng)排氡理論體系，本文以抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道為對(duì)象，完善其穩(wěn)定通風(fēng)條件下巷道內(nèi)氡及氡子體濃度分布的計(jì)算模型，獲得排氡以及排氡子體所需要的最小風(fēng)量的計(jì)算公式，為獨(dú)頭巷道抽出式通風(fēng)條件下的降氡設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 通風(fēng)氣流中氡子體α潛能增長(zhǎng)方程數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化

在鈾礦井下獨(dú)頭巷道內(nèi)存在著氡氣，由于氡是放射性氣體，隨著時(shí)間的推移，氡會(huì)衰變成一系列的新核素。氡衰變產(chǎn)生不同子體，主要是鐳A（218Po，半衰期3.05 min）、鐳B（214Pb，半衰期26.8 min）、鐳C（214Bi，半衰期19.7 min）、鐳C'（214Po，1.64×10?4s）。由于鐳C'的半衰期很短，一般認(rèn)為鐳A、鐳B、鐳C這三種子體的α能量之和就是氡子體的α潛能。若在最初時(shí)刻通風(fēng)氣流中只有氡，且初始氡濃度為0，不考慮氡子體的沉降和附壁效應(yīng)，則在(s)積累時(shí)間后，氣流中由濃度為0的氡衰變產(chǎn)生的鐳A、鐳B和鐳C的α潛能濃度分別為式(1)?(4)[10]：

氣流中氡子體α潛能濃度α為：

式(1)?(4)中：0為通風(fēng)氣流中初始氡濃度，kBq?m?3；、a、b、c分別為氡、鐳A、鐳B和鐳C的衰變常數(shù)，=2.1×10?6s?1，a=3.79×10?3s?1，b=4.31×10?4s?1，c=5.86×10?4s?1；為氣流流動(dòng)的時(shí)間（即氡積累時(shí)間），s；RA、RB、RC分別為鐳A、鐳B和鐳C的α潛能濃度，μJ?m?3；α為氡子體的α潛能濃度，μJ?m?3；a、b、c分別為鐳A、鐳B和鐳C的α潛能換算系數(shù)，其中a=0.58μJ?kBq?1，b=2.86 μJ?kBq?1，c=2.12 μJ?kBq?1。

由式(4)可知，風(fēng)流中氡子體α潛能濃度α僅隨著初始氡濃度0和通風(fēng)換氣時(shí)間變化。當(dāng)初始氡濃度0一定時(shí)，利用式(4)計(jì)算純氡經(jīng)過10 s、30s、60 s、120 s、180 s、240 s、300 s、600 s、1200s、1800 s、2400 s、3000 s、3600 s、7200 s、10800 s、12000 s、14400 s衰變后累積的氡子體α潛能濃度，可知氡子體潛能濃度α隨著通風(fēng)換氣時(shí)間而增大，其增大幅度逐漸變小，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。由于式(4)表達(dá)形式較復(fù)雜，在實(shí)際中難以得到應(yīng)用。為此，對(duì)0?14400 s內(nèi)氡子體α潛能濃度的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行指數(shù)非線性回歸擬合，獲得氡子體的α潛能濃度的曲線方程為[8?9]：

式中：為轉(zhuǎn)換常數(shù)，=5.3712 μJ?kBq?1；e為氡子體的等效衰減常數(shù)，e=3.305×10?4s?1。

0?14400 s內(nèi)α潛能濃度的計(jì)算結(jié)果及指數(shù)擬合曲線如圖1所示。根據(jù)0?14400 s內(nèi)α潛能濃度的計(jì)算值和擬合值可知，在累積時(shí)間為0?180 s，擬合值與計(jì)算值的相對(duì)誤差在10%?20%內(nèi)，在180?14400 s均低于10%，總體的相關(guān)系數(shù)為0.999，表明可以將簡(jiǎn)化擬合式(5)取代理論公式(4)運(yùn)用于工程實(shí)際[8]。當(dāng)風(fēng)流中的氡濃度一定時(shí)，氡子體α潛能濃度增長(zhǎng)曲線如圖1所示。

圖1 氡濃度為C0時(shí)氡子體α潛能濃度增長(zhǎng)曲線 Fig.1 Fitting curve of the alpha potential energy concentration of radon daughters.

從式(5)可知，當(dāng)沒有母體氡時(shí)，α潛能濃度為α0的氡子體的衰減規(guī)律近似為：

式中：α0為氡子體的初始α潛能濃度，μJ?m?3。

1.2 通風(fēng)阻力對(duì)獨(dú)頭巷道巖壁氡析出率的影響

獨(dú)頭巷道巖壁氡的析出有擴(kuò)散和滲流兩種機(jī)制，通風(fēng)氣流沿著井巷流動(dòng)時(shí)，由于井巷巖壁的摩擦作用，將會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)氣流壓力的變化，這種變化必然影響滲流作用下的氡析出。因此，為獲得風(fēng)流中獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及其子體的分布規(guī)律，有必要對(duì)通風(fēng)阻力對(duì)獨(dú)頭巷道巖壁氡析出率的影響進(jìn)行分析。

對(duì)于一條巷道，通風(fēng)阻力由摩擦阻力和局部阻力組成。井巷中通風(fēng)氣流的摩擦阻力壓強(qiáng)h的計(jì)算公式為[1]：

式中：1為巷道摩擦阻力系數(shù)，N·s2?m?4；為巷道斷面面積，m2；為巷道橫斷面周長(zhǎng)，m；為通風(fēng)風(fēng)量，m3?s?1；為獨(dú)頭巷道的長(zhǎng)度，m。

巷道橫斷面的周長(zhǎng)可按式(8)計(jì)算：

式中：為斷面形狀系數(shù)，無(wú)量綱，梯形=4.16；三心拱=3.85；半圓拱=3.90。

假定獨(dú)頭巷道的斷面形狀為三心拱，斷面積為=5 m2，巷道壁裸露無(wú)支護(hù)，巷道摩擦阻力系數(shù)一般不超過1=0.01 N·s2?m?4，當(dāng)通風(fēng)風(fēng)量=4 m3?s?1時(shí)，每百米的摩擦阻力壓強(qiáng)h為1.10 Pa。即對(duì)于百米長(zhǎng)的平直巷道，高壓點(diǎn)和低壓點(diǎn)的壓力差為1.10Pa。因此，對(duì)于致密巖壁的平直獨(dú)頭巷道，通風(fēng)風(fēng)流靜壓變化對(duì)獨(dú)頭巷道巖壁氡析出率的影響可以忽略不計(jì)。

若不考慮巷道內(nèi)氡濃度對(duì)氡析出率的影響，則擴(kuò)散氡析出率和滲流氡析出率的計(jì)算公式分別為式(9)、(10)：

式中：1為擴(kuò)散氡析出率，kBq?s?1·m?2；為巖石內(nèi)產(chǎn)生可運(yùn)移氡的能力，2.562×10?6pe，kBq?s?1·m?3，為鈾礦石的密度，2.7×103kg?m?3；為鈾礦石的鈾品位，%；p為鈾鐳平衡系數(shù)，無(wú)量綱；e為射氣系數(shù)，%。

式中：2為氡滲流析出率，kBq?s?1·m?2；grad為爆破鈾礦堆內(nèi)的壓力梯度，Pa；為爆破鈾礦堆的滲透率，m2；為氣體的粘滯系數(shù)，Pa·s。

硬巖巷道圍巖滲透率一般為10?12m2，對(duì)于圍巖厚度為20 m的巷道，溫度為20 oC時(shí)空氣的黏度系數(shù)為1.82×10?5Pa·s[10]，氡在巖體中的擴(kuò)散系數(shù)約為10?8m2?s?1 [5]。則由式(9)、(10)可知，每百米的高低壓點(diǎn)氡滲流析出率的差值約占擴(kuò)散氡析出率的2.3%，且圍巖厚度越大，這種比值越小。

由于滲流析出率占擴(kuò)散析出率的比例為2.1%，忽略氡滲流析出率2，只需要考慮擴(kuò)散析出率1。鈾礦井下巖石的密度一般為2.7×103kg·m?3，射氣系數(shù)e一般在5%?20%，鈾鐳平衡系數(shù)p約為1[10]；若鈾礦體的鈾品位在0.05%?0.5%，由式(9)計(jì)算可得擴(kuò)散析出率1的取值為0.1193?4.7735 Bq?s?1·m?2。為便于研究，本文僅考慮巖石壁面氡析出率在0.5?5Bq?s?1·m?2之間變化對(duì)抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子體濃度的分布的影響。

2 抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道風(fēng)流中氡及氡子體濃度和最小通風(fēng)量的數(shù)學(xué)計(jì)算模型

2.1 抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道風(fēng)流中氡濃度和最小排氡風(fēng)量的數(shù)學(xué)計(jì)算模型

鈾礦井獨(dú)頭巷道采用抽出式通風(fēng)時(shí)，通風(fēng)示意圖如圖2所示。由圖2可知，新鮮風(fēng)流從獨(dú)頭入口進(jìn)入獨(dú)頭巷道，沖刷掘進(jìn)工作面后，再由局部風(fēng)機(jī)經(jīng)過風(fēng)筒抽出獨(dú)頭巷道。因此，抽出式通風(fēng)下，獨(dú)頭巷道盡頭礦堆析出的氡直接由風(fēng)機(jī)排出。由此可知，引起獨(dú)頭巷道中氡濃度變化的機(jī)制主要包括：1) 入風(fēng)風(fēng)流帶入氡；2) 巷道壁析出的氡。

圖2 獨(dú)頭巷道抽出式通風(fēng)示意圖 Fig.2 Diagram of exhaust ventilation in blind roadway.

在計(jì)算巷道內(nèi)空氣中氡濃度時(shí)，以獨(dú)頭巷道入口為起點(diǎn)，則沿風(fēng)流流動(dòng)方向距離獨(dú)頭巷道入口處的氡濃度可按式(11)計(jì)算：

或

式中：0為抽出式通風(fēng)風(fēng)流中氡的濃度，kBq·m?3；為巖壁的氡析出率，kBq?s?1·m?2；為風(fēng)速，m?s?1；為巷道風(fēng)流方向上某點(diǎn)與獨(dú)頭巷道入風(fēng)口的距離，m。

由于氡的衰變常數(shù)為2.1×10?6s?1，一般的獨(dú)頭巷道長(zhǎng)度不會(huì)超過1 km，依據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》[11]規(guī)定掘進(jìn)巷道內(nèi)最低風(fēng)速為0.25 m?s?1，可知，/<< 1。因此，式(12)可簡(jiǎn)化為式(13)。

假定獨(dú)頭巷道內(nèi)的氡濃度限值為lim，由式(13)可得抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道氡濃度不超過lim的最小風(fēng)量為：

式中：lim為獨(dú)頭巷道內(nèi)的氡濃度限值，kBq·m?3；Rn,min為抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道的最小排氡通風(fēng)風(fēng)量，m3?s?1。

2.2 抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道風(fēng)流中氡子體α潛能濃度和最小排氡子體風(fēng)量的數(shù)學(xué)計(jì)算模型

通風(fēng)狀態(tài)下獨(dú)頭巷道內(nèi)氡子體的來(lái)源包括：1) 入風(fēng)風(fēng)流帶入氡衰變產(chǎn)生的氡子體；2) 巷道壁析出的氡衰變產(chǎn)生的氡子體；3) 入風(fēng)風(fēng)流帶入氡子體衰變殘余的氡子體；4) 作業(yè)面堆積礦石析出的氡衰變產(chǎn)生的氡子體。由于抽出式通風(fēng)下獨(dú)頭巷道作業(yè)面堆積礦石析出的氡直接由抽出風(fēng)機(jī)抽出。因此，抽出式通風(fēng)狀態(tài)下，獨(dú)頭巷道風(fēng)流中氡子體α潛能濃度主要由1)、2)、3)構(gòu)成。抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡子體α潛能濃度的計(jì)算示意圖如圖3所示。

圖3 獨(dú)頭巷道壁內(nèi)α氡子體潛能濃度計(jì)算示意圖 Fig.3 Calculation diagram of the alpha potential energy concentration of radon daughters.

在風(fēng)流穩(wěn)定的條件下，假定獨(dú)頭巷道入風(fēng)口處氡子體α潛能濃度為α0，則沿風(fēng)流流動(dòng)方向距離獨(dú)頭巷道入風(fēng)口處獨(dú)頭巷道風(fēng)流中氡子體α潛能濃度α可按式(15)計(jì)算。

或

式中：α0為獨(dú)頭巷道入風(fēng)口起始氡子體α潛能濃度，μJ·m?3；α1為入風(fēng)氡衰變產(chǎn)生的氡子體α潛能濃度，μJ·m?3；α2為巷道壁析出氡衰變產(chǎn)生的氡子體α潛能濃度，μJ·m?3；α3為入風(fēng)風(fēng)流帶入氡子體氡衰變殘余的氡子體α潛能濃度，μJ·m?3。

假定獨(dú)頭巷道內(nèi)的氡子體α潛能濃度限值為lim，由式(16)可得，抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道氡子體α潛能濃度不超過lim的最小風(fēng)量為：

式中：α,min為抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道的最小排氡子體通風(fēng)風(fēng)量，m3?s?1；lim為獨(dú)頭巷道內(nèi)的氡濃度限值，lim=5.4 μJ?m?3；lambertw為朗伯函數(shù)，=lambertw()是方程e=x的解。

3 計(jì)算模型的應(yīng)用

由式(13)、(16)可知，當(dāng)00、、確定后，就能獲得整個(gè)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡濃度及氡子體α潛能濃度分布；同時(shí)，通過式(14)、(17)，可以得到抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道排氡最小風(fēng)量及排氡子體最小風(fēng)量。由于實(shí)際生產(chǎn)過程中，礦山井下的獨(dú)頭巷道斷面形狀、尺寸是事先確定的，因此，對(duì)于一個(gè)給定長(zhǎng)度的巷道，風(fēng)流中氡濃度及氡子體α潛能濃度分布情況主要受到通風(fēng)量和巖壁氡析出率的影響。為此，依據(jù)《鈾礦井排氡及通風(fēng)技術(shù)規(guī)范》(EJ/T 359-2006)對(duì)作業(yè)地點(diǎn)風(fēng)流氡濃度和氡子體α潛能濃度的規(guī)定(lim=2.7 kBq?m?3，lim=5.4μJ?m?3)[12]，取0=1 kBq?m?2、α0=2 μJ?m?3，并假定獨(dú)頭巷道的斷面形狀為三心拱，巷道長(zhǎng)度0=300 m，斷面積=5 m2，研究通風(fēng)量和巖壁氡析出率對(duì)整個(gè)巷道內(nèi)氡濃度和氡子體α潛能濃度的影響。

1) 當(dāng)=4 m3?s?1，分別取0.5 Bq?s?1·m?2、1 Bq?s?1·m?2、2 Bq?s?1·m?2、3 Bq?s?1·m?2時(shí)，抽出式獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子體濃度隨著和變化的曲線圖如圖4所示。

圖4 獨(dú)頭巷道內(nèi)氡濃度(a)和氡子體α潛能濃度(b)隨著L和J變化的曲線 Fig.4 Curve of radon concentration (a) and the alpha potential energy concentration of radon daughters (b) as L and J changing in blind roadway.

由圖4可知，(1) 采用抽出式通風(fēng)的獨(dú)頭巷道，獨(dú)頭巷道入口處氡濃度和氡子體α潛能濃度均最低，距離獨(dú)頭巷道入口越遠(yuǎn)（離巷道盡頭越近），氡濃度和氡子體α潛能濃度越高，在作業(yè)面處均達(dá)到最高；因此，為保護(hù)工作人員少受輻射危害，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)盡可能減少工作人員在巷道盡頭的作業(yè)時(shí)間。(2) 氡濃度和氡子體α潛能濃度隨巖壁氡析出率而增大，表明向巷道巖壁噴涂控氡涂料等降低氡析出率的措施，將有利于改善巷道內(nèi)的輻射工作環(huán)境。

2) 當(dāng)=2 Bq?s?1·m?2，分別取1 m3?s?1、2m3?s?1、3 m3?s?1、4 m3?s?1時(shí)，抽出式獨(dú)頭巷道內(nèi)氡和氡子體濃度隨和變化的曲線見圖5。

圖5 獨(dú)頭巷道內(nèi)氡濃度(a)和氡子體α潛能濃度(b)隨L和Q變化的曲線 Fig.5 Curve of radon concentration (a) and the alpha potential energy concentration of radon daughters (b) as L and Q changing in blind roadway.

由圖5可知，(1) 在其他條件不變的情況下，隨著通風(fēng)量的增加，巷道內(nèi)氡濃度和氡子體α潛能濃度均逐漸降低；(2) 結(jié)合圖4，為使整個(gè)巷道的氡濃度和氡子體α潛能濃度分別滿足《鈾礦井排氡及通風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(EJ/T 359-2006)規(guī)定的2.7 kBq?m?3和5.4 μJ?m?3限制值要求，有必要對(duì)氡析出率較高和長(zhǎng)度大的巷道增大通風(fēng)風(fēng)量。

3) 當(dāng)分別取0.5 Bq?s?1·m?2、1 Bq?s?1·m?2、3Bq?s?1·m?2、5 Bq?s?1·m?2時(shí)，抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)最小排氡風(fēng)量和最小排氡子體風(fēng)量隨著和變化的曲線圖分別如圖6所示。

由圖6可知，(1) 在其他條件不變的情況下，隨著巷道長(zhǎng)度的增大，抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道排氡和排氡子體的最小風(fēng)量也隨之增大；(2) 同樣的巷道長(zhǎng)度，抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道排氡與排氡子體的最小風(fēng)量均隨巖壁氡析出率而增大。

綜合圖4?6可知，相同物理?xiàng)l件的抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道，為了滿足氡濃度及氡子體α潛能濃度控制限值的要求，排氡和排氡子體的通風(fēng)量存在差異，在實(shí)際通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)排氡和排氡子體風(fēng)量的較大值確定設(shè)計(jì)通風(fēng)風(fēng)量。

圖6 獨(dú)頭巷道排氡(a)和氡子體(b)最小風(fēng)量隨L和J變化的曲線 Fig.6 Curve of minimum wind volume for exhaust radon (a) and radon progeny (b) as L and J changing in blind roadway.

4 結(jié)語(yǔ)

從抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡及氡子體來(lái)源為出發(fā)點(diǎn)，分別完善了能用于模擬整個(gè)獨(dú)頭巷道內(nèi)氡濃度及氡子體α潛能濃度的計(jì)算模型，利用該模型分別得到了最小排氡和最小排氡子體風(fēng)量的計(jì)算公式，通過分析得到如下結(jié)論：

1) 在其他參數(shù)不變的情況下，距離抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道入口越遠(yuǎn)，氡濃度及氡子體α潛能濃度越高，兩者均隨通風(fēng)量的增大而減小，隨著巖壁氡析出率而增大。

2) 其他參數(shù)不變的情況下，抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道的最小排氡和排氡子體風(fēng)量均隨巖壁氡析出率而增大，隨巷道長(zhǎng)度而增大。

3) 相同物理?xiàng)l件的抽出式通風(fēng)獨(dú)頭巷道，排氡和排氡子體的通風(fēng)量存在著差異，為滿足氡濃度及氡子體α潛能濃度控制限值的要求，在實(shí)際通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)排氡和排氡子體風(fēng)量的較大值確定設(shè)計(jì)通風(fēng)風(fēng)量。

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國(guó)家自然科學(xué)基金(No.11105069、No.11575080)、安全生產(chǎn)重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)科技項(xiàng)目(No.hunan-0015-2015AQ)資助

Supported by National Natural Science Foundation of China (No.11105069, No.11575080), Key Technology Project of Prevention for Safety Production

Major Accident (No.hunan-0015-2015AQ)

Concentration distribution rules and characteristics of radon and its progeny in blind roadway with exhaust ventilation

ZHANG Yuxuan1YE Yongjun2,3XIAO Detao1JIANG Junting2DING Dexin3ZHONG Yongming2XIE Chao2

1(School of Nuclear Science and Technology, University of South China, Hengyang 421001, China)2(School of Environment Protection and Safety Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China)3(Key Discipline Laboratory for National Defense for Biotechnology in Uranium Mining and Hydrometallurgy, University of South China, Hengyang 421001, China)

Background: The blind roadway is one of the most important places where radon and its progeny’s concentration is high in uranium mine exploitation. Purpose: The aim is to guide the design of exhaustion of radon and its progeny in blind roadway. Methods: The simplified mathematical relationships were primarily improved between radon concentration and radon progeny alpha potential energy concentration in the wind in uranium mine, and the influence of ventilation resistance force on rock wall radon release rate was analyzed; the mathematical calculation models of distribution for the concentration of radon and radon progeny in the blind roadway with driving-force ventilation were obtained, respectively, and through the models the minimum wind volume formulas for exhausting radon and its progeny in blind roadway were obtained. According to some particular roadways, the influence of different ventilation volumes and exhalation rates of radon on rock wall on radon and its progeny concentration, the influence of variable physical parameters on the wind volume for exhausting radon and its progeny in the blind roadway were discussed, respectively. Results & Conclusion: The results show that, the further it is from the roadway inlet, the higher the concentration of the radon and its progeny in the blind roadway is. And the concentration of radon and its progeny decreases with the increment of the wind volume, while increases with the increment of exhalation rate of radon on rock wall; the minimum wind volume needed for exhausting radon and radon progeny in the blind roadway with driving-force ventilation increases with the increment of the rock wall radon release rates and the length of the blind roadway.

Exhaust ventilation, Blind roadway, Radon and its progeny, Concentration distribution

ZHANG Yuxuan, male, born in 1988, graduated from Beijing Institute of Technology Zhuhai in 2013, master student, major in radiation protection

YE Yongjun, E-mail: yongjunye@163.com

TL211

10.11889/j.0253-3219.2016.hjs.39.050202

張宇軒，男，1988年出生，2013年畢業(yè)于北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，現(xiàn)為碩士研究生，輻射防護(hù)專業(yè)

葉勇軍，E-mail: yongjunye@163.com

2015-12-30，

2016-04-09