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摘要：铀矿地质勘探设施退役后，其放射性核素已通过多种途径进入环境，存在较大的环境影响及人身安全隐患，因此对其进行退役治理是势在必行。本文以西北地区某典型的铀矿地质勘探遗留的废石堆为研究对象，以砂质亚粘土作为覆盖材料，进行了相关覆土试验。主要研究了覆土厚度与氡析出率和γ辐射剂量率的变化关系；覆土压实度与氡扩散系数的变化关系。试验结果表明：本试验场地作为有限制开放场所的最佳覆土厚度为68cm，而作为无限制开放场所的最佳覆盖厚度不小于110cm；γ辐射剂量率随着覆土厚度的增大而急剧减小，在覆土厚度达到45cm时趋于稳定；氡扩散系数随着压实度的增大而减小；覆土厚度与氡析出率的关系符合。
关键词：铀；废石堆；覆土；氡析出率；氡扩散系数；γ辐射剂量率
The soil cover test for decommissioning treatment of an uranium geological exploration sites
Wang Wen-bo1，2， Zhang Xiao-wen1， Li Lu-feng2
1. School of Resource & Environment and Safety Engineering， University of South China， Hengyang， Hunan， 421001 2. Geological party No.208， CNNC， Baotou， Inner Mongolia， 014010
Abstract：Before the decommissioning of the geological exploration facilities， the radionuclides have entered the environment through many ways. There are great environmental impacts and personal safety dangers， so it is imperative to do decommissioning treatment. In this paper， taking the waste stone pile left over from the geological exploration of a typical uranium deposit in Northwest China as the research object， using the sandy sub-clay for covering material， the related overlying soil test is carried out. In this study， soil covering experiments were performed， which used the sandy sub-clay to cover the waste stone pile of a typical geological exploration of uranium deposit in Northwest China. The effect of thickness of covering soil on the released rate of radon and dose rate ofγ-radiation was investigated. The effect of compaction with covering soil on the radon diffusion coefficient was explored. The result indicated that the optimum covering soil thickness of the test site as restricted open place was 68 cm in the experiments， and that the optimum covering thickness of the test site as an unrestricted open place was not less than 110 cm in the experiments. The results showed that the dose rate ofγ-radiation decreased sharply with the increase of the soil thickness， which was stable when the thickness of covering soil reached 45 cm. The results showed that the radon diffusion coefficient decreased with increasing of compaction degree. The relationship between the thickness of covering soil and radon exhalation rate is as.
Key words： Uranium； Waste rock pile； Soil cover； Radon exhalation rate； Radon diffusion coefficient；γradiation dose rate
1.前言
在軍工铀矿发展及技术利用的过程中，勘探单位建设了许多用于科研及其他用途的勘探设施，这些设施在满足了国防和国民经济发展需求的同时，也对环境造成了一定的影响。目前，铀矿地质勘探设施退役后，其放射性核素已通过多途径进入环境，对周围环境造成一定影响，存在环境影响隐患和人身安全隐患，因此，铀矿地质勘探设施进行退役治理已势在必行[1-3]。其中退役铀矿中氡析出和γ辐射的防治一直是铀矿山氡污染治理的重点，而氡扩散系数是氡迁移过程中的关键参数，研究氡扩散系数是防氡控氡的核心问题[4-5]。在经过国内外多年研究和治理实践证明，使用土壤原地覆盖是抑制铀矿废石表面氡析出和屏蔽γ辐射最有效的方法，土壤覆盖的压实度会直接影响氡在土壤中的氡扩散系数。因此开展该地区铀矿地质勘探设施的覆土研究是实现该地区退役治理的关键问题。 国内外工程技术人员对铀矿退役治理覆土试验进行了广泛的应用和研究，并取得了一定的研究成果。目前，大部分完成了铀尾矿库滩面的退役治理，采用粘土、沙砾和废石等材料进行了覆盖处理[6]。覆土材料与覆盖厚度直接关系到治理效果[7-8]。滩面覆盖土的含水率也是影响扩散系数及氡析出能力的一个重要权重指标[9]。氡在多孔介质中的运移服从Darcy定律，最近进行的覆土试验也部分考虑了多因素的影响，包括作用面压力梯度和温度波动、氡子体的大气运输、超声波扰动作用、活性炭中瞬时氡的运移及衰减等[10]。但是近年来国内的覆土试验和研究均没有考虑到土壤压实度对氡扩散系数的影响。鉴于此，本文以该地区某典型的铀矿地质勘探遗留的废石堆为研究对象，研究了覆土厚度与氡析出率和γ辐射剂量率的变化关系，覆土压实度与氡扩散系数的变化关系，并最终确定了该废石堆的最佳覆土厚度。本次研究为该地区及相似地区勘探设施退役治理工程提供技术参数支持。
2.试验方案与结果
2.1实验场地
实验场地选在某退役铀矿的废石堆上进行，此废石堆由20世纪七八十年代地质勘探铀矿时从硐探坑里开采出来的铀废矿石堆砌而成，是该地区退役治理勘探设施的典型代表。覆土实验工作区地理位置图如图1所示。本次试验的覆盖治理概念图如图2所示。
2.2土源地选取
覆盖土的性质对覆盖效果有很大影响，覆盖土应结合当地情况选择孔隙率小、氡扩散系数小、氡渗透性能差、有害元素低的土壤，才能达到较好封闭效果和便于植被生长的目的。土源地在选择时，土的性质既要符合实验要求，储量也能够满足实验工作需用量，同时还应具备取土、运输方便和运输距离尽可能短等有利条件，使其性价比最为合理，本次试验的土源地有害元素分析结果见表1，辐射监测指标结果见表2。
（据国土资源部银川矿产资源监督检测中心检测报告）
（据国土资源部银川矿产资源监督检测中心检测报告）
2.3测量仪器与方法
γ辐射剂量率依据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》，所用仪器为FD-3013数字式伽玛测量仪。采用直接测量法进行工作，依次测量各测点，氡析出率采用累积法测定，所用仪器为FD-216环境氡测量仪。此次实验所用设备均已经过检定，在有效期內，经过对实验所用仪器的稳定性及一致性检定，所用仪器各项性能均达标，符合EJ/T 822-94《辐射防护仪器误差规定》，确保了仪器在测量过程中能正常、稳定地工作，保证采集的数据资料准确、可靠，符合要求。
3.实验结果与分析
3.1氡扩散系数与覆土压实度的关系
为了研究覆土压实度和覆土厚度对氡扩散系数的影响，我们可以通过距离覆土层任意两点的表面氡浓度和两点的垂直距离计算氡扩散系数，具体关系如下所示[11]：
本文选取其中三个测点，测量其未覆土表面氡浓度和覆土厚度为15cm的情况下，压实度分别为90%，91%，92%，93%，94%的表面氡浓度，然后计算氡扩散系数。三个测点的覆土压实度与氡扩散系数的关系如图3所示。由图3可知，三组测点的氡扩散系数均随着覆土压实度的增大而降低，这是因为氡在土壤中绝大多数是通过裂隙和孔隙进行迁移[12]，覆土压实度的增大减小了覆土层的孔隙度，孔隙度的变小直接影响废石堆中的氡析出，所以氡扩散系数随着压实度的增大而减小。所以在满足工程应用的情况下，应尽量加大覆土的压实度，减小土壤孔隙度，可以更加有效的防治氡污染。
3.3γ辐射剂量率与覆土厚度的关系
为了研究γ辐射剂量率与覆土厚度的关系，我们测量了相同条件下0cm～90cm覆土厚度每间隔15cm共8个测点的试验数据。覆土厚度与γ辐射剂量率如图6所示。由图6可知，γ辐射剂量率随着覆盖厚度的增大显著减小，当覆土厚度达到45cm时，γ辐射剂量率趋于稳定，之后几乎不随着覆土厚度的增大而变化。所以在实际工程应用当中，想要控制γ辐射剂量率，一味地增加覆土厚度是无效的。
3.4覆土厚度的确定
覆土厚度的确定需综合考虑土壤氡析出率和地表γ射线剂量率限制、土地复垦厚度和治理前侵蚀土层厚度等因素。参照《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》，废（矿）石堆经最终处置后，其表面平均222Rn析出率不超过0.74Bq/（m2·s），根据《铀矿地质辐射环境影响评价要求》的规定，有限制开放的设施，γ辐射剂量率低于本底值+174nGy·h-1，无限制开放的设施γ辐射剂量率是接近本底值。基于上述氡析出率和γ辐射剂量率限制的分析，再考虑治理前侵蚀土层约20cm厚度，合理的覆土厚度范围为25cm～60cm；为了恢复自然地貌，以及减少风蚀和大气降水的淋浸影响，根据《土地复垦技术标准》，为满足植被恢复（草灌型）所需的最小覆土厚度为35cm。因此，推荐覆土厚度为68cm～ 110cm，具体根据铀矿勘探设施退役治理难度和退役后续使用要求选择合理覆土厚度。若仅要求达到有限制开放的设施，则覆土厚度68cm即可，而作为无限制开放的场所则覆盖厚度不小于110cm，且压实度均应大于90%。针对本实验场的退役治理，覆盖厚度应在68cm时，已经满足γ辐射剂量率低于本底值+174nGy·h-1的要求，且表面平均氡析出率不超过0.74Bq/（m2·s）。 4.结论
（1）通过对该地区典型铀矿勘探设施退役覆土实验研究，本实验场地作为有限制开放的场所的最佳覆土厚度为 68cm，而作为无限制开放的场所的最佳覆盖厚度不小于110cm。
（3）本試验综合考虑土壤氡析出率和地表γ射线剂量率限制、土地复垦厚度和治理前侵蚀土层厚度等因素，合理的推荐了铀矿勘探设施退役治理覆土厚度，并定性研究了压实度与氡扩散系数的关系。为该地区及相似地区铀矿勘探设施退役治理工程提供参考。
参考文献：
[1]潘英杰，李玉成，薛建新， et al.我国铀矿冶设施退役治理现状及对策[J].辐射防护， 2009（03）：41-45+72.
[2]徐乐昌，薛建新，高尚雄.铀矿冶设施退役治理中若干问题的探讨[J].辐射防护， 2007（2）：111-118.
[3]贾牧霖，黄伊林，颜琳.广西“十一五”铀矿地质勘探设施退役治理效果及辐射环境状况调查[J].铀矿冶.2018（01）：59-62.
[4]Ujic′？， P ， et al. Standardization and difficulties of the thoron exhalation rate measurements using an accumulation chamber[J]. Radiation Measurements， 2008， 43（8）：1396-1401.
[5]Awhida A ， Ujic P ， Vukanac I ， et al. Novel method of measurement of radon exhalation from building materials[J]. Journal of Environmental Radioactivity， 2016， 164：337-343.
[6]李玉雷，张娟.某退役铀尾矿库滩面覆盖层稳固性分析[J].中国矿业， 2014， 23（S2）：96-98.
[7]谭凯旋，胡寒桥，刘泽华，吕俊文，夏良树.不同覆盖物抑制铀尾矿氡析出的效果[J].矿物学报， 2012， 32（02）：233-237.
[8]马盼军，王哲，易发成，牛韶军，周海田.某铀尾矿库周边土壤中铀元素的空间分布与污染评价[J].原子能科学技术， 2017， 51（05）：956-960.
[9]刘东旭.放射性核素在岩土体中迁移的数值模拟及影响评估研究[D].兰州：兰州大学， 2013.
[10]陈凌，潘自强，刘森林，刘福东.地下煤矿氡水平的影响因素分析[J].中国原子能科学研究院年报， 2006（00）：306-307.
[11]Li Y， Tan W ， Tan K ， et al. The effect of laterite density on radon diffusion behavior[J]. Applied Radiation & Isotopes， 2018， 132：164-169.
[12]Ajayi， K. M.； Shahbazi， K.； Tukkaraja， P.； Katzenstein， K. Estimation of Radon Diffusivity Tensor for Fractured Rocks in Cave Mines Using a Discrete Fracture Network Model. J. Environ. Radioact. 2019. https：//doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.11.003.
关键词：铀；废石堆；覆土；氡析出率；氡扩散系数；γ辐射剂量率
The soil cover test for decommissioning treatment of an uranium geological exploration sites
Wang Wen-bo1，2， Zhang Xiao-wen1， Li Lu-feng2
1. School of Resource & Environment and Safety Engineering， University of South China， Hengyang， Hunan， 421001 2. Geological party No.208， CNNC， Baotou， Inner Mongolia， 014010
Abstract：Before the decommissioning of the geological exploration facilities， the radionuclides have entered the environment through many ways. There are great environmental impacts and personal safety dangers， so it is imperative to do decommissioning treatment. In this paper， taking the waste stone pile left over from the geological exploration of a typical uranium deposit in Northwest China as the research object， using the sandy sub-clay for covering material， the related overlying soil test is carried out. In this study， soil covering experiments were performed， which used the sandy sub-clay to cover the waste stone pile of a typical geological exploration of uranium deposit in Northwest China. The effect of thickness of covering soil on the released rate of radon and dose rate ofγ-radiation was investigated. The effect of compaction with covering soil on the radon diffusion coefficient was explored. The result indicated that the optimum covering soil thickness of the test site as restricted open place was 68 cm in the experiments， and that the optimum covering thickness of the test site as an unrestricted open place was not less than 110 cm in the experiments. The results showed that the dose rate ofγ-radiation decreased sharply with the increase of the soil thickness， which was stable when the thickness of covering soil reached 45 cm. The results showed that the radon diffusion coefficient decreased with increasing of compaction degree. The relationship between the thickness of covering soil and radon exhalation rate is as.
Key words： Uranium； Waste rock pile； Soil cover； Radon exhalation rate； Radon diffusion coefficient；γradiation dose rate
1.前言
在軍工铀矿发展及技术利用的过程中，勘探单位建设了许多用于科研及其他用途的勘探设施，这些设施在满足了国防和国民经济发展需求的同时，也对环境造成了一定的影响。目前，铀矿地质勘探设施退役后，其放射性核素已通过多途径进入环境，对周围环境造成一定影响，存在环境影响隐患和人身安全隐患，因此，铀矿地质勘探设施进行退役治理已势在必行[1-3]。其中退役铀矿中氡析出和γ辐射的防治一直是铀矿山氡污染治理的重点，而氡扩散系数是氡迁移过程中的关键参数，研究氡扩散系数是防氡控氡的核心问题[4-5]。在经过国内外多年研究和治理实践证明，使用土壤原地覆盖是抑制铀矿废石表面氡析出和屏蔽γ辐射最有效的方法，土壤覆盖的压实度会直接影响氡在土壤中的氡扩散系数。因此开展该地区铀矿地质勘探设施的覆土研究是实现该地区退役治理的关键问题。 国内外工程技术人员对铀矿退役治理覆土试验进行了广泛的应用和研究，并取得了一定的研究成果。目前，大部分完成了铀尾矿库滩面的退役治理，采用粘土、沙砾和废石等材料进行了覆盖处理[6]。覆土材料与覆盖厚度直接关系到治理效果[7-8]。滩面覆盖土的含水率也是影响扩散系数及氡析出能力的一个重要权重指标[9]。氡在多孔介质中的运移服从Darcy定律，最近进行的覆土试验也部分考虑了多因素的影响，包括作用面压力梯度和温度波动、氡子体的大气运输、超声波扰动作用、活性炭中瞬时氡的运移及衰减等[10]。但是近年来国内的覆土试验和研究均没有考虑到土壤压实度对氡扩散系数的影响。鉴于此，本文以该地区某典型的铀矿地质勘探遗留的废石堆为研究对象，研究了覆土厚度与氡析出率和γ辐射剂量率的变化关系，覆土压实度与氡扩散系数的变化关系，并最终确定了该废石堆的最佳覆土厚度。本次研究为该地区及相似地区勘探设施退役治理工程提供技术参数支持。
2.试验方案与结果
2.1实验场地
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2.2土源地选取
覆盖土的性质对覆盖效果有很大影响，覆盖土应结合当地情况选择孔隙率小、氡扩散系数小、氡渗透性能差、有害元素低的土壤，才能达到较好封闭效果和便于植被生长的目的。土源地在选择时，土的性质既要符合实验要求，储量也能够满足实验工作需用量，同时还应具备取土、运输方便和运输距离尽可能短等有利条件，使其性价比最为合理，本次试验的土源地有害元素分析结果见表1，辐射监测指标结果见表2。
（据国土资源部银川矿产资源监督检测中心检测报告）
（据国土资源部银川矿产资源监督检测中心检测报告）
2.3测量仪器与方法
γ辐射剂量率依据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》，所用仪器为FD-3013数字式伽玛测量仪。采用直接测量法进行工作，依次测量各测点，氡析出率采用累积法测定，所用仪器为FD-216环境氡测量仪。此次实验所用设备均已经过检定，在有效期內，经过对实验所用仪器的稳定性及一致性检定，所用仪器各项性能均达标，符合EJ/T 822-94《辐射防护仪器误差规定》，确保了仪器在测量过程中能正常、稳定地工作，保证采集的数据资料准确、可靠，符合要求。
3.实验结果与分析
3.1氡扩散系数与覆土压实度的关系
为了研究覆土压实度和覆土厚度对氡扩散系数的影响，我们可以通过距离覆土层任意两点的表面氡浓度和两点的垂直距离计算氡扩散系数，具体关系如下所示[11]：
本文选取其中三个测点，测量其未覆土表面氡浓度和覆土厚度为15cm的情况下，压实度分别为90%，91%，92%，93%，94%的表面氡浓度，然后计算氡扩散系数。三个测点的覆土压实度与氡扩散系数的关系如图3所示。由图3可知，三组测点的氡扩散系数均随着覆土压实度的增大而降低，这是因为氡在土壤中绝大多数是通过裂隙和孔隙进行迁移[12]，覆土压实度的增大减小了覆土层的孔隙度，孔隙度的变小直接影响废石堆中的氡析出，所以氡扩散系数随着压实度的增大而减小。所以在满足工程应用的情况下，应尽量加大覆土的压实度，减小土壤孔隙度，可以更加有效的防治氡污染。
3.3γ辐射剂量率与覆土厚度的关系
为了研究γ辐射剂量率与覆土厚度的关系，我们测量了相同条件下0cm～90cm覆土厚度每间隔15cm共8个测点的试验数据。覆土厚度与γ辐射剂量率如图6所示。由图6可知，γ辐射剂量率随着覆盖厚度的增大显著减小，当覆土厚度达到45cm时，γ辐射剂量率趋于稳定，之后几乎不随着覆土厚度的增大而变化。所以在实际工程应用当中，想要控制γ辐射剂量率，一味地增加覆土厚度是无效的。
3.4覆土厚度的确定
覆土厚度的确定需综合考虑土壤氡析出率和地表γ射线剂量率限制、土地复垦厚度和治理前侵蚀土层厚度等因素。参照《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》，废（矿）石堆经最终处置后，其表面平均222Rn析出率不超过0.74Bq/（m2·s），根据《铀矿地质辐射环境影响评价要求》的规定，有限制开放的设施，γ辐射剂量率低于本底值+174nGy·h-1，无限制开放的设施γ辐射剂量率是接近本底值。基于上述氡析出率和γ辐射剂量率限制的分析，再考虑治理前侵蚀土层约20cm厚度，合理的覆土厚度范围为25cm～60cm；为了恢复自然地貌，以及减少风蚀和大气降水的淋浸影响，根据《土地复垦技术标准》，为满足植被恢复（草灌型）所需的最小覆土厚度为35cm。因此，推荐覆土厚度为68cm～ 110cm，具体根据铀矿勘探设施退役治理难度和退役后续使用要求选择合理覆土厚度。若仅要求达到有限制开放的设施，则覆土厚度68cm即可，而作为无限制开放的场所则覆盖厚度不小于110cm，且压实度均应大于90%。针对本实验场的退役治理，覆盖厚度应在68cm时，已经满足γ辐射剂量率低于本底值+174nGy·h-1的要求，且表面平均氡析出率不超过0.74Bq/（m2·s）。 4.结论
（1）通过对该地区典型铀矿勘探设施退役覆土实验研究，本实验场地作为有限制开放的场所的最佳覆土厚度为 68cm，而作为无限制开放的场所的最佳覆盖厚度不小于110cm。
（3）本試验综合考虑土壤氡析出率和地表γ射线剂量率限制、土地复垦厚度和治理前侵蚀土层厚度等因素，合理的推荐了铀矿勘探设施退役治理覆土厚度，并定性研究了压实度与氡扩散系数的关系。为该地区及相似地区铀矿勘探设施退役治理工程提供参考。
参考文献：
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[10]陈凌，潘自强，刘森林，刘福东.地下煤矿氡水平的影响因素分析[J].中国原子能科学研究院年报， 2006（00）：306-307.
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