宁夏盐池县地区石膏矿放射性环境研究

3 2021年第7期工程前沿
宁夏盐池县地区石膏矿放射性环境研究*
田少冲，魏建成，席建建
宁夏回族自治区核工业地质勘查院，宁夏 银川 750021
摘　要：盐池县石膏矿储量丰富，是宁夏重要的石膏矿产区之一，其石膏产品在全国市场占有一定规模，是重要的石膏生产基地，而盐池县又是重要的铀矿资源成矿区，因此对石膏矿矿区开展放射性研究，是保障该区域石膏矿长期健康发展的重要举措。

基于此，文章针对该县域内7个石膏矿进行了放射性环境现场检测，并评估了各个矿山的辐射环境现状，以供参考。

关键词：盐池县；石膏矿；放射性
中图分类号：P619.26+1文献标志码：A文章编号：2096-2789（2021）07-0003-03
盐池县位于宁夏回族自治区东部，毛乌素沙漠西南缘，非金属矿产资源丰富，其中石膏储量居宁夏第一。

石膏矿开采利用规模大，为盐池县的经济社会发展提供了强有力的支撑，产出的建筑石膏和高强度石膏粉以及模具用石膏粉等在全国市场占有一定规模。

石膏矿主产区处于鄂尔多斯盆地西南缘中段，是我国重要的铀矿资源成矿区[1]，针对该地区石膏矿的放射性开展初步研究，是保障矿山工人、当地居民及产品使用者辐射安全的重要举措，对促进该县经济实现绿色发展具有重要意义。

1 盐池县石膏矿成矿特征
盐池县的石膏矿主要分布在青山乡、麻黄山乡等地，全县石膏矿资源储量达6亿t，占全区石膏资源储量36%以上。

石膏矿主要赋存于第三系渐新统清水营组中，其上为第四系更新统冲基层覆盖，是在水动力、水化学条件稳定，构造活动强度较低、频率较小，内陆湖盆缓慢下沉的条件下形成的。

1.1 矿物成分
根据中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队的调查结果，盐池县域内的石膏矿主要矿物成分为石膏+硬石膏，其次为黏土矿物，以及少量硅质及钙质等，其中硅质分布于大片状石膏表面，钙质则充填于片状集合层石膏的裂隙或孔洞中。

1.2 矿石类型
根据盐池县的石膏矿勘探找矿成果，结合矿物成分及结构构造可知，其石膏矿的主要自然类型分为两类：块状石膏和泥质石膏。

块状石膏的石膏含量一般在80%以上，黏土矿物等杂质较少，偶尔含有少量钙质和硅质成分；泥质石膏的石膏含量一般在55%以上，黏土矿物成团块状或薄层状填充[2]。

2 石膏矿的放射性水平现状
2.1 研究对象
此次研究是对盐池县域内7个石膏矿山企业开展放射性环境现场检测。

这7个石膏矿山企业的生产规模较大，产品应用范围广，涵盖了盐池县石膏矿的主产区，其矿企均在正常生产，方便进行现场研究。

2.2 γ辐射空气吸收剂量率水平
依据前人对盐池县放射性环境本底调查结果，其县域内地表γ辐射空气吸收剂量率本底水平为0.08μGy/h。

矿区内的γ辐射空气吸收剂量率主要来自石膏矿和土壤中的γ核素，在各个石膏矿的生活区、采坑、加工区、料场等不同地方，对地面土壤、石膏矿、废渣等检测对象使用FD-3013H环境监测用γ辐射空气吸收剂量率仪进行测量，测点基本涵盖矿区所有要素，检测结果见表1。

表1 各石膏矿γ辐射剂量率测量结果矿山名称类型测点数
γ辐射空气吸收剂量率/
（μGy·h-1）
最低最高平均宇联石膏矿石膏矿220.040.420.11乾源矿业石膏矿170.050.330.13嘉禾矿业石膏矿160.040.110.07天石矿业石膏矿190.050.140.09银东矿业石膏矿200.040.170.07王记沟石膏矿石膏矿170.040.100.07志刚福利建材厂石膏矿170.040.090.07通过分析检测结果可以看出，有4个矿区内检测到的γ辐射空气吸收剂量率最高超过当地环境本底水平0.05μGy/h 的情况（各矿区检测结果扣除环境本底0.08μGy/h后），这其中宇联石膏矿和乾源矿业，参照《铀矿地质辐射环境影响评价要求》（EJ/T 977—95）中的相关规定，其矿区内也检测到γ辐射空气吸收剂量率扣除本底后也超过0.17μGy/h的情况，超过放射性废物管理标准要求，因此这些矿山属于伴生放射性矿普查详查重点监管对象。

2.3 土壤氡浓度水平
在矿区内选择地表可以打孔的区域，使用专门钢钎打孔，孔深为50～80cm，使用头部有气孔的特制取样器（使用前检查取样器下端壁上的孔，其不能被泥土堵塞）插入孔中，将取样器顶端地表部分用土密封严实，防止抽气时
工程技术研究2021年第7期
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空气进入孔中。

这些测孔要基本涵盖生产区、生活区以及厂区人员活动密集的地方，测点数量依据实际矿区地质状况而定。

经过对这些矿区的现场检测，各石膏矿矿区内土壤氡浓度和空气氡浓度检测结果见表2。

依据《民用建筑工程室内环境污染控制规范（2013版）》（GB 50325—2010），土壤氡浓度达到不同含量时应采取不同的应对措施。

通过检测结果可以看出，有3个矿山矿区范围内检测到的平均土壤氡浓度超过了50000Bq/m 3，属于重点控制区域，在这3个矿区内修建职工住宅等建筑物时，应采取多种防氡措施来保证职工的人身健康；其余4个石膏矿的平均土壤氡浓度均在20000Bq/m 3以下，基本处于安全水平。

2.4 空气氡浓度水平
在矿区内针对矿区地面建筑物室内和室外开放环境分别进行空气氡浓度检测，在检测过程中室内空气氡浓度检测标准要求建筑物密封24h 以上，但是实际工作中，矿区正在正常生产，未能满足室内密闭环境24h 以上的要求。

这些矿区地面建筑物均是简易板房或平房，漏风情况严重，空气对流情况良好，且在检测过程中有频繁的开关门现象，空气流通相对较好，因此室内空气氡浓度与室外开放环境检测的空气氡浓度结果基本无差异。

从测量结果可以看出，空气氡浓度整体处于安全水平，没有异常现象。

2.5 γ辐射致年有效剂量
根据全国环境天然贯穿辐射水平调查研究（1983—1990年），环境外照射电离辐射会影响人体健康，年有效剂量当量（AED）是评价环境放射性核素辐射水平的一个重要指标[3]。

矿山名称测点数
-3-3宇联石膏矿37.1810.928.6611533.8324176.6318391.59乾源矿业5 5.4216.407.541530.705276.403075.70嘉禾矿业5 5.42 5.46 5.456754.2788406.8759891.48天石矿业57.2712.7310.744675.50104291.2055841.38银东矿业6 5.4612.579.0511106.00150255.0056366.44王记沟石膏矿47.2820.0013.014496.538497.876083.79志刚福利建材厂
4
5.47
18.19
10.57
9977.93
22092.73
15729.34
表2 各石膏矿矿区内土壤氡浓度和空气氡浓度检测结果
表
3 人群所受照射剂量当量计算结果 单位：mSv/a
名称备注宇联石膏矿0.060.590.150.050.520.13超过公众约束剂量乾源矿业0.070.460.180.060.400.16超过公众约束剂量
嘉禾矿业0.060.150.100.050.130.09天石矿业0.070.200.120.060.170.11银东矿业0.060.240.100.050.210.09王记沟石膏矿0.060.140.100.050.120.09志刚福利建材厂0.06
0.13
0.09
0.05
0.11
0.08
公众约束剂量
0.3
依据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》（GB/T 14583—93），通过环境地表γ辐射剂量率可以估算得到环境放射性辐射水平对当地居民产生的年有效剂量当量值，其计算公式如下：
H e =D γ×K ×t ×10-6 （1）式中：H e 为有效剂量当量，mSv；D γ为环境地表γ辐射剂量率，nGy/h；K 为有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值，标准中采用0.7Sv/Gy；t 为人员在环境中的停留时间，h。

此次研究中，外照射主要考虑矿山导致的γ辐射，其职业照射剂量当量限值为20mSv/a，采用国际推荐年工时数（2000h/a），公众照射为1mSv/a，公众照射采用年照射时数8760h，取室外居留因子0.2，人群所受照射剂量当量计算结果见表3。

《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871—2002）规定，公众中有关关键人群组的成员所受到的平均剂量估计值不应超过1mSv/a，其剂量约束值应在公众照射剂量限值的10%～30%（即0.1～0.3mSv/a）范围。

就此次研究检测结果而言，这7个矿山内工作人员的γ辐射致年有效剂量均未超过职业照射剂量，而针对公众的γ辐射致年有效剂量有2个矿山（乾源矿业和宇联石膏矿）超过了公众约束剂量上限0.3mSv/a，这表明在这两个矿区仍存在一定的辐射危害风险[4]。

3 结论
通过对盐池县7个石膏矿的放射性水平（下转第11页）
11 2021年第7期工程前沿
出现快速上升趋势，约在0.1ms时结构动能出现峰值，达到最大值，大约为1.1MJ，说明受冲击过程中在后期覆盖层结构主要起到能量黏性耗散作用。

由于覆盖层的材料为超弹性的橡胶，其可压缩性较小，使得应力波在覆盖层结构中的传播受到一定的影响。

对比有无空腔覆盖层的抗冲作用发现，冲击荷载能量一部分被覆盖层结构的空腔变形势能所储存起来，同时也有一部分以热能的形式被耗散掉，从而有效提高了结构的抗冲击性能。

（a）有无空腔覆盖层结构动能随时间变化曲线图
（b）有无空腔覆盖层结构内能随时间变化曲线图
图5 覆盖层结构内能随时间变化曲线3 结论
文章基于阻抗失配机制，以波动理论为基础，分别选取实心和空心覆盖层在受到相同冲击波荷载时，利用数值仿真方法对一维应力波在结构与覆盖层中的传递特性进行了深入研究，该研究结果对指导航空器结构的抗冲击设计具有重要的参考意义。

通过对比分析得出了以下结论：（1）覆盖层介质与空腔存在阻抗失配条件，且在空腔边界处存在波形转换特性，这将会使应力波在结构中的传播受到较大的影响，成为影响结构中应力分布不均的主要原因。

（2）通过数值分析后处理云图可以发现，有空腔结构覆盖层结构整体的动能和内能比没有空腔结构的数值大。

冲击波荷载能量一部分转化为覆盖层结构的空腔变形势能储存起来，同时也有一部分以热能的形式被耗散掉，起到了非常好的吸能抗冲击作用，提高了结构的抗冲击性能。

参考文献：
[1] 汪玉,华宏星,谌勇,等.舰艇抗冲瓦整体冲击隔离新概念及
其机理研究[J].科技导报,2009,27(3):19-24.
[2] 黄修长,冯国平,张志谊,等.周期结构机械滤波器对浮筏
隔振系统传递特性的影响[J].噪声与振动控制,2010,30(2): 9-12.
[3] 刘中,祝文英,商卫纯,等.基于阻抗失配原理的新型轨交减
振扣件研制[J].噪声与振动控制,2018,38(2):212-214.
[4] 任少飞,宋莹,崔杰.基于阻抗失配原理的潜艇隔振基座结构
设计[J].船舶,2011,22(5):36-40.
[5] 罗泽立.带声学覆盖层结构在水下冲击波作用下动响应的流
固耦合分析方法[D].北京:中国舰船研究院,2015.
作者简介：江坤，男，硕士，工程师，研究方向为冲击动力学、流固耦合、飞机发动机健康管理。

（上接第4页）的研究发现，乾源矿业和宇联石膏矿矿区内生产区及产生的废渣的γ辐射空气吸收剂量率超过了国家管理限值，属于国家伴生放射性矿相差范畴，致年有效剂量也超过了公众约束剂量上限，需要引起重视，存在一定的辐射危害风险，其余各石膏矿矿区环境及产品、废渣等的γ辐射空气吸收剂量率均与当地环境本底相当。

天石矿业、银东矿业和嘉禾矿业矿区内检测的土壤氡浓度有多个测点超过了50000Bq/m3，需要在矿区内修建建筑物时应采取综合防氡措施来保障工人的人身健康。

参考文献：
[1] 朱鹏飞,蔡煜琦,郭庆银,等.中国有矿资源成矿地质特征与
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[2] 黄令,杨正稳.河南省嵩县八道沟萤石矿成矿地质特征及矿
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[3] 张琮.牦牛坪稀土矿区放射性环境安全评价[D].成都:成都
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[4] 刘明,季成富,赵福祥,等.关于伴生放射性矿物辐射卫生审
管限值内的探讨[J].中国辐射卫生,2002(2):75-77.
*基金项目：宁夏回族自治区重点研发计划“宁夏典型矿山放射性环境调查与防治技术研究”（2019BDE03018）
作者简介：田少冲，男，硕士，工程师，研究方向为环境地质、工程地质。

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