李娜娜

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2. 中國(guó)國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)高放廢物地質(zhì)處置創(chuàng)新中心，北京 100029）

鈾礦的開采必將產(chǎn)生大量的廢石，這些廢石大多在礦山中隨意堆放，形成各種各樣的廢石堆，它們或依山堆放或平地堆放［1］。鈾礦山廢石堆具有放射性核素含量高，含鈾及鈾系全部衰變子體，半衰期相當(dāng)長(zhǎng)，廢石數(shù)量大等特點(diǎn)，如處置不當(dāng)，可能對(duì)公眾造成一定的附加劑量［2-3］，對(duì)環(huán)境與人群構(gòu)成顯見或潛在的危害。鈾廢石堆的主要危害源自于氡氣的析出、放射性粉塵、廢石堆浸出液以及伽馬輻射四個(gè)方面［4-5］。目前，土壤覆蓋是抑制廢石堆氡析出率最有效的方法之一［6-7］，國(guó)內(nèi)目前使用的覆蓋材料大多都是原始土壤（黃土、紅土等）［8-10］，但其用土量多、工程量大、花費(fèi)大，對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來一定的影響，如大量挖取土壤會(huì)造成水土流失。且有些鈾礦山的廢石堆堆積在深山峽谷之中，導(dǎo)致了在覆土材料運(yùn)輸和機(jī)械壓實(shí)施工時(shí)都面臨許多挑戰(zhàn)和困難。針對(duì)該種情況，提出一種既能保持降氡效果的長(zhǎng)期有效性，又能同時(shí)滿足治理要求、用材少和施工難度低的覆土方案就顯得尤為必要。

膨潤(rùn)土具有低透水性、良好的膨脹性和吸附性、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性、耐輻射性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)［11］。其中，低透水性，可阻止降水入滲導(dǎo)致地下水污染；良好的膨脹性使得膨潤(rùn)土吸水后膨脹，可降低介質(zhì)的孔隙度，進(jìn)而兼?zhèn)淞己玫拿荛]性。因此，對(duì)于機(jī)械設(shè)備難以達(dá)到的廢石堆，人工壓實(shí)無法達(dá)到理論壓實(shí)度時(shí)，利用膨潤(rùn)土的自封閉特性，便易于達(dá)到退役治理效果。同樣的覆蓋條件下，對(duì)于氡析出率的抑制效果遠(yuǎn)高于普通黏性土，可有效地提高退役治理效果。膨潤(rùn)土作為覆土材料，在明顯減少原材料使用量的條件下，就可達(dá)到與普通土壤同樣的治理效果，進(jìn)而節(jié)約治理成本。此外，覆土的長(zhǎng)期穩(wěn)定性必須靠覆土的植被綠化來實(shí)現(xiàn)［12］。而膨潤(rùn)土不利于植被的生長(zhǎng)。因此，為了后期植被恢復(fù)，覆蓋層頂部需要覆蓋一定厚度的黃土層。相關(guān)研究表明：多層覆土方案既能有效降低廢石堆表面氡析出率，又能很好地減少工程量和投資［13］?；诖耍疚牟捎门驖?rùn)土和黃土作為覆土材料，研究不同覆蓋厚度和壓實(shí)度對(duì)氡析出率和伽馬輻射劑量率屏蔽效果，揭示覆土厚度、壓實(shí)度與氡析出率和伽馬輻射劑量率之間的關(guān)系，提出可應(yīng)用于工程實(shí)際的覆土技術(shù)方案，有效降低廢石堆的氡析出率和伽馬輻射劑量率，為鈾礦山退役治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 覆土實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)域概況

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地選取江西省某關(guān)停鈾礦山待治理廢石堆。該區(qū)氣候溫暖潮濕、雨量充沛，無霜期長(zhǎng)，具有山地氣候特征。礦區(qū)地形復(fù)雜、山谷風(fēng)明顯，全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂掀黠L(fēng)，年平均風(fēng)速1.2 m·s-1。區(qū)域地勢(shì)陡峻，溝谷切割劇烈，以山地丘陵為主。植被發(fā)育、樹木成林，主要為針、闊葉混交林以及部分草本植被和疏林草。地表水系多為間隙性水系，沒有較大地表水體，僅有V 字形的溪谷。該礦區(qū)外排廢水受納水體為1 條小溪，溪水最大流量0.083 m3·s-1、最小流量0.014 m3·s-1，溪流自南向北流經(jīng)礦區(qū)。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 治理目標(biāo)

覆土后治理目標(biāo)（管理限值）如下：1）地表222Rn 析出率：廢石堆經(jīng)退役治理與環(huán)境整治后，所有場(chǎng)址表面氡析出率不大于0.74 Bq·m-2·s-1［14］；2）伽馬輻射劑量率：有效屏蔽伽馬射線，使得伽馬輻射劑量低于當(dāng)?shù)乇镜?20×10-8Gy·h-1。

2.2 覆土方案

選取膨潤(rùn)土和黃土作為覆蓋材料，覆土方案見表1，開展不同覆蓋厚度和壓實(shí)密度的覆土試驗(yàn)。黃土采自礦區(qū)附近土源地，其氡析出率介于0.01～0.29 Bq·m-2·s-1之間，伽馬輻射劑量率介于21.7×10-8～25.4×10-8Gy·h-1之間。覆土所用膨潤(rùn)土為鈣基膨潤(rùn)土，其氡析出率介于0.02～0.12 Bq·m-2·s-1之間，伽馬輻射劑量率介于24.6×10-8～29.3×10-8Gy·h-1之間。氡析出率和伽馬輻射劑量率的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則按照實(shí)驗(yàn)方案以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行。最終得到降低氡析出率、屏蔽伽馬射線的優(yōu)選覆土方案。

表1 覆土方案Table 1 Covering scheme

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

1）在廢石堆上平整出9 塊大小為10 m×10 m［15］的試驗(yàn)場(chǎng)地。為了便于對(duì)比，平整出來的場(chǎng)地中心的氡析出率要接近。然后裸露一段時(shí)間，使試驗(yàn)場(chǎng)地氡析出率達(dá)到穩(wěn)定。

2）按圖1 進(jìn)行布點(diǎn)，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求［16-18］，測(cè)量上述每塊試驗(yàn)場(chǎng)地中心的氡析出率和伽馬輻射劑量率。測(cè)量時(shí)間為每天的早上9 點(diǎn)和下午3 點(diǎn)各測(cè)量1 次，同時(shí)記錄氣溫、地溫、相對(duì)濕度和氣壓等氣象參數(shù)。此后，測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量時(shí)間保持不變，連續(xù)測(cè)量一周。

圖1 試驗(yàn)場(chǎng)地監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of monitoring points on the test site

3）在整個(gè)試驗(yàn)過程中選取了膨潤(rùn)土和黃土作為覆蓋材料，其中膨潤(rùn)土的覆蓋密度是1.86 g·cm-3，黃土的覆蓋密度是1.41 g·cm-3。按試驗(yàn)方案中的第1 次覆土的覆蓋厚度進(jìn)行覆蓋并按要求分層夯實(shí)到指定壓實(shí)度，停留一周，待氡達(dá)到放射性平衡且擴(kuò)散穩(wěn)定后，依照步驟2中的布點(diǎn)和頻次測(cè)量表面氡析出率和伽馬輻射劑量率。直至氡析出率穩(wěn)定后（約5～6 d）結(jié)束測(cè)量。

4）按照表1 中的方案，進(jìn)行第2 次覆土，重復(fù)步驟3 的測(cè)量工作。

2.4 測(cè)量?jī)x器

實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器見表2。

表2 監(jiān)測(cè)儀器及性能Table 2 Measuring instruments and their performance

3 結(jié)果與分析

按照覆土方案和實(shí)驗(yàn)步驟，開展多層覆土試驗(yàn)，結(jié)果與分析如下。

3.1 不同方案下氡析出率和伽馬輻射劑量率變化過程及分析

3.1.1 覆土方案A 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

覆土方案A，即第1 層覆蓋4 cm 厚膨潤(rùn)土+13 cm 黃土，第2 層覆蓋18 cm 黃土，并按照不同的壓實(shí)度進(jìn)行壓實(shí)。覆土后廢石堆表面伽馬輻射劑量率和氡析出率測(cè)定結(jié)果見圖2 和3。結(jié)果顯示：第1 層覆土后第3 天氡析出率和伽馬輻射劑量率達(dá)到穩(wěn)定，且廢石堆表面的伽馬輻射劑量率有了顯著降低。壓實(shí)度為90 %時(shí)，伽馬輻射劑量率最低，壓實(shí)度為50 %時(shí)次之，壓實(shí)度為10 %時(shí)最高，在此基礎(chǔ)上加蓋18 cm 厚黃土后，伽馬輻射劑量率有了進(jìn)一步降低，且與壓實(shí)度關(guān)系不大，3 種壓實(shí)度條件下伽馬輻射劑量率均能由68×10-8左右降至20.0×10-8Gy·h-1左右，達(dá)到治理要求。同時(shí)廢石堆表面的氡析出率也有了顯著降低，第1次覆土（覆蓋4 cm 膨潤(rùn)土+13 cm 黃土）后壓實(shí)度為10 %、50 %和90 %時(shí)，氡析出率分別降到0.352 1、0.002 8 和0.018 3 Bq·m-2·s-1，第2 次覆土（18 cm 黃土）后氡析出率分別降到了0.034 6、0.001 5 和0.007 1 Bq·m-2·s-1。達(dá)到了覆土后222Rn 析出率不大于0.74 Bq·m-2·s-1的治理標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 方案A 不同壓實(shí)度條件下伽馬輻射劑量率變化情況Fig. 2 Changes of gamma radiation dose rate under different compactness in scheme A

圖3 方案A 不同壓實(shí)度條件下氡析出率變化情況Fig. 3 Changes of radon exhalation rate under different compactness in scheme A

值得注意的是：降氡效果最好的是壓實(shí)度為50 %的覆土方案，90 %的次之，10 %的最小，這可能由于是壓實(shí)度為90 %的覆土方案下，覆土用量大所致氡析出率升高。因?yàn)楦采w的膨潤(rùn)土和黃土，尤其是黃土本身含有一定的氡，與廢石堆疊加后導(dǎo)致氡析出率升高。

3.1.2 覆土方案B 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照覆土方案B，在廢石堆上按照先覆6 cm厚膨潤(rùn)土+11 cm 厚黃土，按照不同壓實(shí)度進(jìn)行壓實(shí)后測(cè)試6 d，然后再加覆18 cm 厚黃土，再監(jiān)測(cè)5～6 d。廢石堆表面伽馬輻射劑量率和氡析出率結(jié)果見圖4 和5。結(jié)果顯示：廢石堆表面的伽馬輻射劑量率有了顯著降低，3 種壓實(shí)度下伽馬輻射劑量率均降至25.0×10-8Gy·h-1左右，且壓實(shí)度為90 %時(shí)，伽馬輻射劑量率最低，壓實(shí)度為50 %時(shí)次之，壓實(shí)度為10 %時(shí)最高。在此基礎(chǔ)上加蓋18 cm 厚黃土后，壓實(shí)度為90 %時(shí)第2 次覆土后伽馬輻射劑量率與第1 次覆土后相比，變化不大，而壓實(shí)度為10 %和50 %時(shí)伽馬輻射劑量率則有了進(jìn)一步降低，降至19.0×10-8Gy·h-1左右。同時(shí)廢石堆表面的氡析出率也有了顯著降低，第1 次覆土（覆蓋6 cm 膨潤(rùn)土+11cm 黃土）后壓實(shí)度為10 %、50 %和90 %時(shí)氡析出率的平均值分別降到0.426 7、0.303 3 和0.300 0 Bq·m-2·s-1，第2 次覆土（18 cm 黃土）后壓實(shí)度為50 %的試驗(yàn)場(chǎng)地氡析出率分別降低至0.001 9 Bq·m-2·s-1，壓實(shí)度為10 %時(shí)場(chǎng)地略高，為0.238 5 Bq·m-2·s-1，壓實(shí)度為90 %時(shí)場(chǎng)地氡析出率值和第1 次覆土后相比變化不大。各覆土方案均達(dá)到了222Rn 析出率不大于0.74 Bq·m-2·s-1的治理標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 方案B 不同壓實(shí)度條件下伽馬輻射劑量率變化情況Fig. 4 Changes of gamma radiation dose rate under different compactness in scheme B

圖5 方案B 不同壓實(shí)度條件下氡析出率變化情況Fig.5 Changes of radon exhalation rate under different compactness in scheme B

覆土方案B 與覆土方案A 的規(guī)律相似，也是壓實(shí)度為50 %時(shí)，降氡效果最佳。

3.1.3 覆土方案C 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照覆土方案C，在廢石堆上按照先覆10 cm厚膨潤(rùn)土+7 cm 厚黃土，按照不同壓實(shí)度進(jìn)行壓實(shí)后測(cè)試6 d，然后再加覆18 cm 厚黃土，再監(jiān)測(cè)5～6 d。廢石堆表面伽馬輻射劑量率和氡析出率測(cè)量結(jié)果見圖6 和7。

圖6 覆土方案C 不同壓實(shí)度條件下伽馬輻射劑量率變化情況Fig. 6 Changes of gamma radiation dose rate under different compactness in scheme C

圖7 覆土方案C 不同壓實(shí)度條件下氡析出率變化情況Fig.7 Changes of radon exhalation rate under different compactness in scheme C

結(jié)果顯示：第1 次覆土后廢石堆表面的伽馬輻射劑量率有了顯著降低，且壓實(shí)度為10 %和50 %時(shí)，伽馬輻射劑量率最低，分別約為24.0×10-8和25.4×10-8Gy·h-1，壓實(shí)度為90 %時(shí)最高，約為29.0×10-8Gy·h-1左右。在此基礎(chǔ)上加蓋18 cm 厚黃土后，伽馬輻射劑量率有了進(jìn)一步降低，覆土壓實(shí)度為10 %、50 %和90 %時(shí)伽馬輻射劑量率分別為19.0×10-8、20.0×10-8和25.7×10-8Gy·h-1。同時(shí)廢石堆表面的氡析出率也有了顯著降低，第1 次覆土（覆蓋10 cm 膨潤(rùn)土+7 cm 黃土）后壓實(shí)度為10 %、50 %和90 %時(shí)氡析出率最終分別降到0.028 4、0.0243 和0.003 9 Bq·m-2·s-1，壓實(shí)度為50 %時(shí)降氡效果最佳；第2次覆土（18 cm黃土）后壓實(shí)度為10 %和50 %的試驗(yàn)場(chǎng)地氡析出率有了進(jìn)一步降低，分別降低至0.010 0 和0.003 5 Bq·m-·2s-1，壓實(shí)度為90 %的場(chǎng)地氡析出率值和第1 次覆土后相比反而有所升高，但依然低于222Rn析出率不大于0.74 Bq·m-2·s-1的治理標(biāo)準(zhǔn)。該覆土方案下，壓實(shí)度為50 %時(shí)，降氡效果最佳。

3.1.4 三種覆土方案對(duì)比分析

3 種覆土方案下，第1 次覆土后伽馬輻射劑量率和氡析出率均能達(dá)到治理目標(biāo)。在各方案中，第1 次覆土厚度均為17 cm，說明膨潤(rùn)土能有效降低廢石堆表面的氡析出率和輻射水平。證明膨潤(rùn)土作為鈾礦山廢石堆礦覆土材料理論上是可行的。在工程實(shí)際中采用膨潤(rùn)土作為首層覆土材料，將大大減少覆土厚度，可有效降低治理成本。第2 次覆土對(duì)伽馬輻射劑量率有顯著的降低作用，而對(duì)氡析出率影響不大，甚至某些情況下（壓實(shí)度為90 %覆土方案）加蓋黃土后，氡析出率反而有了升高，這可能是由于覆蓋所用的黃土本身具有一定的放射性，且壓實(shí)度為90 %時(shí)覆蓋用土量要大于另外兩種壓實(shí)度所致。

對(duì)比相同壓實(shí)度下不同覆土方案治理效果：覆土壓實(shí)度為90 %情況下，各種覆土方案均能達(dá)到治理效果。對(duì)于屏蔽伽馬射線的效果而言，采用多層覆蓋體系（即膨潤(rùn)土+黃土）要優(yōu)于單層覆蓋方案（只覆蓋膨潤(rùn)土或者只覆蓋黃土），而對(duì)于降氡效果而言，多層覆蓋和單層覆蓋膨潤(rùn)土的效果要優(yōu)于單層覆蓋黃土。覆土壓實(shí)度為50 %和10 %的情況下，不同覆土方案屏蔽伽馬射線和降氡效果差別不大，說明壓實(shí)度對(duì)治理效果的影響比覆土厚度的影響要大，也就是說壓實(shí)度起到?jīng)Q定性的作用。

3.2 覆蓋厚度與氡析出率的關(guān)系

為了便于分析不同覆土厚度對(duì)氡析出率的影響，取同一厚度氡的平均析出率作為該厚度氡的析出率，利用單層覆蓋體系的覆蓋計(jì)算式（公式（1））［4］，得到膨潤(rùn)土和黃土不同覆蓋厚度和氡析出率的關(guān)系。

式（1）中：Xc—覆蓋厚度，cm；Jt—覆土前廢石堆表面的氡析出率，Bq·cm-2·s-1；Jc—覆土后廢石堆表面的氡析出率，Bq·cm-2·s-1；B—覆蓋材料的擴(kuò)散長(zhǎng)度，cm；A—被覆蓋材料的擴(kuò)散長(zhǎng)度單位，cm。

3.2.1 膨潤(rùn)土覆蓋厚度與氡析出率的關(guān)系

膨潤(rùn)土不同覆蓋厚度與氡析出率的關(guān)系見表3，結(jié)果可知，覆蓋膨潤(rùn)土后，廢石堆表面氡析出率隨著膨潤(rùn)土的覆蓋厚度增加而減小，當(dāng)覆蓋厚度增加到10 cm 厚度后，氡析出率數(shù)值基本與覆蓋材料的本底值相當(dāng)。

表3 膨潤(rùn)土為覆土材料下覆蓋厚度和氡析出率的關(guān)系Table 3 Relationship between cover thickness and radon exhalation using bentonite as covering soil

利用單層覆蓋體系的覆蓋計(jì)算式（式（1））經(jīng)過線性擬合可以得到不同壓實(shí)度下氡析出率與膨潤(rùn)土厚度的擬合公式。

壓實(shí)度為10 %時(shí)，

式（2）中：R2=0.979 0， 置信區(qū)間在95 %以上，根據(jù)擬合函數(shù)可得參數(shù)A=0.592 6，參數(shù)B=3.092 9。膨潤(rùn)土壓實(shí)度為10 %時(shí)的覆蓋曲線擬合圖，見圖8。

圖8 壓實(shí)度為10 %的膨潤(rùn)土的覆蓋試驗(yàn)擬合曲線Fig. 8 The fitting curve of bentonite cover test under 10 % degree of compaction

壓實(shí)度為50 %時(shí)，

式（3）中R2=0.993 2， 置信區(qū)間在95 %以上，根據(jù)擬合函數(shù)可得參數(shù)A=-0.271 5，參數(shù)B=2.885。膨潤(rùn)土壓實(shí)度為50 %時(shí)的覆蓋曲線擬合圖，見圖9。

圖9 壓實(shí)度為50 %的膨潤(rùn)土的覆蓋試驗(yàn)擬合曲線Fig. 9 The fitting curve of bentonite cover test under 50 % degree of compaction

壓實(shí)度為90 %時(shí)，

式（4）中：R2=0.991 8，置信區(qū)間在95 %以上，根據(jù)擬合函數(shù)可得參數(shù)A=0，參數(shù)B=4.188 5。膨潤(rùn)土壓實(shí)度為90 %時(shí)的覆蓋曲線擬合圖，見圖10。

圖10 壓實(shí)度為90 %的膨潤(rùn)土的覆蓋試驗(yàn)擬合曲線Fig. 10 The fitting curve of bentonite cover test under 90 % degree of compaction

對(duì)于覆蓋材料降低氡析出率的效果可以用降低系數(shù)來表示［19］：

式（5）中 ：Jt、Jc分別為覆蓋前后氡的析出率，Bq·m-2·s-1。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到上層覆蓋材料膨潤(rùn)土的降氡系數(shù)見表6。結(jié)果表明：在相同厚度下，膨潤(rùn)土不同壓實(shí)度下氡的降低系數(shù)不同。相同壓實(shí)度條件下，覆蓋材料的厚度越大，降氡系數(shù)越大。降氡系數(shù)越大表明降氡效果越好，相同覆土厚度下，壓實(shí)度為50 %時(shí)的降氡效果最好。

表6 膨潤(rùn)土不同壓實(shí)度下的降氡系數(shù)Table 6 The radon reduction coefficient of bentonite under different compactions

3.2.2 黃土覆蓋厚度與氡析出率的關(guān)系

為分析不同覆土厚度對(duì)氡析出率的影響，取同一厚度氡的平均析出率作為該厚度氡的析出率，得到上層覆土材料黃土不同覆蓋厚度和氡析出率的關(guān)系，見表7。結(jié)果可知，覆蓋黃土后，廢石堆表面氡析出率隨著黃土的覆蓋厚度增加而減小。由于下層膨潤(rùn)土的覆蓋已經(jīng)大大降低了廢石堆表面的氡析出率，有的甚至達(dá)到了覆土材料的本底值水平。

表7 黃土不同覆蓋厚度和氡析出率的關(guān)系Table 7 Relationship between cover thickness and radon exhalation rate using loess as covering soil

利用單層覆蓋體系的覆蓋計(jì)算式經(jīng)過線性擬合可以得到不同壓實(shí)度下氡析出率與黃土厚度的擬合公式。

壓實(shí)度為10 %時(shí)，

式（6）中：R2=0.980 7，置信區(qū)間在95 %以上，根據(jù)擬合函數(shù)可得參數(shù)A=1.089 5，參數(shù)B=12.325 0。壓實(shí)度為10 %時(shí)，黃土的覆蓋曲線擬合圖，見圖11。

圖11 壓實(shí)度為10 %的黃土的覆蓋試驗(yàn)擬合曲線Fig. 11 The fitting curve of loess cover test under 10 % degree of compaction

壓實(shí)度為50 %時(shí)，

式（7）中：R2=0.975 5，置信區(qū)間在95 %以上，根據(jù)擬合函數(shù)可得參數(shù)A=0.921，參數(shù)B=9.345 6。壓實(shí)度為50 %時(shí)，黃土的覆蓋曲線擬合圖，見圖12。

圖12 壓實(shí)度為50 %時(shí)黃土的覆蓋試驗(yàn)擬合曲線Fig. 12 The fitting curve of loess cover test under 50 % degree of compaction

壓實(shí)度為90 %時(shí)，

式（8）中：R2=0.987 8，置信區(qū)間在95 %以上，根據(jù)擬合函數(shù)可得參數(shù)A=0.223 5，參數(shù)B=7.573 9。壓實(shí)度為90 %時(shí)，黃土的覆蓋曲線擬合圖，見圖13。

圖13 壓實(shí)度為90 %時(shí)黃土的覆蓋試驗(yàn)擬合曲線Fig. 13 The fitting curve of loess cover test under 90 % degree of compaction

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到黃土作為上層覆蓋材料的降氡效果，見表8。結(jié)果表明：在相同覆蓋厚度下，黃土不同壓實(shí)度下氡的降低系數(shù)不同。相同壓實(shí)度條件下，覆蓋材料的厚度越大，降氡系數(shù)越大。降氡系數(shù)越大表明降氡效果越好，在相同覆土厚度下，黃土壓實(shí)度為90 %時(shí)的降氡效果最好。

表8 黃土作為上層覆土材料不同壓實(shí)度下的降氡系數(shù)Table 8 The radon reduction coefficient of loess as upper covering material under different compactions

3.3 廢石堆治理方案優(yōu)選級(jí)理論模型

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及結(jié)果分析，最終得出適用于研究區(qū)域廢石堆表面抑制氡析出率的覆蓋方案，即首層覆蓋10 cm 膨潤(rùn)土（壓實(shí)度為50 %），中間覆蓋7 cm 黃土（壓實(shí)度為50 %），上層覆蓋18 cm 的黃土（壓實(shí)度為90 %），即可達(dá)到抑制氡析出率和屏蔽伽馬射線的最佳治理效果。該種覆土方案的覆蓋模型為：

第1 層覆蓋膨潤(rùn)土（壓實(shí)度為50 %）Xc1

中間覆蓋黃土（壓實(shí)度為50 %）Xc2

上層覆蓋黃土Xc3（壓實(shí)度為90 %）

4 結(jié) 論

1）不同的覆土方案均能顯著降低伽馬輻射劑量率和氡析出率，伽馬輻射劑量率為25.0×10-8Gy·h-1左右，氡析出率平均為0.17 Bq·m-2·s-1，低于0.74 Bq·m-2·s-1的管理限值，伽馬輻射劑量率和氡析出率達(dá)到了治理目標(biāo)。

2）3 種覆土方案中不同壓實(shí)度條件下，壓實(shí)度為50 %的降氡效果最佳，這一結(jié)論經(jīng)工程實(shí)際驗(yàn)證后，有望降低鈾礦山廢石堆退役治理的成本。

3）相同壓實(shí)度下，方案C（（10 cm 膨潤(rùn)土+7 cm 黃土）+18 cm 黃土）的治理效果最佳，方案B（（6 cm 膨潤(rùn)土+11 cm 黃土）+18 cm 黃土）次之，方案A（（4 cm 膨潤(rùn)土+13 cm 黃土）+18 cm黃土）最低。

4）從膨潤(rùn)土和黃土的降氡系數(shù)可以得出，相同厚度相同壓實(shí)度下，膨潤(rùn)土的降氡效果要高于黃土。

5）單獨(dú)采用膨潤(rùn)土作為覆土材料存在易被暴雨沖刷、后期植被存活率低等問題，基于此，采用下層膨潤(rùn)土覆蓋，上層黃土覆蓋的技術(shù)方法，并提出了適用于研究區(qū)域廢石堆表面抑制氡析出率的多層覆蓋理論模型。該方法在理論上可行，可降低覆土厚度，節(jié)約治理成本，其在工程實(shí)際中的應(yīng)用尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。