湖南某礦產(chǎn)地質(zhì)勘查設(shè)施退役治理

劉 昕

（長沙核工業(yè)工程勘察院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 前言

1.1 工程概況

在以前軍工礦產(chǎn)地質(zhì)勘探期間，湖南地區(qū)核工業(yè)地質(zhì)局所屬地質(zhì)隊(duì)伍按照統(tǒng)一規(guī)劃，按各自劃定區(qū)域進(jìn)行礦產(chǎn)地質(zhì)勘探和科研工作。地質(zhì)勘查工作取得了很多成果，并極大的促進(jìn)了我國核工業(yè)事業(yè)的發(fā)展。但由于特殊歷史時(shí)期認(rèn)識(shí)不到位，地質(zhì)勘查時(shí)未及時(shí)采取措施，勘查設(shè)施退役后重視程度不夠，大量渣石堆和坑口、淺井遺留現(xiàn)場[1]。從目前情況看，這些未處理的渣石堆和廢棄坑口、淺井給周圍群眾的生成生活和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來一定的影響，現(xiàn)階段對(duì)這些隱患點(diǎn)進(jìn)行安全、妥善的處理，是應(yīng)該和必要的。

1.2 退役整治工程性質(zhì)及原因

1.2.1 工程性質(zhì)

在正常生產(chǎn)期間，本礦區(qū)的礦產(chǎn)資源是為軍工核設(shè)施提供核燃料而進(jìn)行資源勘探作業(yè)，其作業(yè)方式為開放型生產(chǎn)操作。停閉后的退役整治階段，屬于礦產(chǎn)勘探任務(wù)完全終結(jié)后的永久終止性善后治理，包括部分遺漏設(shè)施處置、廢物處理和環(huán)境整治工程，屬于放射性防護(hù)體系中補(bǔ)救行動(dòng)性質(zhì)[2]。

1.2.2 整治原因

各礦（床）點(diǎn)均為已提交了儲(chǔ)量報(bào)告且勘探工作完全終結(jié)的項(xiàng)目，均屬未列入開發(fā)規(guī)劃或無開采價(jià)值的礦（床）點(diǎn)，這些礦（床）點(diǎn)基本是1986年國家政策性調(diào)整以后，停止繼續(xù)勘探而遺留的待治理項(xiàng)目,這些待治理項(xiàng)目存在著不容忽視的環(huán)境問題，必須盡快實(shí)施退役治理。

1.3 退役治理的必要性

隨著勘探既定任務(wù)完成，相應(yīng)設(shè)施退役，遺留的大部分坑口有氡氣外逸，少數(shù)坑口有廢水流出，這些勘探遺留設(shè)施成為當(dāng)?shù)氐奈廴驹碵3]。另外勘探遺留的廢石堆、剝土等廢物，表面222Rn析出率多超過我國《鈾礦冶設(shè)施退役環(huán)境管理技術(shù)規(guī)定》確定的管理限值0.74Bq/(m2·s)，γ輻射劑量率也大部分超過勘探區(qū)本底水平數(shù)倍。

1.4 退役治理的目的和任務(wù)

1.4.1 目的

本期退役整治的最終目的是通過補(bǔ)救措施，極大減少各類有害物流出，保護(hù)公眾健康。同時(shí)通過本工程，可以改善項(xiàng)目地環(huán)境質(zhì)量，杜絕地質(zhì)安全隱患，還當(dāng)?shù)睾椭C生態(tài)和優(yōu)美環(huán)境，從而維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和人心安定。

1.4.2 任務(wù)

總體任務(wù)為采取治理措施，使公眾的輻射劑量低于國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定的管理限值；通過治理，退役設(shè)施達(dá)到國家環(huán)保有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，公眾能安居樂業(yè)；采取相應(yīng)環(huán)保水保措施后，治理范圍內(nèi)生態(tài)環(huán)境得以基本恢復(fù)并能長期保持。

2 退役治理方案

2.1 覆土厚度確定關(guān)鍵

（1）從工程經(jīng)濟(jì)性、輻射防護(hù)要求和本地植被適應(yīng)性的角度，覆蓋材料優(yōu)先選用項(xiàng)目所在地粘土，通過覆土試驗(yàn)確定覆土厚度。

（2）試驗(yàn)情況：①試驗(yàn)場地覆蓋面積為10m×10m。②測量設(shè)備：RECM-Ⅲ型測氡儀。測量方法：積累法。③試驗(yàn)選取的覆蓋材料為當(dāng)?shù)卣惩?。④通過本試驗(yàn)，得到覆土厚度與222Rn析出率及γ輻射劑量率對(duì)應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表。

表1 覆土厚度與222Rn析出率及γ輻射劑量率試驗(yàn)結(jié)果

（3）覆蓋厚度計(jì)算公式。

根據(jù)覆土試驗(yàn)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出覆土厚度與抑制222Rn析出率的關(guān)系式為：

相關(guān)系數(shù)：γ=0.9442。

式中：X為壓實(shí)后的覆土厚度，cm；Ji和J0分別為222Rn析出率的覆土前平均值和管理限值，Bq/(m2·s)，管理限值為 0.74Bq/(m2·s)。

覆土厚度與屏蔽γ輻射的關(guān)系式。

同樣根據(jù)覆土試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用半值層，推算覆土厚度與屏蔽γ輻射劑量率的關(guān)系式為：

（4）覆土厚度的確定。

①根據(jù)覆土厚度與抑制222Rn析出率的關(guān)系式，計(jì)算出覆蓋厚度X1；②根據(jù)覆蓋厚度與屏蔽γ輻射的關(guān)系式，計(jì)算出覆蓋厚度X2；③同時(shí)滿足①、②中要求，綜合覆土厚度X3=max｛X1，X2｝；④為避免風(fēng)蝕、雨蝕對(duì)覆蓋層的不利影響，取覆蓋厚度安全余量ΔX=10cm～15cm；⑤考慮滿足植被恢復(fù)所需的最小覆土厚度，Xmin=35cm；

綜合以上要求，覆蓋厚度設(shè)計(jì)值X=max｛X3+ΔX，Xmin｝。

2.2 坑口治理

2.2.1 無水坑口治理

圖1 無水坑口治理方案示意圖

治理方案為采用兩道毛石墻封堵，廢石填充兩墻中間。具體為在坑口往里約12.4m處砌筑漿砌毛石墻，墻厚1.2m，并嵌入底板和兩側(cè)各0.2m深，砌筑位置巖性應(yīng)較穩(wěn)固；中間充填廢石，之后在坑口往里約2m處砌筑同樣的漿砌毛石墻；最后覆土掩埋坑口，壓實(shí)并恢復(fù)綠化。

2.2.2 有水坑口治理

治理方案為采用兩道混凝土墻封堵，并在兩墻間建設(shè)被動(dòng)式濾水集水池進(jìn)行疏排水。具體為在坑口往里約10m處砌筑約1.0m厚的混凝土墻，并嵌入坑洞底板和兩側(cè)各深約0.2m，預(yù)埋4根管，砌筑位置巖性應(yīng)較穩(wěn)固。然后，在坑口往里約1.5m處修建一道漿砌石墻（墻厚0.3m，墻高1.2m），漿砌石墻外側(cè)地面鋪一層厚0.2m、寬0.5m漿砌石作為濾水集水池用，在砌筑漿砌石墻時(shí)，要注意預(yù)埋PVC管，然后在墻的內(nèi)側(cè)及底板2m長的范圍內(nèi)堆放礫石；在礫石及PVC管的上面鋪一層土工布，并用礫石壓住[4-7]。然后砌筑第二道混凝土墻并預(yù)埋水泥涵管，砌到與漿砌石墻高度相同時(shí)，在濾水集水池上方設(shè)置鋼筋砼預(yù)制蓋板。

圖2 有水坑口治理方案示意圖

2.3 淺井治理

探礦遺留的淺井在未治理時(shí)，存在人、畜墜落風(fēng)險(xiǎn)，需要引起重視和治理。具體治理方式相對(duì)簡單，主要利用附近廢石堆的廢石回填至距地表約1.5m處，然后填充并壓實(shí)粘土至略高于地表，恢復(fù)綠化。

2.4 廢石堆治理

（1）對(duì)于施工運(yùn)輸條件較差的廢石堆，考慮治理成本和效益，一般按達(dá)到有限制開放使用深度考慮，以控制γ輻射劑量、表層土中226Ra含量以及222Rn的析出率為目的，進(jìn)行覆土、綠化與穩(wěn)定化處置；設(shè)立警示標(biāo)牌和做好交接，禁止破壞和隨意變動(dòng)治理設(shè)施。

（2）對(duì)于具備施工運(yùn)輸條件的廢石堆，在經(jīng)濟(jì)可行的情況下，應(yīng)盡可能采用原址挖除、異地遷移和集中處置的方案，治理后其原址需完全滿足開放使用要求。

（3）本項(xiàng)目部分廢石堆治理效果見表2。

表2 部分廢石堆治理效果表

3 退役整治效果

3.1 輻射治理效果

通過治理，該礦區(qū)地質(zhì)勘設(shè)施退役項(xiàng)目輻射指標(biāo)數(shù)值明顯降低，各指標(biāo)均能滿足管理限值要求，危害達(dá)到可接受水平。

（1）個(gè)人有效劑量。通過本退役治理工程，該礦區(qū)關(guān)鍵居民組個(gè)人有效劑量由治理前的0.09mSv/a降至0.05mSv/a，下降幅度約45%，低于公眾劑量管理目標(biāo)值0.1mSv/a。

（2）地表222Rn析出率。通過本退役治理工程，該礦區(qū)各污染源項(xiàng)222Rn析出率由治理前的0.54～2.42Bq/(m2·s)降至0.20～0.28Bq/(m2·s)，下降幅度為63.0%～88.4%，低于地表222Rn析出率管理限值0.74 Bq/(m2·s)。

（3）γ輻射劑量率。治理工程竣工后，各污染源項(xiàng)γ輻射劑量率由治理前34.5×10-8～1700×10-8Gy/h降至14.8×10-8～30.3×10-8Gy/h，下降幅度為57.1%～98.2%，扣除本底后小于γ輻射劑量率管理限值17.4×10-8Gy/h。

3.2 廢石堆覆蓋層防止水蝕、風(fēng)蝕分析

根據(jù)土壤侵蝕原理，在人類不合理活動(dòng)的條件下，地表植物種類減少，生長退化，地面植被覆蓋率降低，可導(dǎo)致鱗片狀面蝕的發(fā)生。因此，植被護(hù)坡驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)確定為1級(jí)-無鱗片狀面蝕，即地面植物生長良好、分布均勻、覆蓋率大于70%。本工程采用了63006m2土工網(wǎng)復(fù)合植被護(hù)坡、27190m2漿砌片石截水骨架灌草護(hù)坡和2612m2漿砌片石護(hù)坡，防護(hù)效果良好。

3.3 坑道水治理效果

探礦坑道流出水中主要是以U4+和U6+兩種價(jià)態(tài)與其他金屬化合物或氧化物共存，采用封閉坑道降低U4+轉(zhuǎn)化為可溶性較好、不容易去除U6+，同時(shí)使用高性能無紡布及礫石反濾層濾除礦巖懸浮物及絡(luò)合沉淀物的過濾疏水封閉治理技術(shù)，U4+與無機(jī)碳形成穩(wěn)定絡(luò)合物被有效封閉在坑道內(nèi)。

治理后，坑道水中天然礦產(chǎn)資源含量由治理前0.143mg/L～0.207mg/L降 至0.035mg/L～0.043mg/L，下降幅度為75.5%～79.2%，低于水體中天然礦產(chǎn)管理限值0.05mg/L；水中226Ra濃度由治理前1.76Bq/L～2.52Bq/L降至0.44Bq/L～0.53Bq/L，下降幅度為75.0%～79.0%，低于水體中226Ra濃度管理限值1.1Bq/L。

3.4 生態(tài)治理效果分析

治理前，礦點(diǎn)礦區(qū)地質(zhì)勘探排出的廢石堆大量埋壓，導(dǎo)致原有植被大量死亡，由于廢石堆蓄水能力差，可生長的植物種類單一，數(shù)量稀少，廢石堆的存在，破壞了地表原有空間構(gòu)型，使當(dāng)?shù)乜褂匀粸?zāi)害的能力退化。通過本治理工程，難移廢石堆上被重新覆蓋土層并人工植被，基本接近當(dāng)?shù)匚词苡绊憛^(qū)域植被水平；經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件允許下，通過盡可能移動(dòng)廢石堆，露出原有土層，當(dāng)?shù)刂脖缓芸旎謴?fù)到堆棄前水平。采取植被措施穩(wěn)定覆土，是減少水土流失的重要工程防護(hù)措施，同時(shí)采取邊坡穩(wěn)定措施、設(shè)置擋土墻和截(排)水溝，可有效預(yù)防水土流失，當(dāng)?shù)乜褂匀粸?zāi)害的能力得到恢復(fù)。根據(jù)治理后地形地貌照片顯示，絕大多數(shù)礦（床）點(diǎn)所在地區(qū)植被恢復(fù)良好，治理區(qū)與周圍融為一體，恢復(fù)了當(dāng)?shù)卦芯坝^的空間構(gòu)型。

3.5 工程穩(wěn)定性分析

3.5.1 廢石堆邊坡自身穩(wěn)定性

廢石堆為土石混合堆積體，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，地面坡度不超過24°，可以作為評(píng)判含廢石堆是否可能發(fā)生整體下滑的界限。在本工程中，廢石堆基底地面坡度均小于24°，目前，廢石堆整體穩(wěn)定性良好。

3.5.2 水流沖刷影響

主要包括上游客水沖刷和坡腳水流沖刷，廢石堆外圍均設(shè)置了漿砌片石截水溝，可截流并排瀉100年一遇設(shè)計(jì)暴雨條件下的洪水。排水溝斷面考慮到上游沖下的懸浮物的泄洪能力影響，按規(guī)范設(shè)置有安全超高。另外，治理后退役設(shè)施通過長期監(jiān)管，并在雨季之前特別檢查和維護(hù)，水流沖刷對(duì)工程穩(wěn)定性影響有限。

3.5.3 洪水淹沒影響

對(duì)于濱河廢石堆，在其岸邊設(shè)置浸水重力式擋土墻，基礎(chǔ)埋置在沖刷線以下。當(dāng)沖刷線很深，施工有困難時(shí)，本工程采用浸水擋墻（扣墻）、護(hù)坦式基腳等措施。由于措施得力，目前治理完成項(xiàng)目未受洪水淹沒破壞。

3.5.4 人為侵?jǐn)_影響

人為侵?jǐn)_主要考慮人們在廢石堆上的活動(dòng)，其形式主要有人為挖掘漿砌片石砌體、破壞土工網(wǎng)，無疑會(huì)危及廢石堆長期穩(wěn)定。由于原地覆蓋治理的廢石堆屬于有限制使用的核退役設(shè)施，需要通過信息公開、設(shè)置標(biāo)識(shí)、輿論宣傳和長期監(jiān)管等方式，避免人為誤侵?jǐn)_，防止破壞事故的發(fā)生。

4 結(jié)論

通過實(shí)施本工程，該礦區(qū)各類超出管理限值的源項(xiàng)均得到了妥善處置與良好治理，退役整治效果總結(jié)如下：

（1）坑口得以封閉，對(duì)坑內(nèi)氡氣的外逸起道良好的阻攔效果，也避免了當(dāng)?shù)厝诵笠馔鈮嬄涞娘L(fēng)險(xiǎn)；有水坑口疏水封閉后，滲出水經(jīng)過沉淀、過濾后流出，將得到有效的管控，經(jīng)過一段時(shí)間后，基本與開采前該礦（床）點(diǎn)泉水中礦產(chǎn)資源含量的本底狀態(tài)一致或接近。

（2）在本工程退役治理的111個(gè)廢石堆中，其中106個(gè)經(jīng)穩(wěn)定化處置、覆土與植被后，氡析出率降至管理限值以下，γ輻射劑量率滿足控制值要求；另外5個(gè)經(jīng)清挖遷移、相對(duì)集中處置后，其原址的γ輻射劑量率、氡析出率接近當(dāng)?shù)乇镜姿健?/p>

（3）本工程實(shí)施后，源項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)均能滿足管理限值的要求，退役治理設(shè)施處于長期安全穩(wěn)定的狀態(tài)，其輻射達(dá)到可接受的水平，環(huán)境整治措施極大的改善生態(tài)環(huán)境，退役治理基本達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。