铀矿井通风网络中氡及子体分布的非线性仿真与控制研究

铀矿通风不仅要排除井下大气中的有害物质和提供呼吸用的氧气，更重要的是要控制和减少井下含铀介质的氡气析出量。随着国家核电发展对铀金属的迫切需求，铀矿开采将加速向深部发展，并且多中段同时作业，通风系统的控氡和排氡调节将变得复杂，井下空气的辐射污染也变得愈加严重。本课题拟通过典型铀矿山的现场试验测试和室内氡渗流-扩散三维模拟试验的方法，研究铀矿井通风过程中氡析出率与含铀介质物理参数、通风参数、空气物理参数和开采深度的关系，运用非线性预测理论建立适应铀矿井复杂通风网络氡析出率的预测模型；综合紊流传质理论、通风网络理论和放射性核素衰变理论，首次建立铀矿井通风网络中氡及子体分布的非线性仿真数学模型，对通风网络中氡及子体浓度分布进行模拟，指导整个通风系统的控氡和排氡优化设计。本课题的研究必将丰富和完善铀矿通风理论，减少井下作业人员的辐射剂量，提升我国铀矿通风控氡和排氡技术水平具有重大的现实意义。

铀矿通风不仅要排除井下大气中的有害物质和提供呼吸用的氧气，更重要的是要控制和减少井下含铀介质的氡气析出量。随着国家核电发展对铀金属的迫切需求，铀矿开采将加速向深部发展，并且多中段同时作业，通风系统的控氡和排氡调节将变得愈来愈困难，井下空气的辐射污染也变得愈加严重。本课题通过典型铀矿山的现场测试对铀矿井井下氡及子体浓度进行了监测，并收集了相关数据，运用模拟试验的方法，自制了多孔介质氡渗流—扩散析出的三维实验装置，研究了铀矿井通风过程中氡析出率与含铀介质物理参数、通风参数、空气物理参数的关系，利用实验装置测量了风压（压力梯度）、温度对多孔介质氡析出率的影响，得出了氡渗流-扩散析出的变化规律。综合紊流传质理论、通风网络理论和放射性核素衰变理论，建立了铀矿井单支路通风巷道内风流中氡及子体浓度分布的计算模型，还建立了井底车场通风网络中氡及子体浓度分布数学模型；基于有限元分析方法，采用CFX软件，首次建立了铀矿井通风网络中氡浓度分布的非线性仿真数学模型，对通风网络中氡浓度分布进行了模拟。本课题的研究成果对掌握铀矿井通风网络氡及子体浓度变化规律，开展铀矿井通风系统的控氡和排氡优化设计有重要指导意义，研究成果将丰富和完善铀矿通风理论，减少井下作业人员的职业危害。