江西省上饶县石煤矿区天然放射性水平调查与评价

魏信祥 王红海 张麟熹 匡福祥 许乃政

(1.江西省核工业地质局测试研究中心，江西 南昌 330002；2.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏 南京 210016)

1 引言

我国煤炭资源分布广泛，储量居世界第一，是世界上少数几个以煤为主的国家之一[1，2]。石煤是一种特殊的煤炭资源，是在五亿年前的地质时期由低等生物为主要质料，在浅海环境下形成的腐泥无烟煤，是一种低热值的能源，并含有多种伴生矿[3]。铀是煤中一种特殊的伴生资源，由于地质条件的差异，不同类型的铀—煤共生矿中的含铀量差别较大[4-7]。江西是全国石煤资源储量大省，含石煤地层面积约6200km2，主要分布在赣西北、赣东地区，全省石煤资源综合考察可靠储量80141万吨，可能储量603262万吨，合计储量683403万吨[8]。1991～1993年，国家环保总局和中国核工业总公司共同合作，组织开展了“放射性伴生石煤矿开发和利用对环境影响”的调查，结果表明石煤放射性核素比活度较高，石煤的开发与综合利用过程使环境辐射水平增高和居民受照剂量增加[9-11]。上饶县石煤资源储量达到5.92亿吨，且石煤开采和利用历史悠久，形成了石煤开采、烧石灰、烧砖瓦、生产碳化砖的规模化生产，近年来又进一步扩展为化工原料、肥料和建筑材料而广泛利用。为了查明上饶县石煤开发利用过程中所造成的辐射环境影响，本文选择某一处石煤矿区开展放射性环境调查与评价，基于此次评价结果为矿区辐射环境保护提供指导性建议。

2 调查方法及质量保证

2.1 调查内容

本次工作的主要调查内容如下：(1)矿区土壤、石煤、煤矸石等固体环境介质取样调查，分析检测指标为238U、232Th、226Ra、40K；(2)矿区及周边地表水、地下水等水体介质取样调查，分析检测指标为238U、232Th、226Ra、40K、总α、总β。

2.2 点位布置

土壤样品主要布设在石煤矿山周边的农田、菜地，样品采样深度为20～50cm，重量约为1kg；石煤、煤矸石等其他固体环境介质，主要取自石煤矿区或受石煤矿影响的周边地区，采样点处按梅花型采集混合成一个样品，保证样品的代表性，样品重量约为1kg。水样分为地表水和地下水，主要采集区内重要河流水、湖泊水、水库水、矿坑水及矿区附近农村井水等，取样容量为10L。

2.3 仪器及质量保证

不同调查项目所采用的测量仪器及分析方法列于表1。工作中使用的分析、测量仪器均经检定合格后，并在有效期内使用。样品分析测试严格执行《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T0130.4-2006)及《放射性矿产地质分析测试实验室质量保证规范》(EJ/T 751-2014)，各元素分析方法的检出限均达到规范要求。准确度控制各元素分析结果的合格率为100%；精密度控制其平均对数差(△lgC)和对数差的标准偏差合格率均为100%，各点均未超过实际的监控限，无明显的系统误差。

表1 测量仪器及方法

3 调查结果与分析

3.1 固体介质放射性水平

本次调查固体介质样品的分析测试结果列于表2。由下表可知，各种不同介质中核素238U、226Ra、40K含量变化很大，232Th总体差异不大。石煤、煤矸石中核素238U、226Ra含量要明显高于其他固体介质，然而这2类固体介质中232Th和40K核素含量却不高，甚至略低于土壤均值，尤其是232Th远低于其他固体介质，与浙江、安徽及江西修水等地的石煤矿山类似，均表现出明显的“铀高钍低”特征[12-14]。矿区土壤中天然核素含量明显偏高，特别是238U、226Ra，均值分别为江西省土壤背景值的4.5、4.2倍，232Th和40K核素含量与全省背景值则相差不大，属正常本底水平。

表2 工作区固体介质中天然放射性核素含量(Bq/kg)

图1 不同类型固体介质放射性核素含量对比

3.2 水体放射性水平

表3列出了水体样品天然放射性核素浓度分析结果。由下表可知，不同水体中天然放射性核素浓度差异较大，同一类水体中核素浓度同样明显不同，分布极其不均衡，总体来看，受核素地球化学性质活泼程度的影响，232Th在各类水体中的浓度均最低，而40K、总α、总β的浓度往往最高。矿坑水中238U、232Th、226Ra、40K的浓度均值均为所有类型水体最高，且往往高出其它水体几倍、甚至上百倍，分别为江西省地下水背景值(0.7μg/L、0.14μg/L、6.13mBq/L、231mBq/L[16])的413、9、5、2倍。

其它3类水体中，地下井水中放射性核素浓度最高，高于河流、水库等地表水。石煤矿区农村井水中核素238U与226Ra浓度分别为江西省背景值的4.2、1.9倍，而232Th、40K核素浓度则相对偏低。

与江西省天然放射性水平调查江河水核素238U、232Th、226Ra、40K平均浓度(0.7μg/L、0.24μg/L、2.74mBq/L、62mBq/L[16])相比，调查区河水中232Th、226Ra核素浓度明显更高，分别为前者的4.8倍、2.9倍，238U核素含量与水平调查接近，40K略低于水平调查均值。水库水中天然放射性核素浓度与河水比较相近，两者差别并不明显，除了232Th核素低于水平调查水库水均值外，其他3个核素均略高。

表3 石煤矿区水体中天然放射性核素浓度

注：低于检出限的数据用检出限的1/2参与计算平均值

3.3 辐射环境质量现状评价

3.3.1 固体介质放射性环境质量评价

本次调查采用《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)[17]标准中建筑主体材料的外照射指数(Ir)、内照射指数(IRa)限值作为评价因子。Ir按照公式(1)进行计算，IRa按照公式(2)计算：

Ir=CRa/370+CTh/260+CK/4200

(1)

IRa=CRa/200

(2)

式中：Ir为外照射指数，IRa为内照射指数，CRa、CTh、CK分别为建筑材料中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度，单位为贝克每千克(Bq/kg)。

按照标准的规定，建筑主体材料中天然放射性核素比活度应同时满足内照射指数(IRa)≤1.0和外照射指数(Ir)≤1.0。表4统计了调查区各不同固体介质中天然放射性核素的内照射、外照射指数，由下表可以看到，矿区石煤、煤矸石样品外照射指数及内照射指数均>1，超过标准限值，不能用于作为主体建筑材料，其中石煤还超过装饰装修材料的限值(Ir≤2.8)，严禁作为任何建筑材料使用，减少公众使用石煤建材而受到的附加辐射照射[18，19]。

表4 矿区不同固体介质放射性核素外照射、内照射指数

注：表中限值取自《建筑材料放射性核素限量》(GB 6565-2010)[17]

3.3.2 水体放射性环境质量评价

水体的放射性环境质量直接关系到当地居民的饮用水安全及身体健康，本次调查水体样品分为地表水、地下水两类，地表水包含河水、水库水、矿坑水，地下水主要为农村井水。参照《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)[20]及《污水综合排放标准》(GB8978-1996)[21]，发现工作区的矿坑水总α、总β均超过生活饮用水指导值数倍，这类水体的使用应严格加以限制，严禁直接用于生活饮用水。

另外，矿坑水的总α浓度均值为4.23Bq/L，超过《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中规定的最高允许排放浓度1Bq/L，建议有关部门对这类水体的排放进行监管，建造污水处理设施，避免直接排放至自然水系，造成二次污染。河水和水库水的总α、总β浓度均远低于《生活饮用水卫生标准》的限值，不存在放射性安全隐患。

图2 工作区各类水体中总α、总β浓度对比

《地下水质量标准》(GB/T 14848-2017)[22]中根据地下水总α、总β浓度特征，将水体分为五类，具体的分类标准见表5。采用单项参数评价和多项参数综合评价相结合的原则进行。单项参数评价按本标准分类指标将地下水水质划分为5类，当不同类别标准值相同时，从优不从劣。然后综合对比各项指标的评价结果，采用就高不就低的原则判定地下水的类别。由表6可知，工作区内地下水放射性环境质量总体良好，属于II类水质，可作为生活饮用水。

表5 地下水放射性指标质量分类

表6 工作区地下井水放射性环境质量分类统计表

4 结论

石煤矿区固体介质放射性核素分析结果表明，石煤及煤矸石中放射性核素238U、226Ra平均含量较高。石煤的开发利用造成矿山周边局部地区的土壤放射性水平明显增高。

调查区水体中放射性核素浓度整体处于正常范围，河水、水库水及地下井水中总α和总β核素浓度均远远低于生活饮用水卫生标准的指导值，但矿坑水中放射性核素浓度较高，其中总α超过了污水综合排放标准的限值，严禁不经任何处理直接排放。

调查区不同固体环境介质放射性核素内照射、外照射指数计算结果显示，石煤及煤矸石样品的内照射、外照射指数超过标准限值，严禁作为建筑材料使用。

*基金项目：江西省重点研发计划项目“江西省矿山污染场地调查评价与生态修复大型数据库管理系统研发”(S2018ZPYFE0861)；省科技创新基金项目“放射性污染场地生态恢复及污染防治技术研究”。