测量铀矿回风井氡排放量的方法

测量铀矿回风井氡排放量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及轴矿冶工业技术领域，特别是一种测量轴矿回风井氮排放量的方法。
【背景技术】
[0002] 在轴矿开采、勘测及矿石加工的过程中，轴矿石中析出的氮及其子体对轴矿工作 人员的健康造成危害且污染轴矿周边环境。目前，在轴矿开采过程中，均采用机械通风将 矿井内析出的氮经由回风井排放到大气中，为保障轴矿工作人员的健康并确保对轴矿附近 环境空气附加氮浓度的有效控制，回风井氮排放量的监测成为了各轴矿开采期间必要的工 作。目前对于轴矿回风井氮排放量的测量，都是采用常规测量方法，常规测量方法是采用抓 取样方法测量回风井出口的氮浓度，再将该氮浓度乘W回风井出口截面积、风速及排放时 间计算出氮的排放量。由于轴矿回风井氮的排放速率随四季而变化，且还与轴矿井下工况 相关，为及时掌控轴矿回风井氮的排放量，就需连续或频繁地对回风井出口进行氮浓度监 巧。。然而目前普遍应用的常规测量方法未能同时解决可靠性和便捷性等方面的问题，还不 能满足轴矿福射防护与评价的要求。因此开发出一种新的轴矿回风井氮排放量的测量方法 是十分必要的，对于准确评估回风井流出氮的环境影响、保障轴矿矿工和公众健康、保护生 态环境具有重大意义。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种测量轴矿回风井氮排放量 的方法。
[0004] 本发明的技术方案是：一种测量轴矿回风井氮排放量的方法，它是采用多点插值 积分转换方法进行测量，首先采用多点法对轴矿回风井井口特定样点进行氮浓度测量，然 后利用插值积分法计算出回风井井口径向特定区间的平均出口风速和平均氮浓度，再将各 区间平均风速、氮浓度平均值及特定区间面积=者的乘积进行加权计算出回风井的氮释放 率. 由于回风井口内流场和氮浓度分布极不均匀，然而对于某特定回风井，其排放率与某 截面井中屯、风速、井中屯、氮浓度及该截面面积之间存在恒定的数值关系，利用该规律和上 述测量数据能够计算得到该回风井的转换系数，因此在轴矿回风井氮释放率的后续测量 中，只需测得回风井某截面井中屯、处氮浓度及风速并乘W转换系数和回风井出口截面积即 能够计算出回风井的氮释放率，最后再乘W回风井氮的排放时间即能够计算出轴矿回风井 氮的排放量。
[0005] 其具体测量方法如下： A、转换系数K的测量；首先采用多点法测得回风井井口内某截面i个取样点处的风速Vi及氮浓度Ci，其中i个取样点与井口截面中屯、点对称分布； 根据测得的i个取样点处风速值，利用插值法推导出风速V与回风井径向距离X的表 达公式： (1) 式中V是回风井径向距离为X处的风速，单位为m/s;x是取样点i至Iji+1之间任意一 点到回风井前端井壁之间的径向距离，单位为m;Xi是第i个取样点在回风井径向方向上与 前端井壁的距离，单位为m是第i个取样点对应的风速值，单位为m/s; 对各点风速在回风井径向上不同区间进行积分求平均风速值Vi，《 :
(2) 式中是第i个取样点积分区间内的平均风速值，单位m/s; 同理，根据测得的i个样点处的氮浓度值Ci，利用插值法推导出氮浓度C与回风井径向 距离X的表达公式：
(3) 式中C是回风井径向距离为X处的氮浓度，单位为Bq/m3;Ci是第i个样点所对应的氮 浓度值，单位为Bq/m3; 对各点氮浓度在回风井径向上不同区间进行积分求平均氮浓度值Ci,w;
(4) 式中Cijp,是第i个取样点积分区间内的平均氮浓度，单位为Bq/m3; 根据风速与氮浓度积分区域面积公式计算出不同积分区域的面积Si:
(5) 式中Si是第i个取样点处积分区域的面积，单位为m2;r1、rw是同一截面上不同区间 边界到回风井中屯、的距离，单位为m; 利用（2)、（4)式计算出的平均风速及平均氮浓度，根据公式：
(6) 计算出轴矿回风井氮释放率，式中P是轴矿回风井氮的释放率，单位为Bq/s; 研究表明，轴矿回风井圆屯、处氮浓度、风速及井口截面积=者的乘积与回风井氮释放 率之间存在着恒定的数值关系：
(7) 式中K为转换系数；C。是轴矿回风井圆屯、处氮浓度，单位为Bq/m3;V。是轴矿回风井圆 屯、处风速，单位为m/s;S为回风井出口截面积，单位为m2; B、轴矿回风井氮的排放量的测量；对于轴矿回风井同一截面，其转换系数K为固定常 数，因此在该轴矿后续测量过程中，只需测定回风井圆屯、一点处的风速、氮浓度及已知的转 换系数K值即能够利用公式（7)计算出轴矿回风井在该时间段内的氮释放率，最后根据公 式： 谷=F:处 (8) 即能够计算出轴矿回风井氮的排放量，从而达到快速、方便计算出轴矿回风井氮排放 量的目的，式中Q是轴矿回风井氮的排放量，单位为Bq;t是排放时间，单位为S。
[0006] 本发明与现有技术相比具有如下特点： (1)本发明通过首先测量计算转换系数K，再利用转换系数K实现对轴矿回风井氮排放 量的可靠便捷测量，很好的实现了测量准确性、可靠性与便捷性的有机统一，为轴矿回风井 流出物氮的长期可靠监测提供了技术手段。
[0007] (2)本发明提供的方法在对轴矿回风井流出物氮的长期监测过程中，只需测量回 风井井中屯、的风速值与氮浓度值，与目前单点或多点测量计算方法相比，具有更小取样不 确定性和统计涨落，因此该方法具有更高的准确度 W下结合附图和【具体实施方式】对本发明的详细结构作进一步描述。
【附图说明】
[0008] 附图1为九点法取样点分布示意图，图中il~i9为取样点，XI~x9为分别为各 取样点到回风井井壁之间的径向距离。
【具体实施方式】
[0009] -种测量轴矿回风井氮排放量的方法，其具体测量方法如下： 本实施例采用九点法测量，首先采用九点法测得回风井1井口内某截面各点处的风速Vi及氮浓度Ci，其中九个取样点离回风井1井壁距离分别为；xl为3%d;x2为10%d;x3为 20〇/〇d;x4 为 30%d;x5 为 50%d;x6 为 70%d;x7 为 80%d;x8 为 90%d;x9 为 97%d;其中d为回 风井1出口直径，单位为m。
[0010] 根据测得的九个取样点处风速值，利用插值法推导出的风速V与回风井1径向距 离X的表达公式：

式中V是回风井1径向距离为X处的风速，单位为m/s;x是待测点在回风井1径向方 向上与前端井壁的距离，单位为m; ￥1、￥2、乂3、乂4、乂5、乂6、乂7、乂8、乂9分别是利用九点法测得九 个样点对应的风速值，单位为m/s。
[0011] 对各点风速在回风井1径向上不同区间进行积分求平均风速值:
(2) 同理，根据测得的九个样点处的氮浓度值。，利用插值法推导出的氮浓度C与回风井1 径向距离X的表达公式：

式中c是回风井1径向距离为X处的氮浓度，单位为Bq/m3;C1、C2、Cs、C4、Cs、Ce、C,、Cs、Cg分别为九点法测得九个样点所对应的氮浓度值，单位为Bq/m3。
[0012] 对各点氮浓度在回风井1径向上不同区间进行积分求平均氮浓度值Ci,w。
[001 引
（4) 根据风速与氮浓度积分区域面积公式计算出不同积分区域的面积Si:
(5) 式中Si是i点处积分区域的面积，单位为m2;r1、rw是同一截面上不同区间边界到回 风井1中屯、的距离，单位为m。
[0014] r;分别为；r1为 0. 5d;r2为 0. 4d;r3为 0. 3d;r4为 0. 2d;r5为 0;re为 0. 2d;r7为 0.3d江8为 0. 4d;rg为 0.Sd。
[0015] 利用（2)、（4)式计算出的平均风速及平均氮浓度，根据公式：
(6) 计算出轴矿回风井1氮释放率，式中P是轴矿回风井1氮的释放率，单位为Bq/s。
[0016] 研究表明，轴矿回风井1圆屯、处氮浓度、风速及井口截面积S者的乘积与回风井1 氮释放率之间存在着恒定的数值关系；
(7) 式中K为稳定转换系数；C。是轴矿回风井1圆屯、处氮浓度，单位为Bq/m3;V。是轴矿回 风井1圆屯、处风速，单位为m/s;S为回风井1出口截面积，单位为m2,对于轴矿回风井1同 一截面，其转换系数K为固定常数，因此在该轴矿后续测量过程中，只需测定回风井1圆屯、 一点处的风速、氮浓度及已知的转换系数K值即能够利用公式（7)计算出轴矿回风井1在 该时间段内的氮释放率，最后根据公式： Q二P乂t (8) 即能够计算出轴矿回风井1氮的排放量，从而达到快速、方便计算出轴矿回风井氮排 放量的目的。
[0017] 常规方法与多点插值积分转换方法对比试验： 在某轴矿A回风井进行了多点插值积分转换方法现场应用，该回风井井径为3. 5米，回 风井的入口风速为8m/s，试验分别采用常规方法与多点插值积分转换方法对轴矿A回风井 氮排放率进行多批次测量，并将两种方法的测量结果进行对比分析，验证多点插值积分转 换方法的可靠性。
[001引第一步骤： 利用九点监测法对某轴矿A回风井某一截面上各取样点进行风速及氮浓度的测量，风 速测量结果如表一所示： 表一轴矿A回风井某截面上各取样点风速测量结果
回风井各取样点氮浓度测量结果如表二所示： 表二轴矿A回风井某截面各取样点氮浓度测量结果
首先将表一中各取样点风速值代入公式：
(1) 计算出V的表达式，并将该表达式按照不同积分区间分别代入积分公式：
(2) 即可计算出不同积分区间的平均风速Vi, 同理将表二中各取样点的氮浓度代入公式：
(3) 计算出C的表达式，并将该表达式按照不同区间分别代入积分公式：
(4) 即可计算出不同积分区间的平均氮浓度Ci,w; 计算出不同积分区间边界到同一截面中屯、点的距离，取值分别为；r1为1. 75;r2为 1. 4江3为1. 05;r4为0. 7江日为0;re为0. 7江7为1. 05;r8为1. 4江g为1. 75,将不同的ri 分别代入公式： (5) (6) 计算出该截面上不同积分区间的面积Si; 将计算出的乂1,?和Ci,w及Si代入公式； 计算出氮的释放率为P=3.07X106Bq/s，在九个取样点中ig为截面中屯、点，分别由表 一、表二可知该截面中屯、点处的风速值和氮浓度值，并且由回风井直径可计算出该截面的 面积； 将中屯、点风速值Vc=9. 66m/s、中屯、点氮浓度值C"=52015Bq/m3、截面面积S=9. 6m2及氮释 放率P=3. 07X106Bq/s代入公式；
(7) 即计算出转换系数K=0.637 ; 第二步骤： 对该轴矿A回风井某截面风速及氮浓度进行第二批次、第=批次及第四批次的测量， 获得中屯、点及其他八个取样点处的风速和氮浓度，其中该截面各取样点风速的测量结果如 表=所示： 表=同一截面不同批次各取样点的风速值
该截面不同批次各取样点氮浓度测量结果如下表四所示： 表四同一截面不同批次各取样点氮浓度值
采用本发明提供的方法和A回风井排放量的转换系数K，将表=、表四中回风井中屯、点 风速、氮浓度代入公式（7)，得到： P=KXC〇XV〇XS 分别计算出不同批次轴矿A回风井氮的释放率，同时采用常规测量方法，根据表=、表 四中各取样点的风速及氮浓度值进行轴矿回风井氮释放率的计算，两种方法的测量结果和 相对标准偏差如表五所示： 表五不同方法下氮释放率的测量结果和相对标准偏差
由表五可知采用多点插值积分转换法所测量的结果与常规方法测量的结果之间具有 较小的相对标准偏差，说明多点插值积分转换方法能实现对轴矿回风井氮排放量的快捷、 准确估算。
【主权项】
1. 一种测量铀矿回风井氡排放量的方法，其特征是：它是采用多点插值积分转换方法 进行测量，首先采用多点法对铀矿回风井井口特定样点进行氡浓度测量，然后利用插值积 分法计算出回风井井口径向特定区间的平均出口风速和平均氡浓度，再将各区间平均风 速、氡浓度平均值及特定区间面积三者的乘积进行加权计算出回风井的氡释放率； 研宄表明：回风井口内流场和氡浓度分布极不均匀，然而对于某特定回风井，其释放率 与某截面井中心风速、井中心氡浓度及该截面面积之间存在恒定的数值关系，利用该规律 和上述测量数据能够计算得到该回风井的转换系数，因此在铀矿回风井氡释放率的后续测 量中，只需测得回风井某截面井中心处氡浓度及风速并乘以转换系数和回风井出口截面积 即能够计算出回风井的氡释放率，最后再乘以回风井氡的排放时间即能够计算出铀矿回风 井氡的排放量。2. 如权利要求1所述的一种测量铀矿回风井氡排放量的方法，其特征是：其具体测量 方法如下： A、转换系数K的测量：首先采用多点法测得回风井井口内某截面i个取样点处的风速 Vi及氡浓度Ci，其中i个取样点与井口截面中心点对称分布； 根据测得的i个取样点处风速值，利用插值法推导出风速V与回风井径向距离X的表 达公式：式中V是回风井径向距离为X处的风速，单位为m/s ;x是取样点i到i+Ι之间任意一 点到回风井前端井壁之间的径向距离，单位为m ;Xi是第i个取样点在回风井径向方向上与 前端井壁的距离，单位为m Wi是第i个取样点对应的风速值，单位为m/s ; 对各点风速在回风井径向上不同区间进行积分求平均风速值:式中Vur是第i个取样点积分区间内的平均风速值，单位m/s : 同理，根据测得的i个样点处的氡浓度值Ci,利用插值法推导出氡浓度C与回风井径向 距离X的表达公式：式中C是回风井径向距离为X处的氡浓度，单位为Bq/m3;C i是第i个样点所对应的氡 浓度值，单位为Bq/m3; 对各点氡浓度在回风井径向上不同区间进行积分求平均氡浓度值Ci,#式中Cur是第i个取样点积分区间内的平均氡浓度，单位为Bq/m3; 根据风速与氡浓度积分区域面积公式计算出不同积分区域的面积Si:式中Si是第i个取样点处积分区域的面积，单位为m2;r i、^+1是同一截面上不同区间 边界到回风井中心的距离，单位为m ; 利用（2)、（4)式计算出的平均风速及平均氡浓度，根据公式：计算出铀矿回风井氡释放率，式中P是铀矿回风井氡的释放率，单位为Bq/s ; 研宄表明，铀矿回风井圆心处氡浓度、风速及井口截面积三者的乘积与回风井氡释放 率之间存在着恒定的数值关系：式中K为转换系数；Ctl是铀矿回风井圆心处氡浓度，单位为Bq/m 3Jci是铀矿回风井圆 心处风速，单位为m/s ;S为回风井出口截面积，单位为m2; B、铀矿回风井氡的排放量的测量：对于铀矿回风井同一截面，其转换系数K为固定常 数，因此在该铀矿后续测量过程中，只需测定回风井圆心一点处的风速、氡浓度及已知的转 换系数K值即能够利用公式（7)计算出铀矿回风井在该时间段内的氡释放率，最后根据公 式： Q=Pxi (8) 即能够计算出铀矿回风井氡的排放量，从而达到快速、方便计算出铀矿回风井氡排放 量的目的，式中Q是铀矿回风井氡的排放量，单位为Bq ;t是排放时间，单位为s。
【专利摘要】一种测量铀矿回风井氡排放量的方法，首先采用多点法对铀矿回风井井口特定样点进行氡浓度测量，然后利用插值积分法计算出回风井井口径向特定区间的平均出口风速和平均氡浓度，再将各区间平均风速、氡浓度平均值及特定区间面积三者的乘积进行加权计算出回风井的氡释放率。对于某特定回风井，其释放率与某截面井中心风速、井中心氡浓度及该截面面积之间存在恒定的数值关系，利用该规律和上述测量数据计算得到该回风井的转换系数。在铀矿回风井氡释放率的后续测量中，只需测得回风井某截面井中心处氡浓度及风速并乘以转换系数和回风井出口截面积即能够计算出回风井的氡释放率，最后再乘以回风井氡的排放时间即能够计算出铀矿回风井氡的排放量。
【IPC分类】G06F19/00, G01T1/00
【公开号】CN104880726
【申请号】CN201510320774
【发明人】周青芝, 肖德涛, 赵桂芝, 居治豪
【申请人】南华大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月12日