以国内某铀矿山为研究对象,获取矿床地质勘查的钻孔位置、测斜、样品、岩性等基础数据,构建矿床三维地质初始模型、估算资源储量;根据矿床勘查、生产探矿和开采进展,对矿体/块段三维模型、资源量类型、开发状态等进行动态更新;构建不同时间矿床三维模型之间的逻辑关系,实现矿床资源保有量、变化量及变化原因的自动监测,掌握了矿山资源量家底;开展资源利用研究,计算当年和累计浸出率,结合矿山生产数据,预测矿体/块段可回采储量(证实储量),有针对性地提出矿体/块段资源利用方案,提高矿山的资源利用率。

矿床的地下水位一般随季节变化而变化,但在采区外围进行铀矿勘探时,发现地下水位与季节变化的联动不明显,这与前人对该矿床地下水天然流场的认识存在较大差异。通过收集矿床勘探阶段的水文地质资料,并结合实际测量结果,分析了地浸开采对蒙其古尔矿床地下水系统产生的影响。结果显示,地浸采区上游未受地浸开采影响,采区内部地下水位出现缓慢下降现象,采区下游地下水位呈持续下降趋势。

为了提高矿山企业的生产效率、降低生产成本,选择蒙其古尔铀矿床P0线以西地区作为试点,进行探采结合工程的布设原则以及施工工艺应用研究。实践表明,与传统施工流程相比,探采结合工程既达到了地质勘探目的,又满足了矿冶生产需要,做到了时间效益、经济效益、环保效益的优化。

以矿石品位偏差最小、运输成本最低为优化目标,对露天矿多金属精细化配矿问题进行优化,综合考虑出矿点生产能力、矿石产量、矿石品位、氧化率、设备生产能力及其数量、岩性和选矿工艺要求等多种约束条件,建立了露天矿多金属精细化配矿多目标优化数学模型,提出了一种基于SPEA2和熵加权TOPSIS的露天矿多金属精细化配矿多目标优化方法,并将该方法应用于上房沟钼矿的配矿优化。结果表明:与原配矿计划相比,优化后的配矿计划使矿石品位偏差降低了73.60%,运输成本降低了20.99%。

以某铀矿床采场为研究对象,基于矿体特征及工程经验,选定该区域采用上向水平分层充填采矿法开采。利用FLAC3D建立了不同采场结构参数的开采方案模型,对采场开采-回填过程进行数值模拟,分析了采场的应力场、位移场和塑性区的时空演化特征,研究了采场的稳定性。结果表明,当矿体的水平分层高度为2 m时,安全稳定性较好,在开采前期对顶板位移量的控制效果更好;在开采作业时,采场的应力集中区域逐渐扩大,采区顶部和底部有明显的应力贯通区;在回填时,充填体内的压应力分布较均匀,压应力较小,且后期的应力变化幅度不大;巷道与采场交接处位移量最大,在开采回填作业前期位移量增长速率较快,并出现近垂直式跳跃增长;巷道中段及采场中段顶板处的位移量呈阶段性变化,总体位移量较小。

针对资源储量管理存在的问题,结合某露天铀钼矿山实际情况,采用矿业软件管理平台,建立该矿山基础数据库和矿山空间模型,估算资源储量动态管理基准数;根据炮孔测量、取样、梯段平面、坡面地质编录等生产数据,建立并更新工程多维度信息时空数据,构建矿体或块段和全矿床不同时空关系,以及其面积、形态、厚度、长度、资源储量等算法,进而重构矿体或块段模型及估算资源储量,实现资源储量可视化动态管理。资源储量可视化动态管理可通过快速探采对比及时指导矿山生产,也可为未开采矿体或块段的生产探矿、开采设计及提高生产计划编制提供服务,该管理方式在露天铀钼矿山生产过程中取得了较好效果。

为了促进地浸铀资源的充分利用,统计分析了内蒙古某地浸铀矿山研究区内的矿段厚度、过滤器长度和矿层有效厚度,采用三维矿业软件构建矿体地质模型与开采模型,通过三维实体的可视化对比,精准掌握了浸采范围外“残难矿体”的位置,并对其进行了剩余资源量估算,结果表明剩余资源量可观,有待进一步研究。应用价格法测算矿床的经济指标,对矿床进行技术经济评价,将经济平米铀量作为阈值约束浸采范围外的“残难矿体”资源模型并生成经济块段模型;采用距离幂次反比法对经济块段模型进行资源量估算,得到平米铀量在经济指标之上的资源量。通过研究,掌握了研究区内纵向浸采范围外“残难矿体”的精确位置、剩余资源量和经济性,实现了对地浸开采矿山剩余资源量的经济评价。

在二氧化铀生产中,煅烧工序是影响二氧化铀产品(四价铀)指标的关键环节。基于三碳酸铀酰铵分解还原生成二氧化铀的机理,分析了影响四价铀产品质量的主要因素与控制手段,发现由于二氧化铀被氧化导致四价铀不合格是无法被直观测量的,但又是最主要的影响因素。从物料异常、设备故障、异常操作等方面总结了四价铀不合格的原因,其中设备故障与异常操作极易引起二氧化铀被氧化,从而导致四价铀不合格。因此,天然二氧化铀生产的质量薄弱环节主要在于三碳酸铀酰铵的煅烧设备故障与冷却过程的异常操作。

在大多数反应堆中,为了增加堆芯寿命和提高经济效益,考虑在燃料棒中掺入一部分可燃中子毒物来增加其燃耗深度。铒(Er)是一种常见的可燃中子毒物,为了解决这类燃料棒生产过程中Er元素含量的在线监测问题,使用瞬发伽马活化分析技术(Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis, PGNAA)对大体积样品进行了在线检测研究。利用镅铍(AmBe)同位素中子源和高纯锗搭建试验测量平台,选用氧化铒(Er₂O₃)作为样品,同时结合MCNP进行模拟计算。结果显示,样品的质量和特征峰净面积在经过中子自屏蔽修正后成线性变化关系。该平台对铒元素的质量检测限为24.2 g,相对标准偏差为3.65%,相对误差为3.47%;准确度和精密度受数据统计涨落的影响,后续将对设备进行优化,以增加监测准确度和精密度。研究结果证明了利用该方法进行在线监测的可行性,并为后续使用热中子测量铒元素含量和修正大体积样品中子自屏蔽效应奠定了基础。

回顾了铀矿冶的发展历程,介绍了铀矿冶放射性废物管理体系和废物处理处置现状,分析了当前铀矿冶放射性废物管理中存在的问题,提出了铀矿冶废物管理的基本思路、工作目标、重点任务和保障措施,旨在为今后铀矿冶废物的科学管理提供指导。

在全球能源需求不断增长的背景下,各类型矿产资源的开采速度正在加快。然而随着开采深度的增加,高温热害问题逐渐凸显。高温热害问题不仅影响各类机械设备的正常运行,还对矿井安全生产构成了严重威胁。笔者以南方某硬岩铀矿井为例,分析了矿井热害问题的产生原因及影响;通过数值模拟等方法,深入研究了该矿井的围岩热物性参数、矿井地温场及深部热环境等,分析了该矿井目前存在的问题,并提出降温技术方案。

铀尾矿库的安全至关重要,铀尾矿的静动力学特性是进行尾矿库设计和安全分析评价的基础。以中国南方某铀尾矿库为研究对象,通过对现场钻探和室内试验数据进行函数拟合化和图像化分析,系统研究了该铀尾矿库地层的时空分布规律,以及密度、孔隙比、固结系数、渗透系数、内摩擦角、粘聚力、动弹性模量、动剪切模量、阻尼比等铀尾矿物理力学及动力特性的变化规律和内在机理,研究成果可为铀尾矿库的安全分析和安全运行提供指导。

铀尾矿库是重大危险源,在各种工况(包括极端灾害条件)下均应确保其安全可靠。地震工况是影响铀尾矿库安全的重要工况之一,采用三维动力有限元法对某铀尾矿库整治工程进行了地震模拟分析,选择考虑小应变刚度的硬化土模型和液化土模型作为本构模型,考虑罕遇地震的极端工况,将地震波特征参数和尾矿动力特性参数输入有限元地震动力模拟计算中,得到各工况尾矿库的位移云图、加速度云图、加速度时程曲线、潜在液化范围、增量位移云图等。结果表明,在地震作用下,坝体位移呈现累积增大的特征,整治工程实施后坝体位移明显降低;整治工程未对加速度反应造成明显改变;液化区主要分布在块石反压平台以下的堆积坝体,以浅层(深度约3~6 m)液化为主,对液化情况改善有限;整治工程实施后,罕遇地震工况下的最小安全系数由0.975提升至1.061,安全性得到了根本提升。

硬岩铀矿山是中国天然铀产能的重要组成部分。由于政策调整,当前硬岩铀矿多处于维持维护状态,矿石开采和水冶工序等生产设施停止运行,仅保留尾矿(渣)库、废水处理等设施维持运转。硬岩铀矿维持维护期放射性废物排放量与生产期放射性废物排放量有较大差异,其源项数量和释放量总体减少,对周围环境和公众的辐射影响明显降低,某典型硬岩铀矿山停产后氡浓度和个人剂量贡献值降幅达25.4%~44.5%。根据维持维护期间的源项特征,提出了硬岩铀矿山在维持维护期间的环保措施优化建议,以实现源项削减目标,并给出了流出物和环境监测调整优化方案,确保在人力减少、维持维护工作量增加的情况下,及时发现问题,保障停产矿山的辐射安全可控。

部分铀矿冶设施在建矿前未开展土壤²²⁶Ra本底调查工作,使得该部分设施土壤治理去污管理限值难以确定,给铀矿冶退役治理工程造成一定困难。通过分析土壤²²⁶Ra比活度的影响因素得出,自然因素决定了场址土壤²²⁶Ra比活度本底值,人为因素造成了场址土壤²²⁶Ra比活度的升高,这导致难以直接在污染场地进行补充调查。为减少人为因素的影响,从铀矿冶设施周围土壤环境入手,提出了补充调查监测布点原则、最小样本量和土壤²²⁶Ra比活度统计和表征方法,并以某铀矿山为例验证了补充调查方法的可行性。研究结果可为铀矿冶退役治理工程设计和实践提供支持。

对某铀矿产生的矿井水、尾矿库流出水、工艺废水等液态流出物的放射性进行调查、分析和评价,掌握液态流出物的放射性水平和受纳水体的污染情况,评价液态流出物通过各种污染途径对当地居民造成的辐射影响。结果表明,矿井水、工艺废水和尾矿库流出水经处理后,废水中的U_天然、²²⁶Ra、²¹⁰Pb和²¹⁰Po的排放浓度均满足限值要求;受纳水体下游河段中的U_天然浓度稍高于本底水平,²²⁶Ra、²¹⁰Pb和²¹⁰Po浓度均属正常本底水平。铀矿排放的液态流出物致20 km范围内居民最大个人剂量为1.45×10^-3 mSv/a,最大集体有效剂量为2.35×10^-4人·Sv/a,关键居民组为WNW方位、>2~5 km区的人口组。该铀矿液态流出物在处理达标后排入受纳水体,对当地的辐射影响较小。