note technique
Les descendants à vie courte du radon dans les mines de charbon
en Pologne
J a n S K O W R O N E K *
(Manuscrit reçu le 21 décembre 1989)
L'article présente les résultats des contrôles des concentrations en radon et en énergie alpha potentielle des descendants à vie courte effectués dans les mines de charbon en Pologne. Les changements irréguliers du facteur d'équi- libre entre le radon et ses descendants ne permettent pas d'utiliser les contrôles de radon pour estimer le risque radiologique des mineurs. L'exis- tence du risque est l'effet des systèmes d'exploitations du charbon et des systèmes d'aérages appliqués.
Results of monitoring of radon and potential alpha energy concentration of radon decay products in coal mines in Poland are presented. It has been found, that because of irregular variations of the coefficient of equilibrium between radon and its daughter products, radon concentration only is not sufficient for the evaluation of miners' radiation exposure. Radiation hazard is connected with the exploitation and ventilation systems.
I N T R O D U C T I O N
Les é t u d e s h y d r o l o g i q u e s u t i l i s a n t d e s i n d i c a t e u r s r a d i o a c t i f s e f f e c t u é e s d a n s les m i n e s d e c h a r b o n p e n d a n t les a n n é e s 70, o n t p e r m i s d e d é c o u v r i r un p h é n o m è n e assez rare d a n s la n a t u r e , en d e h o r s d e s t e r r a i n s u r a n i f è r e s : d e s e a u x s o u t e r r a i n e s t r è s c h a r g é e s en r a d i u m 2 2 6 et 228. Les a n n é e s s u i v a n t e s o n t a p p o r t é plus d ' i n f o r m a t i o n s sur c e s u j e t [5].
* Institut central des mines, OS-V Pl. Gwarkow 1, 40-951 Katowice, Pologne.
RÉSUMÉ
ABSTRACT
RADIOPROTECTION, V O L 26 - 0 0 3 3 - 8 4 5 1 / 1 9 9 1 / 6 5 / $ 5.00/ © G é d i m . Article published by EDP Sciences and available at http://www.radioprotection.org or http://dx.doi.org/10.1051/radiopro/1991005
A u j o u r d ' h u i , n o u s avons p l u s d ' i n f o r m a t i o n s sur la r a d i o a c t i v i t é dans les m i n e s d e c h a r b o n . Nous avons c o n s t a t é que le risque r a d i o l o g i q u e existe n o n s e u l e m e n t d a n s les mines d ' u r a n i u m , mais aussi dans d'autres mines.
Dans les m i n e s d e c h a r b o n d e Haute-Silésie, nous avons t r o u v é p r e s q u e t o u t e s les sources d e risque r a d i o l o g i q u e p r é s e n t e s dans les mines d ' u r a n i u m :
— les e a u x s o u t e r r a i n e s c o n t i e n n e n t des c o n c e n t r a t i o n s en r a d i u m allant j u s q u ' à 4 0 0 k B q / m3 ;
— les s é d i m e n t s p e u v e n t aussi avoir des c o n c e n t r a t i o n s élevées e n r a d i u m (jusqu'à 4 0 0 kBq/kg) ;
— le d é b i t d e d o s e d û a u r a y o n n e m e n t g a m m a émis par c e s s é d i m e n t s p e u t aller j u s q u ' à 18 /;Gy/h ;
— d a n s l'air d e s mines, il y a d e s c o n c e n t r a t i o n s en r a d o n et en ses d e s - c e n d a n t s plus é l e v é e s qu'à l'air libre.
Cet a r t i c l e p r é s e n t e les résultats des c o n t r ô l e s des c o n c e n t r a t i o n s en é n e r g i e a l p h a p o t e n t i e l l e mesurées dans les mines d e c h a r b o n . Le risque r a d i o l o g i q u e d û aux d e s c e n d a n t s à vie c o u r t e d u r a d o n ne s'explique pas par les c o n c e n t r a t i o n s e n radium o b s e r v é e s d a n s le c h a r b o n ou dans les r o c h e s a d j a c e n t e s (max. 120 B q / k g en 2 2 6R a ) [6] mais par les m é t h o d e s d ' e x p l o i t a t i o n et les t e c h n i q u e s d'aérage.
MÉTHODES DE C O N T R Ô L E
Pour d é t e r m i n e r les sources de r a d o n et d e ses d e s c e n d a n t s dans les mines, nous avons mesuré, le long des c i r c u i t s d'aérage des mines, les c o n c e n t r a t i o n s en r a d o n 222 et en é n e r g i e alpha p o t e n t i e l l e . Ces r é s u l - tats o n t p e r m i s d e d é t e r m i n e r les valeurs d u f a c t e u r d'équilibre e n t r e le r a d o n et ses d e s c e n d a n t s d a n s la m i n e .
Les m e s u r e s d e r a d o n ont été e f f e c t u é e s avec des fioles s c i n t i l l a n t e s de 170 c m3; le seuil de d é t e c t i o n est d e 70 B q / m3.
Les m e s u r e s d e s d e s c e n d a n t s à vie c o u r t e d u r a d o n o n t été faites avec un a p p a r e i l polonais d u t y p e R G R - 1 1 . Le c y c l e de m e s u r e d u r e 15 m i n ; les d e s c e n d a n t s sont prélevés sur le filtre p e n d a n t 5 m i n à un débit d e 2 l / m i n . Les particules alpha s o n t m e s u r é e s par le d é t e c t e u r sili- c i u m d e u x f o i s e n t r e la 7e et la 1 0e m i n u t e et e n t r e la 1 3e et la 1 5e m i n u t e du c y c l e s e l o n la m é t h o d e d e M a r k o v [2]. Sur la base de c e s d e u x m e s u r e s , o n p e u t d é t e r m i n e r la c o n c e n t r a t i o n d e c h a c u n des d e s c e n - d a n t s à vie c o u r t e d u radon 222. Le d e u x i è m e résultat p e r m e t d e d é t e r - miner la c o n c e n t r a t i o n en énergie alpha p o t e n t i e l l e . Le seuil de d é t e c t i o n pour l'énergie a l p h a potentielle est d e 0,15 ¿/J/m3.
66 RADIOPROTECTION
R É S U L T A T S
Le c o n t r ô l e d e s c o n c e n t r a t i o n s e n r a d o n et en é n e r g i e alpha p o t e n - tielle des d e s c e n d a n t s à vie c o u r t e d u r a d o n a é t é fait d a n s 19 q u a r t i e r s d e 6 m i n e s d e c h a r b o n d i f f é r e n t e s . O n a c h o i s i des m i n e s et d e s q u a r t i e r s q u i p r é s e n t e n t d e s m é t h o d e s d ' e x p l o i t a t i o n o u d e s s y s t è m e s d ' a é r a g e d i f f é r e n t s , a v e c et sans g r i s o u . Dans t o u s les cas, les c o n t r ô l e s o n t é t é faits le l o n g des c o u r a n t s d'air.
O n a o b s e r v é q u e les c o n c e n t r a t i o n s e n r a d o n et en é n e r g i e a l p h a p o t e n t i e l l e s ' a c c r o i s s e n t a p r è s p a s s a g e d e l'air par les z o n e s f o u d r o y é e s (1), mais c e n'est pas le c a s g é n é r a l (fig. 1 à 3). En g é n é - ral, l'air e n t r a n t d a n s les c h a n t i e r s ne p r é s e n t e ni r a d o n , ni d e s c e n - d a n t s . Les c o n c e n t r a t i o n s ne d é p e n d e n t pas d i r e c t e m e n t des f a c t e u r s g é o l o g i q u e s d u g i s e m e n t , t e l s q u e la s t r u c t u r e g é o l o g i q u e , la t e n e u r e n r a d i u m o u u r a n i u m , la p r é s e n c e des eaux r a d i o a c t i v e s , e t c . [ 1 ] . O n a t r o u v é q u ' e l l e s ne d é p e n d e n t q u e des c o n d i t i o n s t e c h n i q u e s d e l'ex- p l o i t a t i o n et s u r t o u t d e la m é t h o d e d e l ' e x p l o i t a t i o n et d u s y s t è m e d'aérage.
De l'entrée d'air j u s q u ' a u r e t o u r , o n o b s e r v e des c h a n g e m e n t s i r r é - guliers d u f a c t e u r d'équilibre. Ces c h a n g e m e n t s o n t lieu au niveau d e s c a r r e f o u r s d e s galeries, d a n s les n œ u d s d u r é s e a u d'aérage, mais aussi
1. EAP = 0,15 fjJIm3, CRn = 441 Bq/m3, F = 0,06 2. EAP = 0,31 fjJIm3, CRn = 481 Bq/m3, F = 0,12 3. EAP = 0,46- /yJ/m3, CRn = 481 Bq/m3, F = 0,17
4. EAP = 0,27 / A i / m3, CRn = 555 Bq/m3, F = 0,09
5. EAP = 0,85 //J/m3, CRn = 296 Bq/m3, F = 0,51
Circulation de l'air
Porte d'aérage
Galerie foudroyée.
Galerie
Fig. 1. — Exemple de l'aérage en "U".
(1) Zone foudroyée : le terrain où les vides de l'exploitation sont comblés par l'éboule- ment des terrains sus-jacents.
V O L 26 - N° 1 67
après les c h a n g e m e n t s de la d i r e c t i o n du flux d'air à p r o x i m i t é des zones f o u d r o y é e s . Les valeurs d u f a c t e u r d'équilibre varient assez r é g u - l i è r e m e n t e n t r e 0,05 et 1 ( f i g . 4). O n ne p e u t d o n c pas utiliser les c o n t r ô l e s d u r a d o n pour e s t i m e r c o r r e c t e m e n t le risque d û aux d e s c e n d a n t s .
Sur les f i g u r e s 5 et 6 et d a n s le t a b l e a u I, on p r é s e n t e la d i s t r i b u t i o n des valeurs d e la c o n c e n t r a t i o n en é n e r g i e alpha p o t e n t i e l l e d a n s les dif- f é r e n t s t y p e s d e c h a n t i e r . D'après la r é g l e m e n t a t i o n p o l o n a i s e [3], l'histo- g r a m m e des v a l e u r s est divisé e n q u a t r e parties :
Porte d'aérage Galerie de transport (
Galerie de transport
1 . EAP = 0,19 //J/m3, CRn = < 70 Bq/m 3
i
2 . EAP = 0,17 //J/m3, CRn = 111 Bq/m3, F = 0,41 3 . EAP = 0,21 //J/m3, CRn = 222 Bq/m3, F = 0,17 4. EAP = 0,44 ¿/J/m3, CRn = 222 Bq/m3, F = 0,36 5 . EAP = 0,29 //J/m3, CRn = 481 Bq/m3, F = 0,11 6 . EAP = 0,15 //J/m3, CRn = 370. Bq/m3, F = 0,07 7 . EAP = 0,58 //J/m3, CRn = 388 Bq/m3, F = 0,27
Flg. 2. — Exemple de l'aérage en "Z".
68 RAOIOPROTECTION
1) a u - d e s s o u s d e 0,4 / / J / m3, o n c o n s i d è r e q u e le r i s q u e e s t n é g l i g e a b l e ; 2) d e 0,4 à 2,5 / / J / m3, d e s c o n t r ô l e s d ' a m b i a n c e s o n t n é c e s s a i r e s ; 3) d e 2,5 à 6,2 / / J / m3, u n e d o s i m é t r i e individuelle p e u t ê t r e n é c e s s a i r e si
le t e m p s d e t r a v a i l sur c e p o s t e r e n d p o s s i b l e u n d é p a s s e m e n t d e la d o s e e f f i c a c e a n n u e l l e d e 15 m S v ;
4 ) a u - d e s s u s d e 6,2 / / J / m3 ( l i m i t e o p é r a t i o n n e l l e ) .
I
Galerie d'aérage 1. EAP < 0 , 0 2 //J/m3,
2 . EAP = 0,40 //J/m3, CRn = 516 Bq/m3, F = 0,14 3. EAP = 1,96 / A l / m3, CRn = 708 Bq/m3, F = 0,50 4. EAP = 2,15 //J/m3, CRn = 903 Bq/m3, F = 0,43 5. EAP = 1,00 //J/m3 CRn = 1641 Bq/m3, F = 0,11 6. EAP = 2,22 //J/m3, CRn = 1 603 Bq/m3, F = 0,25 7 . EAP = 3,30 / A l / m3, CRn = 1 986 Bq/m3, F = 0,30 8. EAP = 2,82 / A l / m3, CRn = 1 039 Bq/m3, F = 0,49 9. EAP = 7,08 //J/m3, CRn = 1 660 Bq/m3, F = 0,77
Flg. 3. — Exemple de l'aérage en sorte.
VOL. 26 - N°. 1 69
TABLEAU I
Energie alpha potentielle dans différents types de chantiers (en //J/m"1)
3 <c@$
Tailles l o n g u e s r e m b l a y é e s
f o u d r o y é e s
f o u d r o y é e s g r i s o u t e u s e s
f o u d r o y é e s n o n grisouteuses . . .
94 63 9 0 3 6
6 3 0 10 52
6 2 10 2
Pourcentage des observations
25
20
15
10
5
0
0,1 0,2 0,3 0.4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
F
Fig. 4. — Histogramme des valeurs du facteur d'équilibre F dans les mines de charbon.
70 RADIOPROTECTION
Pourcentage des observations
Fig. S. — Histogramme des concentrations en énergie alpha potentielle dans les chantiers exploités en tailles longues :
R — remblayées ; F — foudroyées ;
F et G — foudroyées grisouteuses ; F — G — foudroyées non grisouteuses.
D a n s les c h a n t i e r s e x p l o i t a n t e n l o n g u e taille (2), o n o b s e r v e ( t a b l e a u I et f i g u r e 5) q u ' e n u t i l i s a n t le r e m b l a y a g e , 9 4 % d e s p o s t e s c o n t r ô l é s ne p r é s e n t e n t p a s d e r i s q u e r a d i o l o g i q u e . Les c o n c e n t r a t i o n s e n é n e r g i e
(2) Exploitation en tailles : une allée d'abattage progresse parallèlement à elle-même dans la couche du charbon. Cette allée est maintenue ouverte au moyen de lignes de soutè- nement systématique, constitué de piles ou d'étançons. L'arrière-taille, partie déjà exploitée, est soit foudroyée, soit remblayée. Selon la longueur de l'allée et les usages locaux, on dis- tingue les longues tailles, les tailles courtes et les tailles très courtes ou mini-tailles.
V O L 26 - N° 1 71
Pourcentage des observations
Concentration en énergie alpha potentielle, / / J / m
Fig. 6. — Histogramme des concentrations en énergie alpha potentielle
dans les chantiers exploités en taille longue et avec des systèmes d'aérage différents.
alpha p o t e n t i e l l e ne d é p a s s e n t pas la valeur d e 2,5 / A J / m3. Dans c e t y p e de c h a n t i e r , si o n exploite a v e c f o u d r o y a g e , le taux des p o s t e s qui n é c e s s i t e n t un c o n t r ô l e d o s i m é t r i q u e est plus élevé : 63 % des p o s t e s ne p r é s e n t e n t pas d e r i s q u e r a d i o l o g i q u e mais les c o n c e n t r a t i o n s p e u v e n t d é p a s s e r la l i m i t e o p é r a t i o n n e l l e , 6,2 / ; J / m3. La valeur m a x i m a l e t r o u v é e d a n s c e t y p e d e c h a n t i e r e s t de 13,7 p J / m3.
La p r o p o r t i o n d e postes d e travail a v e c o u sans risque c h a n g e en f o n c t i o n d e la p r é s e n c e du g r i s o u :
— d a n s les c h a n t i e r s f o u d r o y é s où il n'y a pas d e grisou, 36 % s e u l e m e n t d e s p o s t e s c o n t r ô l é s ne p r é s e n t e n t pas de risque ; les valeurs de la c o n c e n t r a t i o n e n énergie a l p h a p o t e n t i e l l e p e u v e n t dépasser la limite o p é r a t i o n n e l l e d e 6,2 /yJ/m3 ;
72 RADIOPROTECTION
— par c o n t r e , d a n s les c h a n t i e r s f o u d r o y é s o ù l'on c o n s t a t e la p r é s e n c e d e g r i s o u , 90 % des p o s t e s c o n t r ô l é s ne p r é s e n t e n t pas de risque ; les c o n c e n t r a t i o n s en é n e r g i e alpha p o t e n t i e l l e sont inférieures à 2,5 / / J / m3.
La p r é s e n c e d e grisou d a n s le c h a n t i e r exige des t e c h n i q u e s d'aérage s p é c i f i q u e s , é v i t a n t la p é n é t r a t i o n d e l'air d a n s les é b o u l i s et les fuites d'air par les t e r r a i n s f o u d r o y é s . O n a d o n c é t u d i é la d i s t r i b u t i o n des valeurs de c o n c e n t r a t i o n en énergie alpha p o t e n t i e l l e dans les c h a n t i e r s avec d i f f é r e n t s s y s t è m e s d'aérage ( t a b l e a u II et figure 6).
TABLEAU II
Energie alpha potentielle selon les systèmes d'aérage (en //J/mJ)
il
U (ou d e retour) . 78 22
Z (ou en diagonale) 29 " 67 4
en série 27 47 20 6
Pour le s y s t è m e d'aérage n o m m é " U " (ou " d e r e t o u r " ) — l'air passe par les galeries e n t o u r a n t le massif (le pilier) et n'a pas de possibilité de t r a v e r s e r les é b o u l i s — 78 % des p o s t e s c o n t r ô l é s ne p r é s e n t e n t pas de risque. A v e c les a u t r e s s y s t è m e s , la s i t u a t i o n c h a n g e r a d i c a l e m e n t : 29 % s e u l e m e n t des p o s t e s dans les c h a n t i e r s v e n t i l é s avec le s y s t è m e " Z " (ou
" e n d i a g o n a l e " ) ne p r é s e n t e n t pas d e risque, mais on n'y t r o u v e pas de c o n c e n t r a t i o n s r é e l l e m e n t i m p o r t a n t e s (au-dessus d e 6,2 / / J / m3) . Dans les q u a r t i e r s o ù l'on aère d e u x o u t r o i s c h a n t i e r s " e n série", la s i t u a t i o n est s e m b l a b l e : 27 % d e p o s t e s sans risque mais des c o n c e n t r a t i o n s plus élevées, a u - d e s s u s de la limite o p é r a t i o n n e l l e de 6,2 / / J / m3, sont p o s - sibles. Ces d e u x s y s t è m e s p e r m e t t e n t à l'air de traverser les zones f o u d r o y é e s .
Dans les galeries en d e h o r s des o u v r a g e s b o r d é s par des zones f o u d r o y é e s , o n n'a pas t r o u v é d ' a u g m e n t a t i o n significative de la c o n c e n - t r a t i o n en r a d o n . O n p e u t c o n s i d é r e r q u e , d a n s les mines de c h a r b o n , il n'y a pas d'autres s o u r c e s d e r a d o n q u e les é b o u l i s : la g r a n d e s u r f a c e des r o c h e s d'éboulis et les faibles m o u v e m e n t s d'air c r é e n t des c o n d i - t i o n s f a v o r a b l e s p o u r a u g m e n t e r les c o n c e n t r a t i o n s e n r a d o n dans l'air.
D'autre part, la faible vitesse de c i r c u l a t i o n d'air dans les éboulis p e r m e t la d é c r o i s s a n c e d u r a d o n , d o n c la f o r m a t i o n d e ses d e s c e n d a n t s . Si le s y s t è m e d'aérage rend p o s s i b l e s les f u i t e s d e l'air par les éboulis, on r e t r o u v e t o u t d e s u i t e l'enrichissement d e l'air en r a d o n et en ses d e s - c e n d a n t s .
P e n d a n t l'abattage des galeries a é r é e s avec la v e n t i l a t i o n s e c o n d a i r e , on n'observe pas d ' a u g m e n t a t i o n des c o n c e n t r a t i o n s en r a d o n .
VOL. 26 - N° 1 73
C O N C L U S I O N
Le r i s q u e r a d i o l o g i q u e dû aux d e s c e n d a n t s à vie c o u r t e du r a d o n peut exister aussi dans les m i n e s de c h a r b o n . Il n'est pas dû à la m i n é r a l i s a t i o n u r a n i f è r e d u g i s e m e n t . En effet, dans le c h a r b o n , les c o n c e n t r a t i o n s en r a d i u m o u en u r a n i u m ne d é p a s s e n t pas la valeur m o y e n n e p o u r la c r o û t e t e r r e s t r e [ 4 ] . L'existence du risque dans les c h a n t i e r s est l'effet des m é t h o d e s d ' e x p l o i t a t i o n et des s y s t è m e s d'aérage a p p l i q u é s . Là où l'air c i r c u l e par les v a s t e s terrains f o u d r o y é s , par les é b o u l i s d e c h a r b o n et là o ù les s y s t è m e s d'aérage r e n d e n t possibles des fuites d'air par ces é b o u l i s , on r e n c o n t r e d e s postes a v e c des c o n c e n t r a t i o n s en énergie alpha p o t e n t i e l l e élevées. Elles p e u v e n t a t t e i n d r e des niveaux c o n d u i s a n t au d é p a s s e m e n t d e la limite a n n u e l l e de la d o s e e f f i c a c e (35 mSv). Les c h a n t i e r s les plus m e n a c é s par les d e s c e n d a n t s du r a d o n sont les c h a n t i e r s e x p l o i t é s en longue taille f o u d r o y é e avec a é r a g e en Z et les c h a n t i e r s o ù o n utilise le m ê m e f l u x d'air pour aérer en série plusieurs
tailles. •
BIBLIOGRAPHIE
[1] C H A L U P N I K St., S K O W R O N E K J., S K U B A C Z K., LEBECKA J. - Short-living r a d i o i s o t o p e s f r o m u r a n i u m a n d t h o r i u m series in coal mine a t m o s p h e r e . Pro- c e e d i n g s of t h e 4. w o r k i n g meeting " I s o t o p e s in nature", Leipzig, Sept. 1986.
[2] M A R K O V K.P., R Y A B O V N.V., STAS K.N. - A rapid m e t h o d of e s t i m a t i o n of t h e r a d i a t i o n hazard f r o m t h e presence of the decay p r o d u c t s of radon in air.
A t o m n a i a Energía, 1962, 12, 3 1 5 - 3 1 9 .
[3] R a d i o p r o t e c t i o n dans les mines souterraines. Limites d'exposition des mineurs à l'action des i s o t o p e s radioactifs naturels et m é t h o d e s d e c o n t r ô l e . N o r m e p o l o n a i s e P N - 8 8 / Z - 7 0 0 7 1 , 1988.
[4] S K O W R O N E K J. — Radionuclides f r o m uranium and t h o r i u m series in c a r b o n i - f e r o u s f o r m a t i o n s . Proceedings of the 4 t h w o r k i n g m e e t i n g " I s o t o p e s in n a t u r e " , Leipzig, September 1986.
[5] T O M Z A I., LEBECKA J. - Radium-bearing waters in coal mines. In : Internatio- nal c o n f e r e n c e on radiation hazards in mining : c o n t r o l , m e a s u r e m e n t s , and m e d i c a l a s p e c t s , G o l d e n (Co), Oct. 4-9, 1981 (M. Gomez, Ed.). New Y o r k : S o c i e t y of m i n i n g engineers, 1 9 8 1 , 945-948.
[6] W Y S O C K A M., S K O W R O N E K J. - Radioactivité naturelle d u c h a r b o n dans la r é g i o n R y b n i k - J a s t r z e b i e . Publ. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci., 1990, A/M5, 2 3 5 0 - 2 3 5 6 .
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