高溫礦井皮帶工人傳冷隔熱帳篷的營(yíng)建

常德化，許曉燕，譚冬偉，于 超，喬善成，陸世將

(1.山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590;2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院臨床學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

隨著礦井開(kāi)采深度的增加和機(jī)械化水平的逐步提高，高溫礦井熱害越來(lái)越嚴(yán)重，已成為制約煤礦安全開(kāi)采的重要因素之一［1］.輸送機(jī)在工作過(guò)程中，依靠高壓滾筒工作，產(chǎn)生多余熱量，同時(shí)，皮帶上運(yùn)送的煤矸石也會(huì)散發(fā)更多的熱量，使皮帶工人的周圍形成特高溫?zé)岘h(huán)境［2］.因此，高溫礦井皮帶工人周圍的環(huán)境有待改善。

1 礦井高溫環(huán)境產(chǎn)生的機(jī)理

1.1 空氣自壓縮放熱

在地表空氣自井口向井下流動(dòng)的過(guò)程中，受地球重力場(chǎng)的影響，使得井筒內(nèi)的空氣氣壓增大，位能降低，溫度升高，接著熱空氣以氣流的形式將超出自身攜帶的熱量逐漸釋放，導(dǎo)致井下風(fēng)流溫升。

1.2 圍巖散熱

圍巖向井巷傳熱的兩個(gè)途徑主要是自巖體深處向井巷進(jìn)行的熱傳導(dǎo)和經(jīng)裂隙的水流被高溫巖體加熱后將熱量傳給井巷工作面。圍巖的原始巖溫與在井巷風(fēng)流的溫差是熱交換的推動(dòng)力，這種溫差的正負(fù)能夠確定熱流在圍巖與風(fēng)流間的傳遞方向。一般情況下，井下原始巖溫通常會(huì)高于該處巷道風(fēng)流溫度，這樣圍巖上的熱量會(huì)傳遞到井下巷道或者采煤工作面，所以圍巖往往是井下降溫工作時(shí)不可避免的重要熱源。但是井下圍巖與風(fēng)流間的對(duì)流換熱傳熱是一個(gè)不穩(wěn)定的傳熱過(guò)程，由于大地?zé)崃髯饔?，井巷圍巖溫度較高，其傳導(dǎo)的熱流量大小是非定常的［3］.

1.3 機(jī)電設(shè)備散熱

機(jī)電設(shè)備的散熱也是礦井熱源中的一個(gè)主要的組成部分，井下常用的機(jī)電設(shè)備包括:采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、提升運(yùn)輸設(shè)備、壓風(fēng)機(jī)、電機(jī)車、變壓器、水泵、照明設(shè)備等。井下機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)能很小，機(jī)械功主要為將物料提升到地面，即增大物料或液體的位能。另一部分沒(méi)有做機(jī)械功的電能在轉(zhuǎn)換為熱能后，以熱傳導(dǎo)和熱輻射的形式全部散發(fā)到巷道風(fēng)流中，使礦井內(nèi)溫度升高。

1.4 礦石運(yùn)輸散熱

礦石在運(yùn)輸過(guò)程中將產(chǎn)生一定的放熱，在輸送機(jī)上煤炭的散熱量相對(duì)于其它散熱大，致使礦井內(nèi)溫度上升。

1.5 氧化放熱

礦床開(kāi)采后，礦體、圍巖和木支護(hù)材料等在坑道內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，如下式:

由于上述三個(gè)反應(yīng)在發(fā)生過(guò)程都會(huì)散發(fā)出大量的熱，散發(fā)到巷道內(nèi)使得礦井內(nèi)溫度升高。

1.6 人員散熱

在井下人員比較集中的區(qū)域，如采煤工作面，人員放熱也會(huì)使巷道內(nèi)的溫度升高。

2 高溫礦井對(duì)皮帶工人的影響

2.1 生理影響

1)影響皮帶工人的行為機(jī)能。在高溫環(huán)境下作業(yè)的工人，出汗量可達(dá)常溫作業(yè)的5～10倍，出汗時(shí)會(huì)有水溶性維生素、礦物鹽以及大量的氮化鈉排出，破壞了人體的正常水鹽代謝，從而出現(xiàn)熱痙攣等病變。人在較熱的空氣中較長(zhǎng)時(shí)間勞動(dòng)，尤其在采煤工作面的工人，極易發(fā)生中暑、昏倒、嘔吐等癥狀［4］.

2)有害氣體增多使皮帶工人身體健康受到影響。高溫會(huì)增加礦井空氣環(huán)境中有害空氣的量，同時(shí)使得空氣中氧含量相對(duì)減少，干擾皮帶工人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使其肌肉工作能力下降。

3)易導(dǎo)致皮帶工人身心疲憊。高溫環(huán)境下，皮帶工人體溫將快速升高，脈搏加速，代謝率增高，造成短時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，使其工作效率降低，人為事故率增高［5］.

2.2 心理影響

1)緊張心理加重。在井下高溫環(huán)境作用下，人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量難以散發(fā)，而人體將主要通過(guò)皮膚血管擴(kuò)張?jiān)黾优藕沽?，造成心率增快，使得緊張心理加重。相關(guān)資料顯示:人長(zhǎng)時(shí)間處于緊張的心理狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致注意力不集中，思維混亂，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)失控現(xiàn)象［6－7］.

2)焦慮、抑郁情緒增高。連續(xù)工作和超長(zhǎng)的精神壓力使工人睡眠質(zhì)量降低，體力下降，極易疲勞，內(nèi)心充滿緊張、不安和焦慮，對(duì)事物缺乏興趣，表現(xiàn)為郁郁寡歡、心煩意亂。如果變得消極、悲觀、失望、憂心忡忡、郁郁寡歡，則妨礙了工人準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)、分析和考察自己應(yīng)對(duì)所面臨工作的能力，使之難以做出理性的判斷和決定。

3)誘發(fā)心理疾病。高溫環(huán)境下，皮帶工人易產(chǎn)生過(guò)度的應(yīng)激反應(yīng)，使其情緒過(guò)度波動(dòng)、認(rèn)識(shí)能力降低、自我概念不清，而且可誘發(fā)神經(jīng)官能癥、抑郁性疾病等精神障礙［8］.

3 皮帶工人健康環(huán)境的營(yíng)建

3.1 搭建隔熱帳篷

首先使用較細(xì)的空心立方形鐵棒，圍成長(zhǎng)2 m，寬1.5 m，高1.9 m的立方體框架，用電鉆打眼，螺絲固定起來(lái)，然后制備與框架等長(zhǎng)寬高的薄鐵皮，同樣用螺絲使鐵皮固定在固定好的框架上，其中工人看皮帶的一側(cè)采用密封玻璃安裝，再者將隔熱薄膜固定在框架內(nèi)部的薄鐵皮上，最后將制備好的隔熱帳篷放在看皮帶工人所工作附近的最佳位置。

3.2 井上引入高壓空氣

一般礦井上部都有大型的空氣壓縮機(jī)，以備為井下提供充足的風(fēng)量。將井上壓縮所得的高壓空氣用管子引進(jìn)隔熱帳篷內(nèi)。

3.3 安裝渦流管

將隔熱帳篷內(nèi)管子的一端接上渦流管并固定在帳篷內(nèi)合適的位置，其中渦流管出冷風(fēng)的一側(cè)對(duì)著帳篷內(nèi)工人工作的位置方向，渦流管出熱風(fēng)的另一側(cè)用另一個(gè)管子引入回風(fēng)巷道內(nèi)。

4 傳冷隔熱帳篷的適應(yīng)情況及理論效果分析

采用該方法設(shè)計(jì)的傳冷隔熱帳篷主要是為皮帶工人的安全生產(chǎn)提供有利條件，因此，對(duì)所需布置的礦井的地質(zhì)條件有以下要求:1)全井田內(nèi)煤層產(chǎn)狀相對(duì)比較穩(wěn)定。2)頂?shù)装宄霈F(xiàn)大、中型斷層的幾率很少，每平方千米內(nèi)不得超過(guò)1條。3)沒(méi)有或者很少出現(xiàn)巖漿侵入體活動(dòng)，一旦出現(xiàn)，不能影響正常的安全生產(chǎn)。4)瓦斯涌出量相對(duì)較少，服務(wù)年限較長(zhǎng)。

在相對(duì)地點(diǎn)比較固定的皮帶周圍安裝傳冷隔熱帳篷:1)能夠?yàn)槠Чと藸I(yíng)造一個(gè)溫度較為適宜的環(huán)境，皮帶工人在傳冷隔熱帳篷內(nèi)進(jìn)行工作就會(huì)較少出現(xiàn)中暑或者體力急劇下降的現(xiàn)象，使得皮帶工人在工作過(guò)程中能夠長(zhǎng)時(shí)間處于精力充沛的狀態(tài)，減少了人為失誤。2)傳冷隔熱帳篷是由幾乎密封的鋼質(zhì)材料圍成的，隔絕了巷道內(nèi)的污濁空氣，減少了煤塵對(duì)工人肺部的影響，進(jìn)而削弱了皮帶工人對(duì)職業(yè)塵肺病的恐懼感。3)傳熱隔熱帳篷里側(cè)固定有保溫膜，使其具備保冷的效果，降低了傳冷隔熱帳篷內(nèi)的冷空氣與巷道內(nèi)的熱空氣之間的熱量交換，減少了冷量浪費(fèi)，節(jié)省了礦井生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的傳冷隔熱帳篷，其造價(jià)較低，能夠?yàn)榕駜?nèi)的皮帶工人提供清新的空氣、適宜的溫度，改善了皮帶工人的生產(chǎn)環(huán)境，降低了人為失誤率，對(duì)高溫礦井環(huán)境下的安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

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