高溫高濕礦井作業(yè)人員連續(xù)工作時(shí)間的研究

李 季，宋富美，程彩霞

(1.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，河北 廊坊 065000； 2.北京燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)部，北京 100011)

近年來，我國(guó)煤礦已逐步進(jìn)入到深部開采階段，當(dāng)開采深度超過千米時(shí)，巖層溫度會(huì)超過人體體溫，即使采用機(jī)械降溫措施后，其溫度仍高于30 ℃[1-4]。在高溫潮濕環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行體力勞動(dòng)時(shí)，極易引發(fā)作業(yè)人員中暑，當(dāng)發(fā)展為重度中暑(熱射病)時(shí)，甚至?xí)＜白鳂I(yè)人員的生命安全[5]。

目前，針對(duì)高溫礦井作業(yè)環(huán)境對(duì)人體健康影響的研究已取得一定成果。莊嚴(yán)[6]分析指出，溫度、風(fēng)速、熱輻射和井下微氣候環(huán)境是影響高溫礦井人員身體健康的主要因素；劉衛(wèi)東[7]研究認(rèn)為，高溫是井下作業(yè)人員健康的首要影響因素；田水承等[8]實(shí)驗(yàn)研究表明，高溫噪聲聯(lián)合環(huán)境能降低礦井作業(yè)人員的安全行為能力；金玲等[9]通過實(shí)驗(yàn)表明溫度越高，濕度對(duì)人體熱濕反應(yīng)的影響越大；聶興信等[10]通過實(shí)驗(yàn)得到礦工作業(yè)環(huán)境的舒適范圍；吳建松等[11]通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)溫度小于28 ℃、相對(duì)濕度小于90%時(shí)，可加大風(fēng)速延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間；童興等[12]通過模型計(jì)算表明，20～28 ℃變溫環(huán)境下人體最大暴露時(shí)間為150 min，30 ℃恒溫環(huán)境僅為 60 min；左前明等[13]通過構(gòu)建評(píng)價(jià)模型研究認(rèn)為，保證作業(yè)人員安全的干球溫度為27.5 ℃。

上述研究鮮有涉及高溫礦井作業(yè)人員持續(xù)工作時(shí)間的問題，筆者擬通過對(duì)受試者的口腔溫度、體表溫度和心率測(cè)量進(jìn)行研究，以期得到不同高溫高濕環(huán)境下，礦井作業(yè)人員可持續(xù)工作的最長(zhǎng)時(shí)間。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取12名參加過煤礦實(shí)習(xí)的男性大學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其身體狀況無明顯差異。在正式實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象(受試者)進(jìn)行一周的熱適應(yīng)訓(xùn)練，使其具有一定的熱適應(yīng)能力，以減少模擬誤差。

1.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)

全部實(shí)驗(yàn)均在作業(yè)環(huán)境模擬室進(jìn)行，該模擬室內(nèi)部長(zhǎng)×寬×高為9.5 m×5.7 m×2.7 m，可提供-20～+60 ℃ 的溫度調(diào)節(jié)、誤差為±1 ℃，以及20%～96%的相對(duì)濕度調(diào)節(jié)、誤差為±3%；溫度分別設(shè)定為32、35、38 ℃，相對(duì)濕度分別設(shè)定為70%、90%，噪聲設(shè)定為100 dB。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器包括Polar心率遙測(cè)儀、紅外溫度計(jì)、跑步機(jī)、電子體溫計(jì)、計(jì)時(shí)器等。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

為模擬煤礦作業(yè)人員的勞動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)對(duì)象以5.5～7.0 km/h的速度在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)來完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前受試者需更換統(tǒng)一工作服，并佩戴Polar心率遙測(cè)儀，靜坐休息20 min后開始實(shí)驗(yàn)。首先測(cè)量實(shí)驗(yàn)對(duì)象的初始生理指標(biāo)值，其次每隔 1 h 測(cè)量并記錄心率值、口腔溫度及體表溫度，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為3～4 h。

當(dāng)溫、濕度為38 ℃、70%時(shí)，受試者只能堅(jiān)持 3 h 連續(xù)測(cè)試；當(dāng)溫、濕度為38 ℃、90%時(shí)，所有受試者均無法在此環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)分析

2.1.1 心率測(cè)試結(jié)果與分析

在不同溫、濕度環(huán)境下，平均心率隨實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的變化趨勢(shì)，如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)溫、濕度為32 ℃、70%時(shí)，受試者連續(xù)4 h的平均心率值均保持在正常范圍內(nèi)；當(dāng)溫、濕度為35 ℃、70%與32 ℃、90%時(shí)的平均心率變化趨勢(shì)相類似，連續(xù)4 h的平均心率均未超過 110次/min;在溫、濕度為35 ℃、90%時(shí)，第3 h后平均心率超過120次/min；在溫、濕度為38 ℃、70%時(shí)，第1 h后的平均心率超過120次/min。

圖1 不同溫、濕度環(huán)境下平均心率隨實(shí)驗(yàn)

2.1.2 口腔溫度測(cè)試結(jié)果與分析

核心溫度能直接反映人體自身的熱平衡變化，是評(píng)價(jià)熱應(yīng)力的指標(biāo)之一。但需使用侵入式的測(cè)量方法，會(huì)使人感覺不適且具有感染風(fēng)險(xiǎn)[14]。因此，常用低于核心溫度0.4 ℃的口腔溫度代替測(cè)量。

在不同溫、濕度環(huán)境下，口腔溫度隨實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的變化趨勢(shì)，如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)溫、濕度為32 ℃、70%時(shí)，受試者的口腔溫度變化幅度最小，穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)；當(dāng)溫、濕度為32 ℃、90%時(shí)，第4 h的口腔溫度接近正常范圍上限值；當(dāng)溫、濕度為35 ℃、70%時(shí)，第3 h后的口腔溫度超過正常范圍上限值；當(dāng)溫、濕度為35 ℃、90%時(shí)，口腔溫度在第 2 h 后超過正常范圍上限值；當(dāng)溫、濕度為38 ℃、70%時(shí)，口腔溫度在第1 h內(nèi)超過正常范圍上限值，達(dá)到38.17 ℃的高熱狀態(tài)。

圖2 不同溫、濕度環(huán)境下口腔溫度隨實(shí)驗(yàn)

2.1.3 體表溫度測(cè)試結(jié)果與分析

在不同溫濕度環(huán)境下，體表溫度隨實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間的變化趨勢(shì)，如圖3所示。由圖3可知，在不同溫、濕度環(huán)境下，體表溫度在前2 h的變化幅度較大，后2 h則趨于平穩(wěn)。當(dāng)溫、濕度為32 ℃、90%時(shí)的第4 h，以及溫、濕度為35 ℃、70%時(shí)的第3 h和第4 h均達(dá)到正常范圍上限值；當(dāng)溫、濕度為35 ℃、90%時(shí)的第3 h，以及溫、濕度為38℃、70%時(shí)的第2 h均已超過正常范圍上限值。

圖3 不同溫、濕度環(huán)境下體表溫度隨實(shí)驗(yàn)

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯著性分析

利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS19.0分別對(duì)2種濕度及不同溫度下的生理指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)的顯著性進(jìn)行分析，以3個(gè)生理指標(biāo)為因變量，以持續(xù)時(shí)間、溫度、持續(xù)時(shí)間*溫度作為影響因素，進(jìn)行多因素方差檢驗(yàn)，2種濕度下不同因變量的主體時(shí)間效應(yīng)，如表1 所示。

表1 2種濕度下不同因變量的主體時(shí)間效應(yīng)

由表1可知，在不同溫、濕度環(huán)境下，持續(xù)時(shí)間對(duì)人體心率、口腔溫度和體表溫度均表現(xiàn)出顯著性差異。

3 高溫高濕礦井作業(yè)人員個(gè)體降溫防護(hù)措施

3.1 可降溫工作服與臨時(shí)休息室

可降溫工作服主要有2種降溫模式：①在工作服口袋中插入由特殊蓄冷材料填充的隔冷板，降溫工作服的放冷時(shí)間可達(dá)4 h，降溫帽的放冷時(shí)間可達(dá)2.5 h[15]；②在工作服口袋中設(shè)置微型通風(fēng)裝置，服裝的濕阻能減小58%，皮膚溫度有顯著降低[16]。

另一種輔助降溫的方式為利用智能臨時(shí)休息室，以煤礦井下的壓縮空氣為能量源，通過溫度傳感器、PLC(可編程邏輯控制器)及電磁閥進(jìn)行聯(lián)合控制，可將休息室內(nèi)溫度控制在22.2～25.6 ℃，并能有效節(jié)省作業(yè)點(diǎn)空間[17]。

3.2 加強(qiáng)高溫礦井作業(yè)人員的健康監(jiān)護(hù)

礦井作業(yè)人員在上崗前除常規(guī)身體檢查外，更應(yīng)注重評(píng)估其是否適合從事高溫作業(yè)，例如汗腺不發(fā)達(dá)或者過于發(fā)達(dá)、對(duì)熱敏感性高的人員，都不宜從事井下高溫作業(yè)。進(jìn)入夏季之前，應(yīng)對(duì)高溫作業(yè)人員進(jìn)行身體檢查，尤其對(duì)年齡較大、體質(zhì)虛弱者加強(qiáng)健康監(jiān)護(hù)，若發(fā)現(xiàn)高溫作業(yè)禁忌癥或可疑者應(yīng)予以調(diào)整工作。另外，應(yīng)定期給高溫作業(yè)人員體檢，并建立健全高溫作業(yè)工人健康檔案。

3.3 加強(qiáng)熱適應(yīng)訓(xùn)練

當(dāng)人體熱適應(yīng)能力形成之后，可提高人體對(duì)熱的耐受程度。通過加強(qiáng)高溫作業(yè)人員的熱適應(yīng)訓(xùn)練，可提高其勞動(dòng)效率，并防止中暑或因熱所致的疾病。對(duì)于從未在高溫條件下進(jìn)行重體力勞動(dòng)的新員工，在上崗之前應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的熱適應(yīng)培訓(xùn)；對(duì)于脫離熱工作環(huán)境一段時(shí)間后的作業(yè)人員(其熱適應(yīng)能力消退，形成脫適應(yīng))，在重新進(jìn)入熱環(huán)境之前，也應(yīng)先進(jìn)行熱適應(yīng)訓(xùn)練。

3.4 合理補(bǔ)充水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

高溫高濕礦井作業(yè)人員在勞動(dòng)過程中，應(yīng)注意補(bǔ)充水分和適量鹽分，保持水鹽平衡，消除渴感；在日常膳食方面，應(yīng)注意補(bǔ)充蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如，多吃黑米、豬瘦肉、蛋類等[18]。

4 結(jié)語(yǔ)

1)高溫高濕環(huán)境下，持續(xù)時(shí)間的變化對(duì)作業(yè)人員生理指標(biāo)產(chǎn)生顯著性差異，即隨著持續(xù)時(shí)間的增加，心率、口腔溫度及體表溫度的數(shù)值也隨之增大。

2)綜合心率、口腔溫度和體表溫度隨持續(xù)時(shí)間的變化規(guī)律及顯著性分析，得出在不同的高溫高濕環(huán)境下(32 ℃、90%，35 ℃、70%，35 ℃、90%，38 ℃、70%)，作業(yè)人員可持續(xù)工作時(shí)間的安全限值分別為4、3、2、1 h；當(dāng)溫、濕度為 38 ℃、90%時(shí)，應(yīng)立即停止井下作業(yè)。

3)高溫高濕礦井作業(yè)人員個(gè)體降溫防護(hù)措施有：穿戴可降溫工作服、設(shè)置智能臨時(shí)休息室、加強(qiáng)健康監(jiān)護(hù)、提供熱適應(yīng)訓(xùn)練，以及合理補(bǔ)充水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。