高溫礦井皮帶工人傳冷隔熱帳篷的營建

常德化，許曉燕，譚冬偉，于 超，喬善成，陸世將

(1.山東科技大學 礦業與安全工程學院，山東 青島 266590;2.新鄉醫學院三全學院臨床學院，河南 新鄉 453000)

隨著礦井開采深度的增加和機械化水平的逐步提高，高溫礦井熱害越來越嚴重，已成為制約煤礦安全開采的重要因素之一［1］.輸送機在工作過程中，依靠高壓滾筒工作，產生多余熱量，同時，皮帶上運送的煤矸石也會散發更多的熱量，使皮帶工人的周圍形成特高溫熱環境［2］.因此，高溫礦井皮帶工人周圍的環境有待改善。

1 礦井高溫環境產生的機理

1.1 空氣自壓縮放熱

在地表空氣自井口向井下流動的過程中，受地球重力場的影響，使得井筒內的空氣氣壓增大，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，導致井下風流溫升。

1.2 圍巖散熱

圍巖向井巷傳熱的兩個途徑主要是自巖體深處向井巷進行的熱傳導和經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流的溫差是熱交換的推動力，這種溫差的正負能夠確定熱流在圍巖與風流間的傳遞方向。一般情況下，井下原始巖溫通常會高于該處巷道風流溫度，這樣圍巖上的熱量會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不可避免的重要熱源。但是井下圍巖與風流間的對流換熱傳熱是一個不穩定的傳熱過程，由于大地熱流作用，井巷圍巖溫度較高，其傳導的熱流量大小是非定常的［3］.

1.3 機電設備散熱

機電設備的散熱也是礦井熱源中的一個主要的組成部分，井下常用的機電設備包括:采煤機、掘進機、提升運輸設備、壓風機、電機車、變壓器、水泵、照明設備等。井下機電設備在運行過程中，動能很小，機械功主要為將物料提升到地面，即增大物料或液體的位能。另一部分沒有做機械功的電能在轉換為熱能后，以熱傳導和熱輻射的形式全部散發到巷道風流中，使礦井內溫度升高。

1.4 礦石運輸散熱

礦石在運輸過程中將產生一定的放熱，在輸送機上煤炭的散熱量相對于其它散熱大，致使礦井內溫度上升。

1.5 氧化放熱

礦床開采后，礦體、圍巖和木支護材料等在坑道內發生氧化反應，如下式:

由于上述三個反應在發生過程都會散發出大量的熱，散發到巷道內使得礦井內溫度升高。

1.6 人員散熱

在井下人員比較集中的區域，如采煤工作面，人員放熱也會使巷道內的溫度升高。

2 高溫礦井對皮帶工人的影響

2.1 生理影響

1)影響皮帶工人的行為機能。在高溫環境下作業的工人，出汗量可達常溫作業的5～10倍，出汗時會有水溶性維生素、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，從而出現熱痙攣等病變。人在較熱的空氣中較長時間勞動，尤其在采煤工作面的工人，極易發生中暑、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。高溫會增加礦井空氣環境中有害空氣的量，同時使得空氣中氧含量相對減少，干擾皮帶工人的中樞神經系統，使其肌肉工作能力下降。

3)易導致皮帶工人身心疲憊。高溫環境下，皮帶工人體溫將快速升高，脈搏加速，代謝率增高，造成短時間就會出現疲勞現象，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。在井下高溫環境作用下，人體內產生的熱量難以散發，而人體將主要通過皮膚血管擴張增加排汗量，造成心率增快，使得緊張心理加重。相關資料顯示:人長時間處于緊張的心理狀態會導致注意力不集中，思維混亂，嚴重時出現失控現象［6－7］.

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

3)誘發心理疾病。高溫環境下，皮帶工人易產生過度的應激反應，使其情緒過度波動、認識能力降低、自我概念不清，而且可誘發神經官能癥、抑郁性疾病等精神障礙［8］.

3 皮帶工人健康環境的營建

3.1 搭建隔熱帳篷

首先使用較細的空心立方形鐵棒，圍成長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，然后制備與框架等長寬高的薄鐵皮，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采用密封玻璃安裝，再者將隔熱薄膜固定在框架內部的薄鐵皮上，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，以備為井下提供充足的風量。將井上壓縮所得的高壓空氣用管子引進隔熱帳篷內。

3.3 安裝渦流管

將隔熱帳篷內管子的一端接上渦流管并固定在帳篷內合適的位置，其中渦流管出冷風的一側對著帳篷內工人工作的位置方向，渦流管出熱風的另一側用另一個管子引入回風巷道內。

4 傳冷隔熱帳篷的適應情況及理論效果分析

采用該方法設計的傳冷隔熱帳篷主要是為皮帶工人的安全生產提供有利條件，因此，對所需布置的礦井的地質條件有以下要求:1)全井田內煤層產狀相對比較穩定。2)頂底板出現大、中型斷層的幾率很少，每平方千米內不得超過1條。3)沒有或者很少出現巖漿侵入體活動，一旦出現，不能影響正常的安全生產。4)瓦斯涌出量相對較少，服務年限較長。

在相對地點比較固定的皮帶周圍安裝傳冷隔熱帳篷:1)能夠為皮帶工人營造一個溫度較為適宜的環境，皮帶工人在傳冷隔熱帳篷內進行工作就會較少出現中暑或者體力急劇下降的現象，使得皮帶工人在工作過程中能夠長時間處于精力充沛的狀態，減少了人為失誤。2)傳冷隔熱帳篷是由幾乎密封的鋼質材料圍成的，隔絕了巷道內的污濁空氣，減少了煤塵對工人肺部的影響，進而削弱了皮帶工人對職業塵肺病的恐懼感。3)傳熱隔熱帳篷里側固定有保溫膜，使其具備保冷的效果，降低了傳冷隔熱帳篷內的冷空氣與巷道內的熱空氣之間的熱量交換，減少了冷量浪費，節省了礦井生產成本。

5 結論

本文設計的傳冷隔熱帳篷，其造價較低，能夠為篷內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環境，降低了人為失誤率，對高溫礦井環境下的安全生產具有一定的指導意義。

［1］吳麗麗，羅新榮，李 勤.深部礦井熱害及治理［J］.能源技術與管理，2011(5):119－121.

［2］崔文廣.深井熱害對礦工生理和生化指標的影響［D］.武漢:華中科技大學，2008.

［3］楊 威，劉何清，何昌富，等.巷道圍巖不穩定換熱系數變化規律分析［J］.礦業工程研究，2013，28(4):8－10.

［4］Breysse D，Chaplain M，Marache A，et al.Random temperature and humidity models in Atlantic environment［J］.European Journal of Environmental and Civil Engineering，2011，15(7):1045 －1058.

［5］Badhiye S S，Wakode B V，Chatur P N.Analysis of Temperature and Humidity Data for Future value prediction［J］.Intl.Journal of Computer Science and Information Technologies(IJCSIT)，2012，3(1):3012 －3014.

［6］陳 良.室內熱濕環境對人體生理及熱舒適影響的實驗研究［D］.重慶:重慶大學，2006.

［7］茅 艷.人體熱舒適氣候適應性研究［D］.西安:西安建筑科技大學，2007.

［8］徐小林，李百戰.室內熱環境對人體熱舒適的影響［J］.重慶大學學報(自然科學版)，2005，28(4):102－105.