高溫高濕礦井作業人員連續工作時間的研究

李 季，宋富美，程彩霞

(1.華北科技學院 安全工程學院，河北 廊坊 065000； 2.北京燃氣集團有限責任公司 生產運營部，北京 100011)

近年來，我國煤礦已逐步進入到深部開采階段，當開采深度超過千米時，巖層溫度會超過人體體溫，即使采用機械降溫措施后，其溫度仍高于30 ℃[1-4]。在高溫潮濕環境下長時間進行體力勞動時，極易引發作業人員中暑，當發展為重度中暑(熱射病)時，甚至會危及作業人員的生命安全[5]。

目前，針對高溫礦井作業環境對人體健康影響的研究已取得一定成果。莊嚴[6]分析指出，溫度、風速、熱輻射和井下微氣候環境是影響高溫礦井人員身體健康的主要因素；劉衛東[7]研究認為，高溫是井下作業人員健康的首要影響因素；田水承等[8]實驗研究表明，高溫噪聲聯合環境能降低礦井作業人員的安全行為能力；金玲等[9]通過實驗表明溫度越高，濕度對人體熱濕反應的影響越大；聶興信等[10]通過實驗得到礦工作業環境的舒適范圍；吳建松等[11]通過實驗認為，當溫度小于28 ℃、相對濕度小于90%時，可加大風速延長作業時間；童興等[12]通過模型計算表明，20～28 ℃變溫環境下人體最大暴露時間為150 min，30 ℃恒溫環境僅為 60 min；左前明等[13]通過構建評價模型研究認為，保證作業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人員持續工作時間的問題，筆者擬通過對受試者的口腔溫度、體表溫度和心率測量進行研究，以期得到不同高溫高濕環境下，礦井作業人員可持續工作的最長時間。

1 實驗研究

1.1 實驗對象

選取12名參加過煤礦實習的男性大學生作為實驗對象，其身體狀況無明顯差異。在正式實驗前對實驗對象(受試者)進行一周的熱適應訓練，使其具有一定的熱適應能力，以減少模擬誤差。

1.2 實驗環境參數

全部實驗均在作業環境模擬室進行，該模擬室內部長×寬×高為9.5 m×5.7 m×2.7 m，可提供-20～+60 ℃ 的溫度調節、誤差為±1 ℃，以及20%～96%的相對濕度調節、誤差為±3%；溫度分別設定為32、35、38 ℃，相對濕度分別設定為70%、90%，噪聲設定為100 dB。

1.3 實驗儀器

實驗儀器包括Polar心率遙測儀、紅外溫度計、跑步機、電子體溫計、計時器等。

1.4 實驗方案

為模擬煤礦作業人員的勞動負荷強度，實驗對象以5.5～7.0 km/h的速度在跑步機上運動來完成整個實驗。實驗前受試者需更換統一工作服，并佩戴Polar心率遙測儀，靜坐休息20 min后開始實驗。首先測量實驗對象的初始生理指標值，其次每隔 1 h 測量并記錄心率值、口腔溫度及體表溫度，實驗持續時間為3～4 h。

當溫、濕度為38 ℃、70%時，受試者只能堅持 3 h 連續測試；當溫、濕度為38 ℃、90%時，所有受試者均無法在此環境下進行實驗。

2 實驗數據統計與分析

2.1 實驗數據變化趨勢分析

2.1.1 心率測試結果與分析

在不同溫、濕度環境下，平均心率隨實驗持續時間的變化趨勢，如圖1所示。由圖1可知，當溫、濕度為32 ℃、70%時，受試者連續4 h的平均心率值均保持在正常范圍內；當溫、濕度為35 ℃、70%與32 ℃、90%時的平均心率變化趨勢相類似，連續4 h的平均心率均未超過 110次/min;在溫、濕度為35 ℃、90%時，第3 h后平均心率超過120次/min；在溫、濕度為38 ℃、70%時，第1 h后的平均心率超過120次/min。

圖1 不同溫、濕度環境下平均心率隨實驗

2.1.2 口腔溫度測試結果與分析

核心溫度能直接反映人體自身的熱平衡變化，是評價熱應力的指標之一。但需使用侵入式的測量方法，會使人感覺不適且具有感染風險[14]。因此，常用低于核心溫度0.4 ℃的口腔溫度代替測量。

在不同溫、濕度環境下，口腔溫度隨實驗持續時間的變化趨勢，如圖2所示。由圖2可知，當溫、濕度為32 ℃、70%時，受試者的口腔溫度變化幅度最小，穩定在正常范圍內；當溫、濕度為32 ℃、90%時，第4 h的口腔溫度接近正常范圍上限值；當溫、濕度為35 ℃、70%時，第3 h后的口腔溫度超過正常范圍上限值；當溫、濕度為35 ℃、90%時，口腔溫度在第 2 h 后超過正常范圍上限值；當溫、濕度為38 ℃、70%時，口腔溫度在第1 h內超過正常范圍上限值，達到38.17 ℃的高熱狀態。

圖2 不同溫、濕度環境下口腔溫度隨實驗

2.1.3 體表溫度測試結果與分析

在不同溫濕度環境下，體表溫度隨實驗持續時間的變化趨勢，如圖3所示。由圖3可知，在不同溫、濕度環境下，體表溫度在前2 h的變化幅度較大，后2 h則趨于平穩。當溫、濕度為32 ℃、90%時的第4 h，以及溫、濕度為35 ℃、70%時的第3 h和第4 h均達到正常范圍上限值；當溫、濕度為35 ℃、90%時的第3 h，以及溫、濕度為38℃、70%時的第2 h均已超過正常范圍上限值。

圖3 不同溫、濕度環境下體表溫度隨實驗

2.2 實驗數據的顯著性分析

利用統計軟件SPSS19.0分別對2種濕度及不同溫度下的生理指標測試數據的顯著性進行分析，以3個生理指標為因變量，以持續時間、溫度、持續時間*溫度作為影響因素，進行多因素方差檢驗，2種濕度下不同因變量的主體時間效應，如表1 所示。

表1 2種濕度下不同因變量的主體時間效應

由表1可知，在不同溫、濕度環境下，持續時間對人體心率、口腔溫度和體表溫度均表現出顯著性差異。

3 高溫高濕礦井作業人員個體降溫防護措施

3.1 可降溫工作服與臨時休息室

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間可達4 h，降溫帽的放冷時間可達2.5 h[15]；②在工作服口袋中設置微型通風裝置，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)及電磁閥進行聯合控制，可將休息室內溫度控制在22.2～25.6 ℃，并能有效節省作業點空間[17]。

3.2 加強高溫礦井作業人員的健康監護

礦井作業人員在上崗前除常規身體檢查外，更應注重評估其是否適合從事高溫作業，例如汗腺不發達或者過于發達、對熱敏感性高的人員，都不宜從事井下高溫作業。進入夏季之前，應對高溫作業人員進行身體檢查，尤其對年齡較大、體質虛弱者加強健康監護，若發現高溫作業禁忌癥或可疑者應予以調整工作。另外，應定期給高溫作業人員體檢，并建立健全高溫作業工人健康檔案。

3.3 加強熱適應訓練

當人體熱適應能力形成之后，可提高人體對熱的耐受程度。通過加強高溫作業人員的熱適應訓練，可提高其勞動效率，并防止中暑或因熱所致的疾病。對于從未在高溫條件下進行重體力勞動的新員工，在上崗之前應進行相應的熱適應培訓；對于脫離熱工作環境一段時間后的作業人員(其熱適應能力消退，形成脫適應)，在重新進入熱環境之前，也應先進行熱適應訓練。

3.4 合理補充水分和營養物質

高溫高濕礦井作業人員在勞動過程中，應注意補充水分和適量鹽分，保持水鹽平衡，消除渴感；在日常膳食方面，應注意補充蛋白質、脂肪、維生素、礦物質等營養物質，例如，多吃黑米、豬瘦肉、蛋類等[18]。

4 結語

1)高溫高濕環境下，持續時間的變化對作業人員生理指標產生顯著性差異，即隨著持續時間的增加，心率、口腔溫度及體表溫度的數值也隨之增大。

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

3)高溫高濕礦井作業人員個體降溫防護措施有：穿戴可降溫工作服、設置智能臨時休息室、加強健康監護、提供熱適應訓練，以及合理補充水分和營養物質等。