基于服裝模塊化設計的煤礦工作服創新設計

朱弘弟，陳雨琦

（天津師范大學，天津 300380）

1 煤礦工作環境危險性分析

煤礦工作環境一直以來都被認為是極其危險和具有挑戰性的，礦工們面臨著各種潛在的危險和健康風險。礦山內充滿了各種機械設備，如采礦機、運輸設備和爆破設備。不適當的操作或機械故障可能導致傷害或事故；在煤洞中，礦工常常暴露于煤塵、巖屑和瓦斯等有害氣體中。長期暴露于這些環境中可能導致呼吸系統問題，如塵肺病和其他呼吸道疾??；地下爆炸和坍塌風險，礦山中的天然氣或瓦斯泄漏可能導致爆炸，而坍塌則可能在工作區域中引發嚴重的安全問題。這些事件不僅危及礦工的生命，還可能造成煤礦設施的損壞[1]；深入地下的礦工可能會面臨極高的溫度和濕度，尤其在較深部位的礦山中。這種環境條件可能導致中暑、脫水和體力疲勞；此外在心理上，煤礦工作常常需要在地下深處或高壓環境中工作長時間地在地下工作可能導致孤獨感和心理壓力，對礦工的心理健康產生負面影響[2]?？傊?，煤礦工作環境是一個充滿危險和挑戰的領域，因此保障礦工的安全和舒適性至關重要。模塊化設計的煤礦工作服的優化可能有助于降低礦工在這些危險環境中面臨的風險。

2 礦業工作服現狀

2.1 煤礦工作服的重要性

煤礦工作服在煤礦行業中扮演著至關重要的角色，其重要性顯而易見。首先，它是礦工的首要安全防護裝備，具備防火、阻燃和抵抗化學物質侵害等特性，有效減輕了火災、爆炸、有害氣體以及機械傷害等潛在危險帶來的威脅，為礦工的生命和健康提供堅實保障。其次，合適的工作服設計提供了舒適性和工作效率的提升，尤其在高溫、高濕度和通風不佳的煤礦環境中，工作服可協助調節體溫、增強通風效果，減輕了礦工的體力負擔，提高了工作效率。此外，工作服的高可見性元素如反光帶，在低光照或多塵環境下提高了礦工的可見性，不僅減少了事故風險，還增進了團隊協作，提高了工作的安全性。工作服還包括身體保護和防護要素，如肘部和膝部補丁，有效降低了機械傷害的風險，提供額外的防護。此外，工作服還能抵御塵埃和污染物，減少對礦工健康的潛在威脅，提供清潔和健康的工作環境?？傊?，煤礦工作服的重要性在于它們不僅是礦工的第二層皮膚保護著礦工的生命和健康，還提高了工作效率、降低了事故風險、改善了工作環境、確保了合規性，因此對于煤礦行業的運作至關重要[3]。

2.2 我國煤礦工作服現狀及問題

我國煤礦工作服的現狀和問題是一個備受關注的議題，煤礦行業一直是我國的重要能源領域，而礦工的安全和舒適性對于礦山生產和工人的健康至關重要。在我們的國家，煤礦工作服在提供基本安全要求方面已經取得了一定進展，但仍然面臨著一系列問題，需要更多的關注和改進。

目前，我國的煤礦工作服通常采用標準化設計，以確保符合相關法規和標準。這些工作服包括外層防護層、內襯、可見性元素和保護裝置。雖然這些工作服在提供基本安全要求方面表現出色，如防火、阻燃和抗靜電特性，以減少火災和爆炸的風險，以及高可見性元素，以提高礦工在礦山環境中的可見性。然而，工作服的舒適性問題一直是一個關注點。在高溫高濕度和通風不足的環境中，工作服的透氣性和通風性仍然需要改進，以減輕礦工的體溫上升和脫水風險。煤礦工作環境可能導致工作服需要頻繁清潔和維護，這增加了成本并縮短了服裝的使用壽命[4]。

另一個問題是工作服的定制性不足。傳統工作服通常是標準化設計，無法滿足每位礦工的個性化需求。這可能導致礦工在舒適性、大小和風格等方面感到不滿。此外，工作服的復雜性和材料特性使其難以維護和清潔。這可能增加了維護成本，降低了服裝的使用壽命。盡管煤礦工作服一直是關鍵的安全裝備，但在創新方面的投入有限。新材料和制造技術的應用潛力未充分挖掘，未能充分滿足未來礦工需求。最后，一些工作服材料可能不易回收和再利用，可能對環境產生不利影響?？沙掷m性方面需要更多關注。

綜上所述，我國煤礦工作服在提供基本安全要求方面取得了一定進展，但仍存在許多問題，包括舒適性、定制性、維護性、創新性和可持續性等方面的挑戰。因此，有必要繼續研究和創新工作服設計，以提高礦工的安全性和工作舒適性，提高煤礦行業的生產效率。這需要跨學科的合作和政府、礦山企業以及研究機構的投入。解決這些問題將有助于確保我國的煤礦工作環境更加安全、健康和可持續。

3 模塊化設計在煤礦工作服中的應用

3.1 模塊化設計原理

模塊化設計在煤礦工作服中的應用為改進工作服的功能性、適應性和性能提供了廣泛的機會。這一設計方法以模塊的方式將工作服分解成獨立的組件或部分，每個模塊都具有特定的功能和特性。模塊化要素包括外層防護層、內襯、可見性元素和保護裝置，它們可以根據工作環境的需求進行靈活調整。在安全性模塊中，可以選擇更耐火、阻燃的外層防護層，以減少火源接觸的風險，同時針對有害氣體和化學品的威脅，特殊的化學品防護層也可以被集成。為提高舒適性，透氣性模塊提供更好的通風，降低礦工體溫、減少出汗和脫水風險。此外，人體工程學設計確保工作服與礦工的身體結構緊密貼合，提高穿著舒適度?？删S護性模塊允許輕松更換損壞的模塊，而不必更換整套工作服，從而延長了服裝的使用壽命。同時，易清洗和保養的材料減少了維護的復雜性。最重要的是，模塊化設計還為個性化選擇提供了空間，允許礦工根據個人需求和工作條件選擇合適的模塊，使工作服更適應不同的情境。因此，模塊化設計為改進煤礦工作服的安全性、舒適性和適應性提供了全新的可能性，有望大幅提升礦工的工作體驗和安全[5]。

3.2 礦工工服的模塊化創新設計

煤礦工作服的設計和制作過程是一個關鍵環節，需要綜合考慮安全性、舒適性、功能性以及可維護性等方面的因素[5]。在設計過程中，選擇具備防火、阻燃、抗靜電、高可見性等特性的材料。這些材料同時要具備透氣性、輕便性和舒適性。不同部分的工作服可能需要不同的材料，如外層防護層、內襯和可見性元素。為了確保工作服與礦工的身體結構緊密貼合，設計團隊需要進行人體工程學設計。這包括考慮剪裁、尺寸、貼身度以及各種身體部位的活動范圍。有創新性的模塊化設計是關鍵步驟。設計團隊需要決定如何將工作服分解成不同的模塊，以滿足礦工的需求。這包括外層防護層、內襯、可見性元素、保護裝置等不同的模塊，如圖1所示。

圖1 創新礦工作業服設計圖及解析圖Fig.1 Design drawing and analysis drawing of innovative miners' work clothes

礦工服對面料要求較高，要求其具有防塵、防靜電、拒水拒油、阻燃等功能。因此本次設計，在面料選擇上，采用新型的銀纖維混紡面料作為新型礦工服的主體材料，該面料由9.4%銀纖維、84.6%棉纖維、6%麻纖維構成。銀纖維具有良好的導電性能，可保證面料的防靜電性能；同時使用效果較好的含氟拒水拒油整理劑與含磷的阻燃劑進行涂層整理[6]。

色彩選擇上，色彩對礦工的心理產生重要的影響，既不能太活潑，也不可太枯燥，旨在通過色彩的設計傳遞出一種安全信號，讓礦工時刻保持警覺狀態而又不至于過于緊張。傳統的礦工服多采用黃、藍色，這兩種色彩是一般工作服的常用色。如圖1所示，本次礦工服設計采用藍色為主色，但在部分結構線處及口袋等部位采用橙紅色和熒光反光面料，一方面解決了單一色彩而引起的枯燥，另一方面又極具警示的作用[7]。

在服裝結構方面，為提高穿著便捷性，本次設計中在礦工工作服的總體結構上采用上下分體式結構，腰部使用輕質腰帶收緊上衣以防止煤灰等大顆粒灰塵進入服裝內部影響舒適性。領型采用立領與可調節性襻帶相結合，適應不同頸圍。領部的可調節性大大降低了對穿著舒適性的影響。在袖口與褲腳口處設置可調節松緊襻帶，日常穿著時可以松開，在工作時可扣緊防止煤灰進入，褲腳處的襻帶內側設計有硅膠防滑條，更方便穿著工作靴防止褲子從鞋子中松動滑出。膝蓋部分設計模塊化抗磨損設計，方便更換減少維護和生產成本。內襯通常采用吸濕排汗材料，該面料由超細滌綸纖維制成，利用其芯吸效應增加服裝透氣透濕性能。同時對面料進行防塵整理，其面料中的細小孔隙可以使氣體分子和水分子通過，而直徑較大的灰塵則無法通過[8]，在保證服裝舒適性的同時可以避免煤灰進入服裝。

在功能性模塊設計中，以模塊化理念袖子、褲腳、口袋、手肘做可拆卸替換的模塊化設計，方便礦下作業、服裝后期維護。右胸處設計工具模塊，用于放置一些常用工具，方便作業時拿取和收納。左胸前設計可拆卸風琴袋，用于日常用品放置。腰部采用腰帶設計，并在腰帶出處設計可移動可拆卸風琴袋使用方便容量大，同時可以根據需要攜帶的物品自定義口袋的數量位置。此外腰帶的可收緊設計一定程度上保證了保暖性，同時減小上衣體積方便作業提供一定的靈活性。如圖2所示，上衣袖子采用可拆卸設計，袖籠部分使用拉鏈與袖子連接實現可拆卸，由于礦工在井下作業時袖子手肘為主要磨損部位，因此在肘部加上可抗磨損模塊，配合可拆卸袖子在衣身磨損相對較低的情況下可以單獨更換袖子和肘部抗磨模塊，盡可能地降低生產成本和維護成本。右側設計與手部位置相近的可移動口袋模塊，方便拿取。膝蓋部分設計模塊化抗磨損設計，方便更換減少維護和生產成本。

圖2 安全模塊及可自定義模塊解析圖Fig.2 Security module and customizable module analysis diagram

在安全警示及防護模塊中，上衣肩部的兩側設計名片信息卡槽，可將工人信息、GPS等標明身份和位置信息設備放入其中，在特殊情況發生時有利于搜救或尋找，為工人提供安全性。同時左側袖子肩部也加設了口袋方便放置無線電對講機等井下通訊設備，置于左側方便作業時拿取。上衣也在肩部、背部、腰部、肘部等明顯部位加設高反光面料，褲裝設計中，采用與上衣同色同質地的面料，在褲線處設計高反光線條，延伸放光面積，起到更好的反光效果，有助于井下救援時辨別工人位置。此外，還在肩部設計的防摔氣囊設計，通過隱藏于服裝內部的CO2小氣罐和墜落預警裝置，在突發情況下摔倒或受到沖擊時位于肩部的氣囊會瞬間打開以減輕工人的受傷程度，提高安全性。在時尚感方面，本次設計加入了更多的工裝時尚化元素，在保證功能性和安全性的前提下，在一定程度上提高時尚感，緩解工人在井下封閉環境中的心理問題。

4 結論

本次研究重點對煤礦工人的工作服進行了創新優化設計，以模塊化設計對工作服進行模塊劃分，實現兼功能、便維護、保安全的煤礦工作服的設計。結合對現有煤礦工作環境和現有工作服的現狀及問題分析，設計中在面料上采用礦用防塵、防靜電、防水、防火面料，縫紉線為阻燃縫紉線，面料和縫紉線均符合國家標準，且耐勞度高；款式符合“三緊式”要求。改進了各個部位的功能及結構設計，并在保障各項要求合規的情況下加入了更多時尚元素，將服裝設計中的人文關懷融入工作服的設計當中，將安全放在設計的首位，呈現出時尚和安全兼備的設計，為我國的煤礦工作服設計提供一定的設計參考價值。