高温矿井皮带工人传冷隔热帐篷的营建

常德化，许晓燕，谭冬伟，于 超，乔善成，陆世将

(1.山东科技大学 矿业与安全工程学院，山东 青岛 266590;2.新乡医学院三全学院临床学院，河南 新乡 453000)

随着矿井开采深度的增加和机械化水平的逐步提高，高温矿井热害越来越严重，已成为制约煤矿安全开采的重要因素之一［1］.输送机在工作过程中，依靠高压滚筒工作，产生多余热量，同时，皮带上运送的煤矸石也会散发更多的热量，使皮带工人的周围形成特高温热环境［2］.因此，高温矿井皮带工人周围的环境有待改善。

1 矿井高温环境产生的机理

1.1 空气自压缩放热

在地表空气自井口向井下流动的过程中，受地球重力场的影响，使得井筒内的空气气压增大，位能降低，温度升高，接着热空气以气流的形式将超出自身携带的热量逐渐释放，导致井下风流温升。

1.2 围岩散热

围岩向井巷传热的两个途径主要是自岩体深处向井巷进行的热传导和经裂隙的水流被高温岩体加热后将热量传给井巷工作面。围岩的原始岩温与在井巷风流的温差是热交换的推动力，这种温差的正负能够确定热流在围岩与风流间的传递方向。一般情况下，井下原始岩温通常会高于该处巷道风流温度，这样围岩上的热量会传递到井下巷道或者采煤工作面，所以围岩往往是井下降温工作时不可避免的重要热源。但是井下围岩与风流间的对流换热传热是一个不稳定的传热过程，由于大地热流作用，井巷围岩温度较高，其传导的热流量大小是非定常的［3］.

1.3 机电设备散热

机电设备的散热也是矿井热源中的一个主要的组成部分，井下常用的机电设备包括:采煤机、掘进机、提升运输设备、压风机、电机车、变压器、水泵、照明设备等。井下机电设备在运行过程中，动能很小，机械功主要为将物料提升到地面，即增大物料或液体的位能。另一部分没有做机械功的电能在转换为热能后，以热传导和热辐射的形式全部散发到巷道风流中，使矿井内温度升高。

1.4 矿石运输散热

矿石在运输过程中将产生一定的放热，在输送机上煤炭的散热量相对于其它散热大，致使矿井内温度上升。

1.5 氧化放热

矿床开采后，矿体、围岩和木支护材料等在坑道内发生氧化反应，如下式:

由于上述三个反应在发生过程都会散发出大量的热，散发到巷道内使得矿井内温度升高。

1.6 人员散热

在井下人员比较集中的区域，如采煤工作面，人员放热也会使巷道内的温度升高。

2 高温矿井对皮带工人的影响

2.1 生理影响

1)影响皮带工人的行为机能。在高温环境下作业的工人，出汗量可达常温作业的5～10倍，出汗时会有水溶性维生素、矿物盐以及大量的氮化钠排出，破坏了人体的正常水盐代谢，从而出现热痉挛等病变。人在较热的空气中较长时间劳动，尤其在采煤工作面的工人，极易发生中暑、昏倒、呕吐等症状［4］.

2)有害气体增多使皮带工人身体健康受到影响。高温会增加矿井空气环境中有害空气的量，同时使得空气中氧含量相对减少，干扰皮带工人的中枢神经系统，使其肌肉工作能力下降。

3)易导致皮带工人身心疲惫。高温环境下，皮带工人体温将快速升高，脉搏加速，代谢率增高，造成短时间就会出现疲劳现象，使其工作效率降低，人为事故率增高［5］.

2.2 心理影响

1)紧张心理加重。在井下高温环境作用下，人体内产生的热量难以散发，而人体将主要通过皮肤血管扩张增加排汗量，造成心率增快，使得紧张心理加重。相关资料显示:人长时间处于紧张的心理状态会导致注意力不集中，思维混乱，严重时出现失控现象［6－7］.

2)焦虑、抑郁情绪增高。连续工作和超长的精神压力使工人睡眠质量降低，体力下降，极易疲劳，内心充满紧张、不安和焦虑，对事物缺乏兴趣，表现为郁郁寡欢、心烦意乱。如果变得消极、悲观、失望、忧心忡忡、郁郁寡欢，则妨碍了工人准确地认识、分析和考察自己应对所面临工作的能力，使之难以做出理性的判断和决定。

3)诱发心理疾病。高温环境下，皮带工人易产生过度的应激反应，使其情绪过度波动、认识能力降低、自我概念不清，而且可诱发神经官能症、抑郁性疾病等精神障碍［8］.

3 皮带工人健康环境的营建

3.1 搭建隔热帐篷

首先使用较细的空心立方形铁棒，围成长2 m，宽1.5 m，高1.9 m的立方体框架，用电钻打眼，螺丝固定起来，然后制备与框架等长宽高的薄铁皮，同样用螺丝使铁皮固定在固定好的框架上，其中工人看皮带的一侧采用密封玻璃安装，再者将隔热薄膜固定在框架内部的薄铁皮上，最后将制备好的隔热帐篷放在看皮带工人所工作附近的最佳位置。

3.2 井上引入高压空气

一般矿井上部都有大型的空气压缩机，以备为井下提供充足的风量。将井上压缩所得的高压空气用管子引进隔热帐篷内。

3.3 安装涡流管

将隔热帐篷内管子的一端接上涡流管并固定在帐篷内合适的位置，其中涡流管出冷风的一侧对着帐篷内工人工作的位置方向，涡流管出热风的另一侧用另一个管子引入回风巷道内。

4 传冷隔热帐篷的适应情况及理论效果分析

采用该方法设计的传冷隔热帐篷主要是为皮带工人的安全生产提供有利条件，因此，对所需布置的矿井的地质条件有以下要求:1)全井田内煤层产状相对比较稳定。2)顶底板出现大、中型断层的几率很少，每平方千米内不得超过1条。3)没有或者很少出现岩浆侵入体活动，一旦出现，不能影响正常的安全生产。4)瓦斯涌出量相对较少，服务年限较长。

在相对地点比较固定的皮带周围安装传冷隔热帐篷:1)能够为皮带工人营造一个温度较为适宜的环境，皮带工人在传冷隔热帐篷内进行工作就会较少出现中暑或者体力急剧下降的现象，使得皮带工人在工作过程中能够长时间处于精力充沛的状态，减少了人为失误。2)传冷隔热帐篷是由几乎密封的钢质材料围成的，隔绝了巷道内的污浊空气，减少了煤尘对工人肺部的影响，进而削弱了皮带工人对职业尘肺病的恐惧感。3)传热隔热帐篷里侧固定有保温膜，使其具备保冷的效果，降低了传冷隔热帐篷内的冷空气与巷道内的热空气之间的热量交换，减少了冷量浪费，节省了矿井生产成本。

5 结论

本文设计的传冷隔热帐篷，其造价较低，能够为篷内的皮带工人提供清新的空气、适宜的温度，改善了皮带工人的生产环境，降低了人为失误率，对高温矿井环境下的安全生产具有一定的指导意义。

［1］吴丽丽，罗新荣，李 勤.深部矿井热害及治理［J］.能源技术与管理，2011(5):119－121.

［2］崔文广.深井热害对矿工生理和生化指标的影响［D］.武汉:华中科技大学，2008.

［3］杨 威，刘何清，何昌富，等.巷道围岩不稳定换热系数变化规律分析［J］.矿业工程研究，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］陈 良.室内热湿环境对人体生理及热舒适影响的实验研究［D］.重庆:重庆大学，2006.

［7］茅 艳.人体热舒适气候适应性研究［D］.西安:西安建筑科技大学，2007.

［8］徐小林，李百战.室内热环境对人体热舒适的影响［J］.重庆大学学报(自然科学版)，2005，28(4):102－105.