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        高溫礦井皮帶工人傳冷隔熱帳篷的營建

        2015-11-12 04:20:48常德化許曉燕譚冬偉喬善成陸世將
        山西焦煤科技 2015年6期
        關(guān)鍵詞:井巷帳篷皮帶

        常德化,許曉燕,譚冬偉,于 超,喬善成,陸世將

        (1.山東科技大學(xué) 礦業(yè)與安全工程學(xué)院,山東 青島 266590;2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院臨床學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453000)

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

        1 礦井高溫環(huán)境產(chǎn)生的機(jī)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(nèi)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(dǎo)致井下風(fēng)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(jìn)行的熱傳導(dǎo)和經(jīng)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(fēng)流的溫差是熱交換的推動力,這種溫差的正負(fù)能夠確定熱流在圍巖與風(fēng)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(fēng)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(fēng)流間的對流換熱傳熱是一個不穩(wěn)定的傳熱過程,由于大地?zé)崃髯饔?,井巷圍巖溫度較高,其傳導(dǎo)的熱流量大小是非定常的[3].

        1.3 機(jī)電設(shè)備散熱

        機(jī)電設(shè)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(jī)電設(shè)備包括:采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、提升運(yùn)輸設(shè)備、壓風(fēng)機(jī)、電機(jī)車、變壓器、水泵、照明設(shè)備等。井下機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中,動能很小,機(jī)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(jī)械功的電能在轉(zhuǎn)換為熱能后,以熱傳導(dǎo)和熱輻射的形式全部散發(fā)到巷道風(fēng)流中,使礦井內(nèi)溫度升高。

        1.4 礦石運(yùn)輸散熱

        礦石在運(yùn)輸過程中將產(chǎn)生一定的放熱,在輸送機(jī)上煤炭的散熱量相對于其它散熱大,致使礦井內(nèi)溫度上升。

        1.5 氧化放熱

        礦床開采后,礦體、圍巖和木支護(hù)材料等在坑道內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng),如下式:

        由于上述三個反應(yīng)在發(fā)生過程都會散發(fā)出大量的熱,散發(fā)到巷道內(nèi)使得礦井內(nèi)溫度升高。

        1.6 人員散熱

        在井下人員比較集中的區(qū)域,如采煤工作面,人員放熱也會使巷道內(nèi)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(jī)能。在高溫環(huán)境下作業(yè)的工人,出汗量可達(dá)常溫作業(yè)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(xiàn)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(fā)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(huán)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(jīng)系統(tǒng),使其肌肉工作能力下降。

        3)易導(dǎo)致皮帶工人身心疲憊。高溫環(huán)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(xiàn)疲勞現(xiàn)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(huán)境作用下,人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量難以散發(fā),而人體將主要通過皮膚血管擴(kuò)張增加排汗量,造成心率增快,使得緊張心理加重。相關(guān)資料顯示:人長時間處于緊張的心理狀態(tài)會導(dǎo)致注意力不集中,思維混亂,嚴(yán)重時出現(xiàn)失控現(xiàn)象[6-7].

        2)焦慮、抑郁情緒增高。連續(xù)工作和超長的精神壓力使工人睡眠質(zhì)量降低,體力下降,極易疲勞,內(nèi)心充滿緊張、不安和焦慮,對事物缺乏興趣,表現(xiàn)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(zhǔn)確地認(rèn)識、分析和考察自己應(yīng)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(fā)心理疾病。高溫環(huán)境下,皮帶工人易產(chǎn)生過度的應(yīng)激反應(yīng),使其情緒過度波動、認(rèn)識能力降低、自我概念不清,而且可誘發(fā)神經(jīng)官能癥、抑郁性疾病等精神障礙[8].

        3 皮帶工人健康環(huán)境的營建

        3.1 搭建隔熱帳篷

        首先使用較細(xì)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(cè)采用密封玻璃安裝,再者將隔熱薄膜固定在框架內(nèi)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(jī),以備為井下提供充足的風(fēng)量。將井上壓縮所得的高壓空氣用管子引進(jìn)隔熱帳篷內(nèi)。

        3.3 安裝渦流管

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

        4 傳冷隔熱帳篷的適應(yīng)情況及理論效果分析

        采用該方法設(shè)計的傳冷隔熱帳篷主要是為皮帶工人的安全生產(chǎn)提供有利條件,因此,對所需布置的礦井的地質(zhì)條件有以下要求:1)全井田內(nèi)煤層產(chǎn)狀相對比較穩(wěn)定。2)頂?shù)装宄霈F(xiàn)大、中型斷層的幾率很少,每平方千米內(nèi)不得超過1條。3)沒有或者很少出現(xiàn)巖漿侵入體活動,一旦出現(xiàn),不能影響正常的安全生產(chǎn)。4)瓦斯涌出量相對較少,服務(wù)年限較長。

        在相對地點(diǎn)比較固定的皮帶周圍安裝傳冷隔熱帳篷:1)能夠?yàn)槠Чと藸I造一個溫度較為適宜的環(huán)境,皮帶工人在傳冷隔熱帳篷內(nèi)進(jìn)行工作就會較少出現(xiàn)中暑或者體力急劇下降的現(xiàn)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(tài),減少了人為失誤。2)傳冷隔熱帳篷是由幾乎密封的鋼質(zhì)材料圍成的,隔絕了巷道內(nèi)的污濁空氣,減少了煤塵對工人肺部的影響,進(jìn)而削弱了皮帶工人對職業(yè)塵肺病的恐懼感。3)傳熱隔熱帳篷里側(cè)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(nèi)的冷空氣與巷道內(nèi)的熱空氣之間的熱量交換,減少了冷量浪費(fèi),節(jié)省了礦井生產(chǎn)成本。

        5 結(jié)論

        本文設(shè)計的傳冷隔熱帳篷,其造價較低,能夠?yàn)榕駜?nèi)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(chǎn)環(huán)境,降低了人為失誤率,對高溫礦井環(huán)境下的安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)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(shù)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(biāo)的影響[D].武漢:華中科技大學(xué),2008.

        [3]楊 威,劉何清,何昌富,等.巷道圍巖不穩(wěn)定換熱系數(shù)變化規(guī)律分析[J].礦業(yè)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(nèi)熱濕環(huán)境對人體生理及熱舒適影響的實(shí)驗(yàn)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006.

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

        [8]徐小林,李百戰(zhàn).室內(nèi)熱環(huán)境對人體熱舒適的影響[J].重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,28(4):102-105.

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