矿井湿热环境下风速对人体生理应激的影响研究

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矿井湿热环境是指矿井表现出温度高、湿度高等特点的特殊矿井热环境,高温高湿作为矿井生产环境中的主要职业性有害因素之一,广泛的存在于深部矿井中,对井下作业矿工的安全和健康产生极大的影响。为探索矿井湿热环境下风速对人体生理应激的影响,本文采用生物气候学研究方法,在人工气候室分别建立24种不同矿井模拟环境,温度设为32℃、36℃、40℃,相对湿度设为70%、90%,风速设置为静风(<0.2m/s)、1m/s、2.5m/s、4m/s,以五名具有井下作业经验的矿工作为受试人员,在记录实验时间的同时,测量了人体体温调节、心血管和呼吸三大人体系统中的六种生理指标(核心温度、耳膜温度、平均皮肤温度、心率、血压、呼吸频率)以及主观热感觉评价。首先对六种生理指标进行分析,结果表明:核心温度、耳膜温度、平均皮肤温度、心率和呼吸频率总体上随着劳动时长的增加而增加,舒张压随着劳动时长的增加而减小,而收缩压随着劳动时长的增加呈现出先上升后下降的趋势。在较低的环境强度中,风速对核心温度、耳膜温度、平均皮肤温度、心率和血压的变化趋势影响程度存在显著性差异,但是无论环境强度高低,风速对呼吸频率的变化趋势影响程度均不存在显著性差异。通过耳膜温度对现有PSI指标进行改进,得到更易于现场运用的RPSI。然后通过对主观热感觉的分析,发现热感觉总体上随着平均皮肤温度的升高而提高,在较热状态(2<TSV<3)时,皮肤温度变化对热感觉影响显著,在极端状态(TSV>3)时,热感觉对皮肤温度的敏感性较弱。明确PMV模型不能准确预测矿井高温高湿环境下的人体热感觉,但是不同风速条件下的人体热感觉与PMV存在一定线性关系,并基于此开发了湿热矿井作业人员热感觉计算预测程序。最后,利用Cox风险比例分析探究了温度、相对湿度和风速对安全工作极限时间的影响程度,建立了湿热矿井下工作的环境风险模型,发现各因素对安全工作极限时间的影响程度顺序为:温度>风速>相对湿度,在四个风速类型之中,生存率下降速率顺序为:静风(<0.2m/s)>低速风(1 m/s)>中速风(2.5m/s)>高速风(4m/s),提高风速能有效提高安全工作极限时间值,但是当风速达到2.5 m/s时,再提高风速对增加安全工作极限时间值的效果不佳。本文还给出了关于温致效应、湿致效应和风致效应三者耦合作用下的安全工作极限时间推荐值,并利用多元回归分析建立起了矿井湿热环境下关于风速的安全工作极限时间预测模型,以期为保障高温高湿矿井工作人员的安全和健康提供有效的理论支撑。
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