多功能矿用安全帽创新设计探析

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1、多功能矿用安全帽创新设计探析　　摘要：针对当前矿用安全帽功能单一，保障安全性能低的问题，利用协同设计和人性化设计原理，从系统的观点出发将矿灯、瓦斯报警器、RFID人员定位系统与安全帽进行功能整合。组成多功能四位一体的装备，使其具有照明、防护、瓦斯检测、人员定位等多功能于一体的新型矿用安全帽。关键词：矿用安全帽；创新；多功能；设计引言近几年来，从2006年到2011年煤矿事故数量正在逐年减少，安全生产形势保持平稳趋势并趋向好转，百万吨死亡率逐年下降。但是即使这样，在2011年我国，全国煤矿依旧发生事故高大1201起、死亡1973人[1]。与我们国家提倡的和谐社会这一主题非常的不协调，

2、矿难不仅给人民群众的生命财产造成了重大损失，而且在国内外产生了不良的影响。7目前我国煤矿行业现状为瓦斯灾害严重，爆炸事故多发。煤矿露天开采比重小，井工开采比重大，地质构造复杂，约半数的煤矿为高瓦斯、“高突”矿井。矿难的发生除了水灾、火灾、瓦斯煤尘、顶板事故等主要原因外，生产条件恶劣、设备落后、各种安全保障措施不到位、以及矿工安全意识淡漠等也是造成矿难的重要因素。实际上，在矿难中由于水灾、火灾、瓦斯煤尘、顶板事故等伤害立即遇难的人员仅占事故总死亡人数的15%～25%，大约超过75%～85%的遇险矿工的死亡是在矿难发生后关键的“1小时内”内由于溺水、窒息、中毒等原因而无法及时撤离到安全

3、区域造成的丧生[2]。在这最佳营救时间内，矿工主要依靠自救和互救工具来争取生存机会，这就需要相关的矿工个体防护、应急救援设备发挥作用。以协同设计和人性化的设计视角出发，设计一款多功能矿用安全帽，以便在事故前可以及时发现事故隐患，在事故后个体防护装备将转化为应急救援工具，方便救援工作的开展，保证防护产品能最大限度的发挥作用。设计中对矿工防护工具进行了整合：将矿灯和气体检测仪的功能整合到安全帽上；将RFAD人员定位系统与安全帽相结合，这不仅可以更好的做好煤矿对工作人员的管理，更为重要的是，这将对事故救援工作的开展产生积极的作用。1将安全帽与矿灯进行功能整合7传统的安全帽和矿灯二者是可拆

4、卸式一体式产品，矿工可根据自己的意愿和劳动条件的要求将矿灯固定在安全帽上或者手持，由于传统矿灯电源一般采用酸性或碱性溶液作为电池的电解质，因此需要一根长长的“尾巴”，连接电源和矿灯，在工作的时候会带来不便，更重要的是当矿灯在井下发生短路故障时有可能引起瓦斯爆炸事故的发生。矿灯电源也有采用镍氢电池和镍镉电池做电源的，镍氢电池矿灯自放电率比较高，放置lM不用，电能减小30%，尤其是这种电池当过充电时在电池内部产生高温高压，如果不能及时释放将发生爆炸。镍镉电池做电源的矿灯外壳不能受外力挤压，不然电池容易爆炸。锂离子矿灯积率比较大，电池过充电也会爆炸，在使用中电池外壳也不允许受挤压，不然也

5、会爆炸[3]。本设计以高能量密度的聚合物锂离子电池为为电源，用IP芯片作电源控制和管理，用超高亮度白光LED作光源。采用整体式一体化全密封结构，矿灯材料选用防弹玻璃材料，使矿灯能在易燃易爆的高温低温的环境里工作，由于采用了芯片自动保护技术，它从源头上斩断了矿灯引发瓦斯爆炸事故的根源，同时能在水中正常工作[4]。保留了传统矿灯可拆卸实现照明便利的优点，又甩掉了传统矿灯的电缆线，这样佩带者就不会为电缆连接线所困扰（如图1.1）。我们采用电化学式气体传感器：它相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。2.1电

6、化学传感器的构成7将两个反应电极――工作电极和对电极以及一个参比电极放置在特定电解液中，然后在反应电极之间加上足够的电压，使透过涂有重金属催化剂薄膜的待测气体进行氧化还原反应，再通过仪器中的电路系统测量气体电解时产生的电流，然后由其中的微处理器计算出气体的浓度.气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是憎水屏障，最终到达电极表面。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对目标气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器，与电气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。2.2瓦斯报警器与安全帽的结

7、合利用电子产品微型化的思想，将安全右侧设计一定体积的半圆突出体用于瓦斯报警器的安装。在右侧突出体表面有红色指示灯和绿色指示灯各一个，并设置用于控制瓦斯报警器启用关闭的开关（如图2.2）。其中当佩戴工作人员所处环境甲烷浓度在安全范围类，则绿色指示灯亮；佩戴工作人员所处环境甲烷浓度不在安全范围类，则红色指示灯亮，并发出蜂鸣声。图2.22.3电化学传感器优点反应速度快、准确（可用于ppm级），稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大于等于两年），体积小，易操作，适用用矿下工作