CN109619723A - 一种高科技矿山采矿服 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及采矿领域，具体涉及一种高科技矿山采矿服，包括：外骨骼系统(7)、外保护层、数字头盔(1)、温控系统、呼吸系统以及供电系统，所述外骨骼系统(7)用于承担所述采矿服的主要重量与提升工作效率，所述外保护层主要用于隔离有毒有害气体、粉尘以及防止外物打击，所述数字头盔(1)用于提供各类传感器数据、分析结果数据以及决策支持数据，所述温控系统用于保证舒适的体感温度，所述呼吸系统用于提供人体所需氧气，所述供电系统用于为所述温控系统、所述外骨骼系统、所述数字头盔(1)以及所述呼吸系统提供电力。本申请能帮助克服现有技术条件下作业环境差、职业病发病率高、劳动强度大、单人作业效率低以及信息掌握不及时、不全面的问题。
Description
技术领域
本申请涉及采矿领域，具体涉及一种高科技矿山采矿服。
背景技术
人类社会的发展与矿产资源的开发始终紧密联系，而众多的矿产资源深埋于岩土中，如煤矿、铁矿、金矿等，这些矿产资源在金融、能源、电力、建材、化工等人类社会的不同领域中扮演着举足轻重的角色。
社会的发展伴随着人们对资源需求的增长，为了获取更多的资源，越来越多的矿产资源逐渐开始进行深部开采，例如部分金矿和煤矿开采深度均已经达到千米，矿产资源开采逐渐进入大采深。由于矿产资源埋藏于地下，需要井工开采，不同的开采工艺的生产模式和生产效率差异很大，与当前普遍的浅埋深井工开采相比，深部开采的矿井地质条件更为复杂，工作环境高湿、高热、粉尘浓度大，如果采用现行的作业方式将会极大地限制工作人员的工作效率，同时工作人员体力消耗严重，容易发生误操作、职业病等。
为了满足国家的资源需求，保证各类资源的产量，同时随着人类信息技术的发展，我国的专家学者提出了高科技矿山的概念，推进矿山的数字化、智能化、智慧化建设，研究无人或少人工作面，即在矿井生产过程中只需少量的工作人员进入井下，安装、操作或检查机电设备。人员数量的减少、专业要求的提升、工作环境的更加复杂，使得高科技矿山需要研发一种专门的装备来支持采矿人员在工作过程中获取更多的安全生产信息和为采矿人员提供更安全舒适的工作环境。借鉴于宇航员在太空中需要穿戴宇航服，为保证井下工作人员的安全、舒适、高效率的工作状态，有必要对高科技矿山井下工作的工作人员设计专门的采矿服。宇航员在太空中工作，必须防止真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体造成危害，因此宇航员穿戴的宇航服的密封级别、抗压性能、隔热等要求很高，而且结构十分复杂，可分为6层，每层又由多层材料构成，舱外宇航服的重量能高达120公斤，成本高昂。不同于太空环境，工作人员在矿山井下面对的更多的是粉尘、湿热、有毒有害气体以及繁重的体力作业等问题，所以采矿服对于密封、防辐射、抗极端温度、抗压等方面的性能要求相对较低。因此为了更好地实现高科技矿山，需要设计一套适用于采矿环境的采矿服。
发明内容
本申请旨在提供一种高科技矿山采矿服，能帮助克服现有技术条件下工作人员作业环境差、职业病发病率高、劳动强度大、单人作业效率低以及信息掌握不及时、不全面的问题。
为了解决以上问题，本申请提供了一种技术方案：一种高科技矿山采矿服，包括：
外骨骼系统7、外保护层、数字头盔1、温控系统、呼吸系统以及供电系统；
所述外骨骼系统7设置于所述外保护层外侧，用于承担所述采矿服的主要重量以及提升工作效率；
所述外保护层主要用于防止工作人员受到外部环境的伤害；
所述数字头盔1用于为工作人员提供高科技矿山的各类传感器数据、分析结果数据以及决策支持数据；
所述温控系统用于为工作人员提供舒适的体感温度；
所述呼吸系统用于为工作人员提供人体正常活动需要的氧气；
所述供电系统用于为所述温控系统、所述外骨骼系统7、所述数字头盔1以及所述呼吸系统提供电力。
可选地，所述外骨骼系统7在工作人员穿戴所述外保护层后，固定在所述外保护层上；
所述外保护层包括上身外保护层2、手臂外保护层3以及下肢外保护层4；
所述上身外保护层2包括上身躯体外保护层、上身-头盔连接层、上身-肩关节连接层、上身-下肢外保护层连接层；
所述手臂外保护层3包括上臂-肩关节连接层、上臂外保护层、肘关节外保护层、前臂外保护层、手腕隔离层；
所述下肢外保护层4包括下肢-上身外保护层连接层、大腿外保护层、膝关节外保护层、小腿外保护层以及踝关节隔离层；
所述上身躯体外保护层通过所述上身-头盔连接层与所述数字头盔1连接；所述上身躯体外保护层通过所述上身-肩关节连接层和所述上臂-肩关节连接层的密闭配合与所述手臂外保护层3连接；所述上身躯体外保护层通过所述上身-下肢外保护层连接层和所述下肢-上身外保护层连接层与所述下肢外保护层4连接；所述上臂外保护层通过所述肘关节外保护层与所述前臂外保护层连接；所述大腿外保护层通过所述膝关节外保护层与所述小腿外保护层连接。
可选地，所述上身-头盔连接层、所述上身-肩关节连接层、所述上身-下肢外保护层连接层、所述上臂-肩关节连接层、所述下肢-上身外保护层连接层、所述肘关节外保护层以及所述膝关节外保护层之间均采用柔性材料密闭连接。
可选地，所述数字头盔1包括头盔壳体、换气口、气体吸收器、照明灯以及传感网数据终端；
所述头盔壳体上设置有电子液晶屏幕；
所述换气口位于所述数字头盔1的后端，所述呼吸系统通过所述换气口为所述工作人员提供新鲜的氧气；
所述气体吸收器放置在所述数字头盔1内部，用于吸收所述工作人员呼吸产生的二氧化碳、水蒸气以及其他有害气体；
所述照明灯安装在所述数字头盔1顶部且由所述供电系统提供电源；
所述传感网数据终端用于接收高科技矿山的各类传感器数据，并投射到所述电子液晶屏幕上。
可选地，所述温控系统包括空调10、温控服、温控管以及连接软管；
所述温控服为上身-下身连体式且所述温控服的前胸位置设置有拉链以实现正常穿戴；
所述温控管呈网状分别固定在所述温控服的前胸、后背、手臂以及大腿，所述上身躯体外保护层开设有温控管孔，所述温控管和所述空调10通过所述温控管孔密闭连接，所述温控管的各部分在人体关节处通过所述连接软管密封连接在一起；
所述温控管、所述连接软管以及所述空调10之间形成循环回路，所述循环回路内部填充有温控液，所述温控液利用所述空调10保持流动并与工作人员进行热交换，以保持所述工作人员舒适的体感温度。
可选地，所述呼吸系统包括氧气瓶9与输气管，所述输气管用于连接所述氧气瓶9与所述数字头盔1的换气口。
可选地，所述呼吸系统通过检查所述数字头盔1中的氧气浓度以自动方式或手动方式调节氧气的供氧量。
可选地，所述供电系统包括高能电池8，所述智慧高科技矿山井下的重要工作地点以及重要网络节点上均储放有备用的所述高能电池8或用于为所述高能电池8充电的快速充电桩。
可选地，所述高科技矿山采矿服还包括内衣层、手套5以及靴子6；
所述内衣层包括上衣、裤子以及袜子；
所述手套5包括手套内层、手套外层以及手套-手臂连接层，所述手套-手臂连接层与所述手腕隔离层密闭连接；
所述靴子6包括靴身、靴底以及靴体-下肢连接层，所述靴底与所述外骨骼系统7的底端能够配合，所述靴体-下肢连接层与所述踝关节隔离层密闭相连。
有益效果：
(1)本申请提供了一种适用于高科技矿山的采矿服，为工作人员提供了一个智能、舒适的作业环境，能帮助克服现有技术条件下工作人员作业环境差、信息化程度低、职业病发病率高、劳动强度大、单人作业效率低，以及信息掌握不及时、不全面的问题，同时为实现高科技采矿提供了设备支持。
(2)本申请的外保护层能有效地隔离人体与外部环境，防止工作人员在矿井下因高湿、高热、有毒有害气体等环境因素受到伤害，外骨骼系统7能承担采矿服的主要重量，辅助工作人员进行体力作业和行动，大大减轻了工作人员的体力负担。
(3)本申请采用了数字头盔1，所述数字头盔1的头盔壳体设置有电子液晶屏幕，所述传感网数据终端能够将接收的高科技矿山各类传感器数据、分析结果数据以及决策支持数据投射到头盔壳体的电子液晶屏幕上，为工作人员安全、准确地完成任务提供了信息支撑。
(4)本申请的温控系统能在保持工作人员活动自如的状态下为工作人员提供舒适的体感温度，帮助工作人员更好地完成任务，间接地提高了工作人员的工作效率。
(5)本申请的呼吸系统能够根据工作人员的运动状态，通过实时监测所述数字头盔1中的氧气浓度以自动方式或手动方式调节供氧量，为工作人员在高科技矿山矿井下工作提供了呼吸安全保障。
附图说明
图1为数字头盔示意图；
图2为外保护层示意图；
图3为高科技矿山采矿服的一种装配示意图；
图4为高科技矿山采矿服的另一种装配示意图。
其中：1-数字头盔；2-上身外保护层；3-手臂外保护层；4-下肢外保护层；5-手套；6-靴子；7-外骨骼系统；8-高能电池；9-氧气瓶；10-空调。
具体实施方式
下文描述了本申请的具体实施方式，该实施方式为示意性的，旨在揭示本申请的具体工作过程，不能理解为对权利要求的保护范围的进一步限定。
图3为高科技矿山采矿服的一种装配示意图。图4为高科技矿山采矿服的另一种装配示意图。如图3或图4所示，所述高科技矿山采矿服包括：
外骨骼系统7、外保护层、数字头盔1、温控系统、呼吸系统、供电系统、内衣层、手套5以及靴子6；
所述外骨骼系统7设置于所述外保护层外侧，所述温控系统包括空调10，所述空调10、所述呼吸系统以及所述高能电池8固定在所述外骨骼系统7上；
所述外骨骼系统7用于承担所述高科技矿山采矿服的主要重量，所述外保护层主要用于防止人体受到外部环境的伤害，所述数字头盔1用于向工作人员提供高科技矿山的各类传感器数据、分析结果数据以及决策支持数据，所述温控系统用于为工作人员提供舒适的体感温度，所述呼吸系统用于为工作人员提供人体正常活动需要的氧气，所述供电系统用于为所述温控系统、所述外骨骼系统7、所述数字头盔1以及所述呼吸系统提供电力。
所述外骨骼系统7在工作人员穿戴所述外保护层后，固定在所述外保护层上，所述外骨骼系统7由轻碳纤维制成，用于承担所述高科技矿山采矿服的主要重量，所述外骨骼系统7上安装有空调10、呼吸系统以及高能电池8等。在工作人员作业过程中，它不仅能适应各种井巷地形，还能辅助工作人员搬运各类沉重材料、设备，减轻工作人员的体力负担。
图2为外保护层示意图。如图2、3或4所示，所述外保护层包括上身外保护层2、手臂外保护层3以及下肢外保护层4，所述外保护层主要用于隔离人体与外部环境，所述外保护层能避免工作人员遭受外物打击伤害；所述上身外保护层2、所述手臂外保护层3以及所述下肢外保护层4由坚硬、耐磨、抗压的材质制成；所述外保护层的各部分之间能够互相拼接，即所述上身外保护层2、所述手臂外保护层3以及所述下肢外保护层4均为可拆卸结构，以满足不同体型人员的需求。
其中，上身外保护层2包括上身躯体外保护层、上身-头盔连接层、上身-肩关节连接层以及上身-下肢外保护层连接层；
所述手臂外保护层3包括上臂-肩关节连接层、上臂外保护层、肘关节外保护层、前臂外保护层以及手腕隔离层，所述手腕隔离层用于隔离粉尘与有毒有害气体进入所述手臂外保护层3的内部。
所述下肢外保护层4包括下肢-上身外保护层连接层、大腿外保护层、膝关节外保护层、小腿外保护层以及踝关节隔离层，所述踝关节隔离层能隔离粉尘和有毒有害气体从所述下肢外保护层4进入所述外保护层的内部。
所述上身躯体外保护层通过所述上身-头盔连接层与所述数字头盔1连接；所述上身躯体外保护层通过所述上身-肩关节连接层和所述上臂-肩关节连接层的密闭配合与所述手臂外保护层3连接；所述上身躯体外保护层通过所述上身-下肢外保护层连接层和所述下肢-上身外保护层连接层与所述下肢外保护层4连接；所述上臂外保护层通过所述肘关节外保护层与所述前臂外保护层连接；所述大腿外保护层通过所述膝关节外保护层与所述小腿外保护层连接。
所述上身-头盔连接层、所述上身-肩关节连接层、所述上身-下肢外保护层连接层、所述上臂-肩关节连接层、所述下肢-上身外保护层连接层、所述肘关节外保护层以及所述膝关节外保护层之间均采用柔性材料密闭连接。
图1为数字头盔示意图。如图1、3或4所示，所述数字头盔1包括头盔壳体、换气口、气体吸收器、照明灯以及传感网数据终端，所述头盔壳体上设置有电子液晶屏幕。
所述换气口位于所述数字头盔1的后端，所述呼吸系统通过所述换气口为所述工作人员提供新鲜的空气；所述气体吸收器放置在所述数字头盔1内部，用于吸收工作人员呼吸产生的二氧化碳、水蒸气和其他有害气体；所述照明灯安装在所述数字头盔1顶部，所述照明灯为可拆卸设备且由所述供电系统提供电源，所述传感网数据终端能够接收高科技矿山各类传感器数据，并投射到所述数字头盔1壳体的电子液晶屏幕上，为工作人员安全、准确地完成任务提供信息支撑。
所述温控系统还包括温控服、温控管以及连接软管，所述温控服为上身和下身一体式衣物，在所述温控服的上半身的前胸部位设置有拉链来实现正常穿戴；所述温控管呈网状分别固定在所述温控服上且其分布部位为前胸、后背、手臂以及大腿；所述上身躯体外保护层开设有温控管孔，所述温控管和所述空调10通过所述上身外保护层2上的所述温控管孔密闭连接，所述温控管各部分之间在人体关节处通过所述连接软管密封连接在一起，保持工作人员活动自如的状态。所述温控管、所述连接软管和所述空调10之间形成循环回路，所述循环回路内部填充有温控液，所述温控液利用所述空调10保持流动并与工作人员进行热交换，以保持工作人员舒适的体感温度。
所述呼吸系统包括氧气瓶9、急救器以及输气管，所述输气管连接到所述数字头盔1的换气口，所述呼吸系统能够根据工作人员的运动状态，通过检查所述数字头盔1中的氧气浓度以自动方式或手动方式调节供氧量。所述氧气瓶9安置在所述外骨骼系统7上，所述氧气瓶9中储存着高压状态下的氧气，能满足工作人员在矿井下正常呼吸，此时氧气通过所述输气管向所述数字头盔1中输送。所述输气管用于连接所述氧气瓶9和所述数字头盔1。此外，在高科技矿山井下的重要工作地点和重要网络节点上均储放充满高压氧气的氧气瓶9。
所述供电系统包括高能电池8和供电线路，所述高能电池8为所述供电系统的电源，用于为所述温控系统、所述外骨骼系统7、所述呼吸系统以及所述数字头盔1的照明灯提供电力，满电状态下能够保证不少于10小时的满负荷工作的电力供应。所述供电系统的电源采用高能电池8，不仅减轻整套高科技矿山采矿服重量的，还能保证对采矿服的持续供电。此外，在高科技矿山井下的重要工作地点和重要网络节点上均储放有备用的所述高能电池或用于为所述高能电池充电的快速充电桩。
所述内衣层包括上衣、裤子和袜子，均采用质地柔软的纯棉制作，用以隔离坚硬材质物品，保护工作人员的皮肤，吸收工作人员的汗液，防止皮肤与其他材料摩擦过程中产生静电；所述手套5包括手套内层、手套外层和手套-手臂连接层，所述手套内层为柔软纯棉纺织品，能够吸收工作人员的汗液，所述手套外层柔韧耐磨，能隔离粉尘和有毒有害气体、保护工作人员双手，同时不影响双手灵活性；所述手套-手臂连接层将手套5和手腕隔离层密闭连接，形成一个能够隔离粉尘和有毒有害气体的密闭整体；所述靴子6包括靴身、靴底和靴体-下肢连接层，所述靴底与所述外骨骼系统7的底端能够配合，所述靴体-下肢连接层与所述踝关节隔离层密闭相连，能隔绝粉尘和有毒有害气体。
在进入工作面前，工作人员首先穿好所述内衣层，然后穿戴好所述温控服，接着从下到上穿戴所述外保护层的各组成部分，接着佩戴所述数字头盔1、所述手套5以及所述靴子6，并确保所述外保护层、所述温控管、所述数字头盔1、所述手套5以及所述靴子6之间连接成为一个隔尘密闭的整体。然后将所述外骨骼系统7固定在所述外保护层上，随后依次将所述空调10、所述呼吸系统、所述高能电池8固定在所述外骨骼系统7上，并分别将所述空调10与所述温控管通过所述温控管孔连接，将所述输气管与所述换气口连接。此时，整套采矿服构成了一个完整的系统，测试系统正常运行后，即可进入工作地点进行作业。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
Claims (9)
1.一种高科技矿山采矿服，其特征在于，包括：
外骨骼系统(7)、外保护层、数字头盔(1)、温控系统、呼吸系统以及供电系统；
所述外骨骼系统(7)设置于所述外保护层外侧，用于承担所述采矿服的主要重量以及提升工作效率；
所述外保护层主要用于防止工作人员受到外部环境的伤害；
所述数字头盔(1)用于为工作人员提供高科技矿山的各类传感器数据、分析结果数据以及决策支持数据；
所述温控系统用于为工作人员提供舒适的体感温度；
所述呼吸系统用于为工作人员提供人体正常活动需要的氧气；
所述供电系统用于为所述温控系统、所述外骨骼系统(7)、所述数字头盔(1)以及所述呼吸系统提供电力。
2.根据权利要求1所述的采矿服，其特征在于，所述外骨骼系统(7)在工作人员穿戴所述外保护层后，固定在所述外保护层上；
所述外保护层包括上身外保护层(2)、手臂外保护层(3)以及下肢外保护层(4)；
所述上身外保护层(2)包括上身躯体外保护层、上身-头盔连接层、上身-肩关节连接层、上身-下肢外保护层连接层；
所述手臂外保护层(3)包括上臂-肩关节连接层、上臂外保护层、肘关节外保护层、前臂外保护层、手腕隔离层；
所述下肢外保护层(4)包括下肢-上身外保护层连接层、大腿外保护层、膝关节外保护层、小腿外保护层以及踝关节隔离层；
所述上身躯体外保护层通过所述上身-头盔连接层与所述数字头盔(1)连接；所述上身躯体外保护层通过所述上身-肩关节连接层和所述上臂-肩关节连接层的密闭配合与所述手臂外保护层(3)连接；所述上身躯体外保护层通过所述上身-下肢外保护层连接层和所述下肢-上身外保护层连接层与所述下肢外保护层(4)连接；所述上臂外保护层通过所述肘关节外保护层与所述前臂外保护层连接；所述大腿外保护层通过所述膝关节外保护层与所述小腿外保护层连接。
3.根据权利要求2所述的采矿服，其特征在于，所述上身-头盔连接层、所述上身-肩关节连接层、所述上身-下肢外保护层连接层、所述上臂-肩关节连接层、所述下肢-上身外保护层连接层、所述肘关节外保护层以及所述膝关节外保护层之间均采用柔性材料密闭连接。
4.根据权利要求2所述的采矿服，其特征在于，所述数字头盔(1)包括头盔壳体、换气口、气体吸收器、照明灯以及传感网数据终端；
所述头盔壳体上设置有电子液晶屏幕；
所述换气口位于所述数字头盔(1)的后端，所述呼吸系统通过所述换气口为工作人员提供新鲜的氧气；
所述气体吸收器设置在所述数字头盔(1)内部，用于吸收工作人员呼吸产生的二氧化碳、水蒸气以及其他有害气体；
所述照明灯安装在所述数字头盔(1)顶部且由所述供电系统提供电源；
所述传感网数据终端用于接收高科技矿山的各类传感器数据，并投射到所述电子液晶屏幕上。
5.根据权利要求2所述的采矿服，其特征在于，所述温控系统包括空调(10)、温控服、温控管以及连接软管；
所述温控服为上身-下身连体式且所述温控服的前胸位置设置有拉链以实现正常穿戴；
所述温控管呈网状分别固定在所述温控服的前胸、后背、手臂以及大腿，所述上身躯体外保护层开设有温控管孔，所述温控管和所述空调(10)通过所述温控管孔密闭连接，所述温控管的各部分在人体关节处通过所述连接软管密封连接在一起；
所述温控管、所述连接软管以及所述空调(10)之间形成循环回路，所述循环回路内部填充有温控液，所述温控液利用所述空调(10)保持流动并与工作人员进行热交换，以保持工作人员舒适的体感温度。
6.根据权利要求1所述的采矿服，其特征在于，所述呼吸系统包括氧气瓶(9)与输气管，所述输气管用于连接所述氧气瓶(9)与所述数字头盔(1)的换气口。
7.根据权利要求4所述的高科技矿山采矿服，其特征在于，所述呼吸系统通过检查所述数字头盔(1)中的氧气浓度以自动方式或手动方式调节氧气的供氧量。
8.根据权利要求1所述的采矿服，其特征在于，所述供电系统包括高能电池(8)，所述智慧高科技矿山井下的重要工作地点以及重要网络节点上均储放有备用的所述高能电池(8)或用于为所述高能电池(8)充电的快速充电桩。
9.根据权利要求2所述的采矿服，其特征在于，所述采矿服还包括内衣层、手套(5)以及靴子(6)；
所述内衣层包括上衣、裤子以及袜子；
所述手套(5)包括手套内层、手套外层以及手套-手臂连接层，所述手套-手臂连接层与所述手腕隔离层密闭连接；
所述靴子(6)包括靴身、靴底以及靴体-下肢连接层，所述靴底与所述外骨骼系统(7)的底端能够配合，所述靴体-下肢连接层与所述踝关节隔离层密闭相连。
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