基于服装模块化设计的煤矿工作服创新设计

朱弘弟，陈雨琦

（天津师范大学，天津 300380）

1 煤矿工作环境危险性分析

煤矿工作环境一直以来都被认为是极其危险和具有挑战性的，矿工们面临着各种潜在的危险和健康风险。矿山内充满了各种机械设备，如采矿机、运输设备和爆破设备。不适当的操作或机械故障可能导致伤害或事故；在煤洞中，矿工常常暴露于煤尘、岩屑和瓦斯等有害气体中。长期暴露于这些环境中可能导致呼吸系统问题，如尘肺病和其他呼吸道疾病；地下爆炸和坍塌风险，矿山中的天然气或瓦斯泄漏可能导致爆炸，而坍塌则可能在工作区域中引发严重的安全问题。这些事件不仅危及矿工的生命，还可能造成煤矿设施的损坏[1]；深入地下的矿工可能会面临极高的温度和湿度，尤其在较深部位的矿山中。这种环境条件可能导致中暑、脱水和体力疲劳；此外在心理上，煤矿工作常常需要在地下深处或高压环境中工作长时间地在地下工作可能导致孤独感和心理压力，对矿工的心理健康产生负面影响[2]。总之，煤矿工作环境是一个充满危险和挑战的领域，因此保障矿工的安全和舒适性至关重要。模块化设计的煤矿工作服的优化可能有助于降低矿工在这些危险环境中面临的风险。

2 矿业工作服现状

2.1 煤矿工作服的重要性

煤矿工作服在煤矿行业中扮演着至关重要的角色，其重要性显而易见。首先，它是矿工的首要安全防护装备，具备防火、阻燃和抵抗化学物质侵害等特性，有效减轻了火灾、爆炸、有害气体以及机械伤害等潜在危险带来的威胁，为矿工的生命和健康提供坚实保障。其次，合适的工作服设计提供了舒适性和工作效率的提升，尤其在高温、高湿度和通风不佳的煤矿环境中，工作服可协助调节体温、增强通风效果，减轻了矿工的体力负担，提高了工作效率。此外，工作服的高可见性元素如反光带，在低光照或多尘环境下提高了矿工的可见性，不仅减少了事故风险，还增进了团队协作，提高了工作的安全性。工作服还包括身体保护和防护要素，如肘部和膝部补丁，有效降低了机械伤害的风险，提供额外的防护。此外，工作服还能抵御尘埃和污染物，减少对矿工健康的潜在威胁，提供清洁和健康的工作环境。总之，煤矿工作服的重要性在于它们不仅是矿工的第二层皮肤保护着矿工的生命和健康，还提高了工作效率、降低了事故风险、改善了工作环境、确保了合规性，因此对于煤矿行业的运作至关重要[3]。

2.2 我国煤矿工作服现状及问题

我国煤矿工作服的现状和问题是一个备受关注的议题，煤矿行业一直是我国的重要能源领域，而矿工的安全和舒适性对于矿山生产和工人的健康至关重要。在我们的国家，煤矿工作服在提供基本安全要求方面已经取得了一定进展，但仍然面临着一系列问题，需要更多的关注和改进。

目前，我国的煤矿工作服通常采用标准化设计，以确保符合相关法规和标准。这些工作服包括外层防护层、内衬、可见性元素和保护装置。虽然这些工作服在提供基本安全要求方面表现出色，如防火、阻燃和抗静电特性，以减少火灾和爆炸的风险，以及高可见性元素，以提高矿工在矿山环境中的可见性。然而，工作服的舒适性问题一直是一个关注点。在高温高湿度和通风不足的环境中，工作服的透气性和通风性仍然需要改进，以减轻矿工的体温上升和脱水风险。煤矿工作环境可能导致工作服需要频繁清洁和维护，这增加了成本并缩短了服装的使用寿命[4]。

另一个问题是工作服的定制性不足。传统工作服通常是标准化设计，无法满足每位矿工的个性化需求。这可能导致矿工在舒适性、大小和风格等方面感到不满。此外，工作服的复杂性和材料特性使其难以维护和清洁。这可能增加了维护成本，降低了服装的使用寿命。尽管煤矿工作服一直是关键的安全装备，但在创新方面的投入有限。新材料和制造技术的应用潜力未充分挖掘，未能充分满足未来矿工需求。最后，一些工作服材料可能不易回收和再利用，可能对环境产生不利影响。可持续性方面需要更多关注。

综上所述，我国煤矿工作服在提供基本安全要求方面取得了一定进展，但仍存在许多问题，包括舒适性、定制性、维护性、创新性和可持续性等方面的挑战。因此，有必要继续研究和创新工作服设计，以提高矿工的安全性和工作舒适性，提高煤矿行业的生产效率。这需要跨学科的合作和政府、矿山企业以及研究机构的投入。解决这些问题将有助于确保我国的煤矿工作环境更加安全、健康和可持续。

3 模块化设计在煤矿工作服中的应用

3.1 模块化设计原理

模块化设计在煤矿工作服中的应用为改进工作服的功能性、适应性和性能提供了广泛的机会。这一设计方法以模块的方式将工作服分解成独立的组件或部分，每个模块都具有特定的功能和特性。模块化要素包括外层防护层、内衬、可见性元素和保护装置，它们可以根据工作环境的需求进行灵活调整。在安全性模块中，可以选择更耐火、阻燃的外层防护层，以减少火源接触的风险，同时针对有害气体和化学品的威胁，特殊的化学品防护层也可以被集成。为提高舒适性，透气性模块提供更好的通风，降低矿工体温、减少出汗和脱水风险。此外，人体工程学设计确保工作服与矿工的身体结构紧密贴合，提高穿着舒适度。可维护性模块允许轻松更换损坏的模块，而不必更换整套工作服，从而延长了服装的使用寿命。同时，易清洗和保养的材料减少了维护的复杂性。最重要的是，模块化设计还为个性化选择提供了空间，允许矿工根据个人需求和工作条件选择合适的模块，使工作服更适应不同的情境。因此，模块化设计为改进煤矿工作服的安全性、舒适性和适应性提供了全新的可能性，有望大幅提升矿工的工作体验和安全[5]。

3.2 矿工工服的模块化创新设计

煤矿工作服的设计和制作过程是一个关键环节，需要综合考虑安全性、舒适性、功能性以及可维护性等方面的因素[5]。在设计过程中，选择具备防火、阻燃、抗静电、高可见性等特性的材料。这些材料同时要具备透气性、轻便性和舒适性。不同部分的工作服可能需要不同的材料，如外层防护层、内衬和可见性元素。为了确保工作服与矿工的身体结构紧密贴合，设计团队需要进行人体工程学设计。这包括考虑剪裁、尺寸、贴身度以及各种身体部位的活动范围。有创新性的模块化设计是关键步骤。设计团队需要决定如何将工作服分解成不同的模块，以满足矿工的需求。这包括外层防护层、内衬、可见性元素、保护装置等不同的模块，如图1所示。

图1 创新矿工作业服设计图及解析图Fig.1 Design drawing and analysis drawing of innovative miners' work clothes

矿工服对面料要求较高，要求其具有防尘、防静电、拒水拒油、阻燃等功能。因此本次设计，在面料选择上，采用新型的银纤维混纺面料作为新型矿工服的主体材料，该面料由9.4%银纤维、84.6%棉纤维、6%麻纤维构成。银纤维具有良好的导电性能，可保证面料的防静电性能；同时使用效果较好的含氟拒水拒油整理剂与含磷的阻燃剂进行涂层整理[6]。

色彩选择上，色彩对矿工的心理产生重要的影响，既不能太活泼，也不可太枯燥，旨在通过色彩的设计传递出一种安全信号，让矿工时刻保持警觉状态而又不至于过于紧张。传统的矿工服多采用黄、蓝色，这两种色彩是一般工作服的常用色。如图1所示，本次矿工服设计采用蓝色为主色，但在部分结构线处及口袋等部位采用橙红色和荧光反光面料，一方面解决了单一色彩而引起的枯燥，另一方面又极具警示的作用[7]。

在服装结构方面，为提高穿着便捷性，本次设计中在矿工工作服的总体结构上采用上下分体式结构，腰部使用轻质腰带收紧上衣以防止煤灰等大颗粒灰尘进入服装内部影响舒适性。领型采用立领与可调节性襻带相结合，适应不同颈围。领部的可调节性大大降低了对穿着舒适性的影响。在袖口与裤脚口处设置可调节松紧襻带，日常穿着时可以松开，在工作时可扣紧防止煤灰进入，裤脚处的襻带内侧设计有硅胶防滑条，更方便穿着工作靴防止裤子从鞋子中松动滑出。膝盖部分设计模块化抗磨损设计，方便更换减少维护和生产成本。内衬通常采用吸湿排汗材料，该面料由超细涤纶纤维制成，利用其芯吸效应增加服装透气透湿性能。同时对面料进行防尘整理，其面料中的细小孔隙可以使气体分子和水分子通过，而直径较大的灰尘则无法通过[8]，在保证服装舒适性的同时可以避免煤灰进入服装。

在功能性模块设计中，以模块化理念袖子、裤脚、口袋、手肘做可拆卸替换的模块化设计，方便矿下作业、服装后期维护。右胸处设计工具模块，用于放置一些常用工具，方便作业时拿取和收纳。左胸前设计可拆卸风琴袋，用于日常用品放置。腰部采用腰带设计，并在腰带出处设计可移动可拆卸风琴袋使用方便容量大，同时可以根据需要携带的物品自定义口袋的数量位置。此外腰带的可收紧设计一定程度上保证了保暖性，同时减小上衣体积方便作业提供一定的灵活性。如图2所示，上衣袖子采用可拆卸设计，袖笼部分使用拉链与袖子连接实现可拆卸，由于矿工在井下作业时袖子手肘为主要磨损部位，因此在肘部加上可抗磨损模块，配合可拆卸袖子在衣身磨损相对较低的情况下可以单独更换袖子和肘部抗磨模块，尽可能地降低生产成本和维护成本。右侧设计与手部位置相近的可移动口袋模块，方便拿取。膝盖部分设计模块化抗磨损设计，方便更换减少维护和生产成本。

图2 安全模块及可自定义模块解析图Fig.2 Security module and customizable module analysis diagram

在安全警示及防护模块中，上衣肩部的两侧设计名片信息卡槽，可将工人信息、GPS等标明身份和位置信息设备放入其中，在特殊情况发生时有利于搜救或寻找，为工人提供安全性。同时左侧袖子肩部也加设了口袋方便放置无线电对讲机等井下通讯设备，置于左侧方便作业时拿取。上衣也在肩部、背部、腰部、肘部等明显部位加设高反光面料，裤装设计中，采用与上衣同色同质地的面料，在裤线处设计高反光线条，延伸放光面积，起到更好的反光效果，有助于井下救援时辨别工人位置。此外，还在肩部设计的防摔气囊设计，通过隐藏于服装内部的CO2小气罐和坠落预警装置，在突发情况下摔倒或受到冲击时位于肩部的气囊会瞬间打开以减轻工人的受伤程度，提高安全性。在时尚感方面，本次设计加入了更多的工装时尚化元素，在保证功能性和安全性的前提下，在一定程度上提高时尚感，缓解工人在井下封闭环境中的心理问题。

4 结论

本次研究重点对煤矿工人的工作服进行了创新优化设计，以模块化设计对工作服进行模块划分，实现兼功能、便维护、保安全的煤矿工作服的设计。结合对现有煤矿工作环境和现有工作服的现状及问题分析，设计中在面料上采用矿用防尘、防静电、防水、防火面料，缝纫线为阻燃缝纫线，面料和缝纫线均符合国家标准，且耐劳度高；款式符合“三紧式”要求。改进了各个部位的功能及结构设计，并在保障各项要求合规的情况下加入了更多时尚元素，将服装设计中的人文关怀融入工作服的设计当中，将安全放在设计的首位，呈现出时尚和安全兼备的设计，为我国的煤矿工作服设计提供一定的设计参考价值。