煤礦噪聲對(duì)人的注意力影響實(shí)驗(yàn)研究*

景國勛，呂鵬飛，趙攀飛，王遠(yuǎn)聲

(1. 河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；2.安陽工學(xué)院，河南 安陽 455000)

0　引言

人因事故分析中發(fā)現(xiàn)，造成人因事故的原因有2種，一是由于作業(yè)人員的心理因素造成的，一種是由于人的生理因素造成的[1]。目前煤礦事故發(fā)生多為人因失誤造成的[2-4]。井下噪聲是造成人因失誤的重要原因之一，煤礦井下噪聲具有聲源多、強(qiáng)度大、聲級(jí)高、頻帶寬等特點(diǎn)[5]。噪聲對(duì)人的影響問題是相當(dāng)復(fù)雜的，他不僅由噪聲的物理特性來確定，而且還與人的心理和生理狀態(tài)有關(guān)[6]。煤礦噪聲不僅有可能導(dǎo)致井下作業(yè)人員身體的多種病癥，還容易導(dǎo)致作業(yè)人員反應(yīng)遲緩、工作熱情降低、忽視安全預(yù)警信號(hào)等，使得安全事故發(fā)生概率上升[7]。因此煤礦噪聲對(duì)作業(yè)人員的影響研究就顯得尤為重要且具有現(xiàn)實(shí)意義。

注意力是指人的心理活動(dòng)指向和集中于某種事物的能力[8]。安全注意力是將注意力運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，使活動(dòng)中的注意力水平保持在安全范疇的一種稱謂。工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，安全注意力是指員工對(duì)安全生產(chǎn)的關(guān)注程度[9]。研究表明在強(qiáng)噪聲長時(shí)間作用下，人體會(huì)表現(xiàn)出反應(yīng)時(shí)間延長的效應(yīng)[10]。

目前，國內(nèi)外關(guān)于注意力的研究較多。Bergasa L M等[11]提出了一種使用計(jì)算機(jī)視覺來評(píng)估駕駛員的注意力水平的系統(tǒng)；殷恒嬋[12]對(duì)青少年進(jìn)行《注意力測(cè)驗(yàn)》測(cè)試,對(duì)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行因素分析和相關(guān)分析；Yim K S等[13]發(fā)現(xiàn)不吃早餐孩子的注意力水平會(huì)下降。關(guān)于噪聲對(duì)注意力影響的研究較少。王春雪等[14]通過研究作業(yè)環(huán)境中噪聲因素對(duì)人的安全注意力的影響,對(duì)安全注意力類型及品質(zhì)特征進(jìn)行分析,建立安全注意力水平模型；尹忠愷等[15]構(gòu)建了修正后的礦工安全注意力影響因素作用路徑概念模型圖；李乃文等[16]采用結(jié)構(gòu)方程構(gòu)建影響機(jī)理模型和問卷調(diào)查的方式，發(fā)現(xiàn)減輕工作壓力和控制安全注意力可以有效干預(yù)不安全行為；Mundorff J S等[17]發(fā)現(xiàn)注意力與噪聲刺激類型存在顯著的相互作用；陽靜等[18]發(fā)現(xiàn)50 db以上噪聲就會(huì)對(duì)人的注意力產(chǎn)生影響，80 db以上更顯著。噪聲對(duì)礦工操作失誤的研究也較少；李敏等[19]通過Duncan多重比較顯示,中噪和高噪條件下的失敗次數(shù)值顯著高于低噪和安靜狀態(tài),而低噪和安靜狀態(tài)時(shí)差異不明顯;回歸分析顯示,冪函數(shù)模型能較好體現(xiàn)噪聲水平對(duì)注意力的影響；田水承等[20]認(rèn)為噪聲是影響礦工不安全行為較大的環(huán)境因素之一，噪聲對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的生理指標(biāo)影響明顯,有噪聲時(shí)試驗(yàn)對(duì)象的操作更容易出錯(cuò)。

綜上所述，本文以礦工為研究對(duì)象，從安全人機(jī)工程學(xué)角度出發(fā)，運(yùn)用舒爾特方格的方法，以反應(yīng)時(shí)間，出錯(cuò)次數(shù)和超時(shí)次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，以作業(yè)人員在不同煤礦噪聲等級(jí)下注意力的變化規(guī)律為側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的防控對(duì)策，為今后減少人因失誤和傷亡事故以及企業(yè)財(cái)產(chǎn)損失，提高安全生產(chǎn)管理水平提供科學(xué)依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)方法

1.1　被測(cè)試對(duì)象

根據(jù)煤礦每年對(duì)礦工體檢的信息記錄，實(shí)驗(yàn)選取被試者為20名理工大學(xué)煤礦短期委培礦工，均為男性，年齡28～35歲，他們?cè)诼犃λ綔y(cè)試中結(jié)果相同，近似看做被試者的聽力水平一致。實(shí)驗(yàn)前經(jīng)檢查，其身體健康，無中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，無注意力缺陷，視力良好，無色盲、色弱癥且試驗(yàn)前未飲酒及咖啡等飲品。

1.2　實(shí)驗(yàn)裝置及材料

圖1　舒爾特方格Fig.1　Schulte grid

實(shí)驗(yàn)所用噪聲為通過YLY2.8型號(hào)礦用防爆錄音筆在山西省長治市某礦綜采工作面采集的混合噪聲，主要噪聲源為MG300/700-WD型交流電牽引采煤機(jī)，SGZ800/750型中雙鏈刮板輸送機(jī)空載運(yùn)行及液壓泵站產(chǎn)生的噪聲。通過Spek 0.8.2頻譜分析軟件對(duì)噪聲進(jìn)行音頻頻譜分析，如圖2。該噪聲的編碼格式為wma，碼率為192 kbps，屬于高音質(zhì)，采樣頻率為48 000 Hz，為專業(yè)音頻所用的數(shù)字聲音所用采樣率。噪聲播放設(shè)備為高保真立體環(huán)繞音響，其最大值根據(jù)噪聲測(cè)量儀測(cè)試可達(dá)130 db。

圖2　Spek 0.8.2頻譜分析儀Fig.2　Spectrum analyzer

噪聲等級(jí)的大小由高保真立體環(huán)繞音響控制，不同噪聲等級(jí)的選取均使用噪聲儀在實(shí)驗(yàn)室中被試者實(shí)驗(yàn)所處位置，人耳處長時(shí)間檢測(cè)求取平均值所得，以保證被試者實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠接觸到的噪聲等級(jí)達(dá)到實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度等級(jí)。根據(jù)《工作場所職業(yè)病危害作業(yè)分級(jí)第4部分：噪聲Classification of occupational hazards at workplaces Part4：Occupational exposure to noise》(GBZ/T229.4-2012)，分別選取室內(nèi)約35±2，75±2，85±2，95±2，105±2 db共5個(gè)實(shí)驗(yàn)組作為實(shí)驗(yàn)的不同參照組。

1.3　實(shí)驗(yàn)步驟

為了防止長時(shí)間暴露在強(qiáng)噪聲環(huán)境里影響試驗(yàn)效果，在模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境一致的情況下每次只進(jìn)行一種噪聲級(jí)的實(shí)驗(yàn)，共分5組完成全部實(shí)驗(yàn)。為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，實(shí)驗(yàn)時(shí)間選擇在晚上19:00～21:00進(jìn)行，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間段屬于生理節(jié)律的興奮階段。對(duì)于晚班的作業(yè)人員來講，噪聲對(duì)人注意力的影響明顯，便于進(jìn)行結(jié)果的判斷分析。要求被試者18:00進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室熟悉模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)流程。18:30要求被試者聆聽優(yōu)美的輕音樂保持身體狀態(tài)的穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)19:00準(zhǔn)時(shí)開始。每個(gè)被試者需要待在模擬噪聲環(huán)境中20 min，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)被試者所放噪聲音頻片段相同，每個(gè)被試者需進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn)(每5 min進(jìn)行1次)，實(shí)驗(yàn)持續(xù) 。

實(shí)驗(yàn)過程中，要求被試者就坐于實(shí)驗(yàn)室規(guī)定位置距離實(shí)驗(yàn)桌200 mm，眼睛與所用電腦屏幕中心保持平行，距離屏幕1 mm，右手持鼠標(biāo)，食指點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1)實(shí)驗(yàn)前，被試者按規(guī)定就位，設(shè)備準(zhǔn)備完畢，宣讀指導(dǎo)語，使被試者能夠理解實(shí)驗(yàn)流程及要求。

2)開始實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程，被試者需要在室內(nèi)環(huán)境(約35±2 db)適應(yīng)20 min，然后進(jìn)行第1組實(shí)驗(yàn)，按照1～25的順序依次用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的數(shù)字，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)就記錄下完成時(shí)間及出錯(cuò)次數(shù)，超過時(shí)間就記錄為P。

3)在接下來的4組實(shí)驗(yàn)中，在模擬實(shí)驗(yàn)室其他環(huán)境條件不變的情況下，將噪聲等級(jí)分別控制在75±2，85±2，95±2，105±2 db并按照2)的流程分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，直到所有的實(shí)驗(yàn)都全部完成。

4)所有被試者在完成實(shí)驗(yàn)后都要聆聽20 min的旋律優(yōu)美的輕音樂，來緩解和消除強(qiáng)噪聲對(duì)人體產(chǎn)生的影響。

1.4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

將每位被試者在不同噪聲等級(jí)下實(shí)驗(yàn)所得5組注意力時(shí)間數(shù)據(jù)，取平均值，然后使用SPSS將20名被試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。注意力時(shí)間記錄為P的數(shù)據(jù)為了方便分析統(tǒng)一賦值注意力時(shí)間為40 s。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

將Microsoft Excel辦公軟件匯總的視覺刺激下人的反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)按照規(guī)則輸入SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.1　描述性統(tǒng)計(jì)

通過SPSS對(duì)結(jié)果進(jìn)行反應(yīng)時(shí)間K-S檢驗(yàn)，分析得到其漸近顯著性(雙側(cè))為0.977，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.05，表示不能拒絕原假設(shè)，數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布且數(shù)據(jù)可以進(jìn)行方差分析。以噪聲等級(jí)(db)作為自變量，反應(yīng)時(shí)間(s)作為因變量，得到描述性統(tǒng)計(jì)表1。通過表格我們可以知道不同噪聲等級(jí)下反應(yīng)時(shí)間的均值，標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)誤，置信區(qū)間，極大值和極小值等信息。

表1　描述性統(tǒng)計(jì)

2.2　方差分析

方差齊性檢驗(yàn)得到顯著性值為0.875，遠(yuǎn)大于0.05，方差是齊性的，進(jìn)行方差分析是合適的。由方差分析可以得到F值為3.574且顯著性Sig.=0.009，小于顯著性水平0.05，因此認(rèn)為5組數(shù)據(jù)中至少有一組與另外一組存在顯著性差異。說明噪聲對(duì)礦工的注意力存在較為顯著的影響作用。在以后的煤礦生產(chǎn)中，煤礦管理者應(yīng)該注意作業(yè)人員的注意力水平，建立注意力檢測(cè)系統(tǒng)，水平低的人員應(yīng)及時(shí)離開作業(yè)面，以此保證作業(yè)的安全。

2.3　均值分析

由反應(yīng)時(shí)間隨噪聲等級(jí)的變化趨勢(shì)圖3可知，噪聲對(duì)作業(yè)人員的反應(yīng)時(shí)間具有顯著的影響，85±2 db噪聲等級(jí)以下，礦工的反應(yīng)時(shí)間變化很小，說明低噪聲對(duì)礦工的反應(yīng)時(shí)間影響較小，礦工的注意力水平下降較??；當(dāng)噪聲等級(jí)超過85±2 db時(shí)，礦工的反應(yīng)時(shí)間增加顯著，此時(shí)礦工的注意力水平顯著降低。因此，在煤礦安全管理中要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)控制作業(yè)面噪聲在85 db以下。

圖3　反應(yīng)時(shí)間隨噪聲級(jí)的變化趨勢(shì)Fig.3　Variations of average reaction time with the noise level

圖4　出錯(cuò)次數(shù)和超時(shí)次數(shù)隨噪聲級(jí)的變化趨勢(shì)Fig.4　Variations of wrong number and the number of timeout with the noise level

2.4　出錯(cuò)次數(shù)與超時(shí)次數(shù)分析

統(tǒng)計(jì)不同噪聲級(jí)實(shí)驗(yàn)中被試者總的出錯(cuò)次數(shù)和超時(shí)次數(shù)，繪制出相應(yīng)的變化趨勢(shì)圖。如圖4可知，噪聲對(duì)礦工的操作具有顯著的影響作用，隨著噪聲等級(jí)的升高，礦工出錯(cuò)次數(shù)和超時(shí)次數(shù)逐漸增加，當(dāng)噪聲級(jí)超過85 db后，其增加更加的顯著，說明礦工的注意力水平下降顯著。在煤礦作業(yè)中，作業(yè)人員注意力水平下降就會(huì)造成不安全行為，關(guān)注作業(yè)人員的注意力水平對(duì)減少煤礦事故的發(fā)生就顯得尤為重要。

3　結(jié)論

1)不同噪聲等級(jí)刺激對(duì)礦工的注意力水平存在差異。噪聲等級(jí)在35～85 db時(shí)，注意力水平變化不顯著，當(dāng)噪聲等級(jí)超過85 db后，對(duì)注意力水平的影響更加顯著。符合煤礦安全規(guī)程對(duì)井下作業(yè)場所的噪聲不應(yīng)超過85 db的規(guī)定，如果超過此臨界值，噪聲會(huì)對(duì)礦工的注意力產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，導(dǎo)致不安全行為的發(fā)生。

2)不同噪聲等級(jí)分別與礦工出錯(cuò)次數(shù)、超時(shí)次數(shù)成正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)噪聲等級(jí)在35～85 db這個(gè)區(qū)間，隨噪聲刺激的增大，礦工出錯(cuò)次數(shù)的增長率先增大后減小，而超時(shí)次數(shù)的增長率剛好相反。噪聲等級(jí)超過85 db后，礦工出錯(cuò)次數(shù)、超時(shí)次數(shù)的增長率一致。

3)本文為實(shí)驗(yàn)室模擬單一煤礦噪聲環(huán)境，具有一定的局限性，望今后的專家學(xué)者能夠搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，模擬煤礦作業(yè)面環(huán)境進(jìn)行更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

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