防噪耳塞對(duì)礦工安全行為能力的影響實(shí)驗(yàn)研究

田水承，孫璐瑤

（1.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054；2.西安科技大學(xué) 應(yīng)急管理研究所，陜西 西安710054）

煤礦行業(yè)是典型的高噪音行業(yè)，挖掘機(jī)、帶式輸送機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)都會(huì)產(chǎn)生巨大的噪音。噪聲環(huán)境不僅威脅礦工的健康，而且影響他們自身的安全行為能力，安全行為能力不足將導(dǎo)致礦工產(chǎn)生不安全行為，從而導(dǎo)致煤礦事故的發(fā)生[1-2]。在噪聲環(huán)境中工作時(shí)，礦工會(huì)選擇佩戴防噪耳塞來削弱噪聲的干擾。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于噪聲對(duì)個(gè)體安全行為能力的影響已經(jīng)做了大量研究。U Lundberg等[3-4]發(fā)現(xiàn)在噪聲狀態(tài)下被試的心率及主觀用力均產(chǎn)生變化,說明個(gè)體對(duì)噪聲抵抗較差。姚勇等[5]建立了礦工的安全能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，認(rèn)為反應(yīng)能力對(duì)人員的安全行為能力有重要作用。Kovalchik 等[6-7]認(rèn)為噪聲會(huì)妨礙溝通交流和降低危險(xiǎn)感知能力，使人錯(cuò)誤判斷外界刺激或者對(duì)于外界刺激的反應(yīng)延遲。目前大多學(xué)者重點(diǎn)研究噪聲強(qiáng)度對(duì)礦工安全行為能力的影響，對(duì)于佩戴耳塞后礦工的安全行為能力是否受到有效保護(hù)的研究較少；為此將礦工在噪聲環(huán)境下佩戴防噪耳塞與其安全行為能力聯(lián)系在一起進(jìn)行探討，討論防噪耳塞對(duì)礦工的實(shí)際防護(hù)效果。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

噪聲會(huì)影響礦工的生理狀態(tài)和行為特征，生理反應(yīng)和行為特征的變化能夠反映防噪耳塞對(duì)礦工的防護(hù)效果，以保證礦工的作業(yè)安全。借鑒白煜坤[8]、田水承[9]、寇猛[10]等學(xué)者關(guān)于礦工安全行為能力的研究，在模擬井下噪聲場(chǎng)景下，對(duì)同一實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別在裸耳與佩戴耳塞時(shí)進(jìn)行聲反應(yīng)能力測(cè)定實(shí)驗(yàn)。測(cè)得實(shí)驗(yàn)對(duì)象在實(shí)驗(yàn)過程中心率、皮膚電反應(yīng)2 項(xiàng)生理指標(biāo)的變化及聲反應(yīng)時(shí)1 項(xiàng)行為指標(biāo)的變化，初步測(cè)評(píng)裸耳與佩戴耳塞時(shí)礦工的安全行為能力差異，然后運(yùn)用SPSS22.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而評(píng)估礦工佩戴防噪耳塞后的實(shí)際效果。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)測(cè)量包括生理指標(biāo)和行為特征指標(biāo)測(cè)量2部分，故實(shí)驗(yàn)設(shè)備也相應(yīng)有生理測(cè)量和行為測(cè)量設(shè)備。生理測(cè)量設(shè)備：Mind Ware Bio Lab 生理指標(biāo)測(cè)試儀；行為測(cè)量設(shè)備：BD-V-509 多項(xiàng)反應(yīng)時(shí)測(cè)定儀。

1）Mind Ware Bio Lab 生理指標(biāo)測(cè)試儀。該儀器可以進(jìn)行心率、皮電、腦電等多種生理信號(hào)的同步采集，并利用相應(yīng)的基礎(chǔ)信號(hào)分析（BSA）軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算。

2）BD-V-509 型多項(xiàng)反應(yīng)時(shí)測(cè)定儀。該儀器采用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠自動(dòng)采集、存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算多次測(cè)量數(shù)據(jù)累計(jì)值、平均值和分散度等。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)共選取15 名人員，按照完成實(shí)驗(yàn)的順序進(jìn)行編號(hào)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象均為神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司的礦工。對(duì)15 名實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、過程和設(shè)備的詳細(xì)講解，讓其熟練實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作，避免由于操作不熟練影響測(cè)量結(jié)果。按照設(shè)備說明，將電極片粘貼至其身體相應(yīng)部位，將實(shí)驗(yàn)室光線調(diào)暗并打開揚(yáng)聲器制造噪音環(huán)境。測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)象在裸耳和佩戴耳塞時(shí)的聲反應(yīng)能力，在測(cè)定過程中同步記錄實(shí)驗(yàn)對(duì)象的心電和皮電2 個(gè)生理指標(biāo)的變化，實(shí)驗(yàn)對(duì)象測(cè)試完成后摘除身上的電極片，換下一名實(shí)驗(yàn)對(duì)象開始實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)15 名實(shí)驗(yàn)對(duì)象全部完成測(cè)定時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程結(jié)束，每名實(shí)驗(yàn)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)過程持續(xù)20 min。利用基礎(chǔ)信號(hào)分析軟件（BSA）和SPSS22.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

將實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行聲反應(yīng)能力測(cè)定時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并計(jì)算聲反應(yīng)時(shí)、心率和皮電的增長(zhǎng)率大小。增長(zhǎng)率的計(jì)算公式為：增長(zhǎng)率=100%×（裸耳時(shí)的數(shù)值-佩戴耳塞時(shí)的數(shù)值）/裸耳時(shí)的數(shù)值，并將所得到的結(jié)果繪制為折線，聲音反應(yīng)能力測(cè)定中裸耳與佩戴耳塞的生理、行為變化曲線如圖1。

圖1 聲反應(yīng)能力測(cè)定中裸耳與佩戴耳塞的生理、行為變化曲線Fig.1 Physiological and behavioral curves of bare ears or wearing earplugs in the measurement of acoustic response capabilities

在噪聲環(huán)境下佩戴耳塞時(shí)操作“多項(xiàng)反應(yīng)時(shí)測(cè)定儀”與裸耳時(shí)相比，聲反應(yīng)時(shí)整體呈現(xiàn)不同程度的升高，心率和最大GSR 值整體呈現(xiàn)不同程度的下降；從圖1（d）中可以看出除了3#、9#、12#、15#被試的聲反應(yīng)時(shí)增長(zhǎng)率略低于最大GSR 值（皮膚電反應(yīng)，簡(jiǎn)稱皮電）增長(zhǎng)率外，其余被試的聲反應(yīng)時(shí)增長(zhǎng)率均高于最大GSR 值增長(zhǎng)率；除了10#被試的最大GSR 值增長(zhǎng)率略低于心率增長(zhǎng)率外，其余被試者的最大GSR 值增長(zhǎng)率均高于心率增長(zhǎng)率，這表明了佩戴耳塞對(duì)被試的聲反應(yīng)能力影響更大，對(duì)被試者的心率影響較小。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯著性

利用SPSS22.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象在裸耳和佩戴耳塞時(shí)操作“多項(xiàng)反應(yīng)時(shí)測(cè)定儀”時(shí)的聲反應(yīng)時(shí)、心率、皮電3 組數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)，聲反應(yīng)能力測(cè)定中裸耳與佩戴耳塞的配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 聲反應(yīng)能力測(cè)定中裸耳與佩戴耳塞的配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)Table 1 Paired samples T test of bare ears and wearing earplugs in acoustic response measurement

裸耳與佩戴耳塞的配對(duì)樣本T 檢驗(yàn)中，聲反應(yīng)時(shí)、心率和皮電的P 值均為0，P＜0.05，說明實(shí)驗(yàn)對(duì)象在佩戴耳塞與裸耳時(shí)測(cè)定的的聲反應(yīng)時(shí)、心率和皮電的差異性非常顯著，表明了佩戴耳塞會(huì)對(duì)礦工的安全行為能力造成明顯的影響。

2.3 生理指標(biāo)與行為指標(biāo)的線性回歸

利用線性回歸分析[11]來探究行為特征指標(biāo)與生理指標(biāo)之間是否存在線性關(guān)系。選取聲反應(yīng)能力測(cè)定時(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的心率、最大GSR 值的增長(zhǎng)率作為自變量，把聲反應(yīng)時(shí)的增長(zhǎng)率作為因變量，使用SPSS22.0 軟件進(jìn)行線性回歸分析。模型1，R=0.836,R2=0.699，調(diào)整后R2=0.649，標(biāo)準(zhǔn)偏斜度錯(cuò)誤為3.527，Durbin-Watson 檢驗(yàn)為1.742。變異數(shù)分析情況見表2、回歸分析系數(shù)a 情況見表3。

表2 變異數(shù)分析Table 2 Analysis of variance

調(diào)整后R2為0.649，擬合優(yōu)度R2＞0.6，說明該模型的擬合度較好；Durbin-Watson 值為擬合后殘差，其值越接近2，說明相關(guān)性越強(qiáng)，模型的DW 值1.742，表現(xiàn)出較強(qiáng)烈的正相關(guān)性。線性回歸模型的P 值為0.001，P＜0.05,說明隨著生理指標(biāo)增長(zhǎng)率的引入，其顯著性概率值遠(yuǎn)小于0.05，所以能夠顯著地拒絕原假設(shè)，該回歸模型有效；F 值為13.923，說明生理指標(biāo)的增長(zhǎng)率和聲反應(yīng)時(shí)的增長(zhǎng)率之間存在線性關(guān)系。線性回歸模型的回歸系數(shù)，常數(shù)、心率增長(zhǎng)率、最大GSR 值增長(zhǎng)率的系數(shù)分別-3.441、-1.163、-0.427，且心率增長(zhǎng)率和最大GSR 值增長(zhǎng)率的系數(shù)的顯著性均小于0.05，說明生理數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)率會(huì)對(duì)聲反應(yīng)時(shí)的增長(zhǎng)率產(chǎn)生顯著性結(jié)果，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；自變量的VIF 值為1.168，VIF＜5，說明自變量之間不存在共線性，說明該模型合理；由于常數(shù)項(xiàng)的P值為0.129，P＞0.05，故常數(shù)項(xiàng)不具備顯著性，不符合回歸模型，故在標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)一列中剔除了常數(shù)項(xiàng)。所以標(biāo)準(zhǔn)化的回歸方程為：聲反應(yīng)時(shí)增長(zhǎng)率=-0.449×心率增長(zhǎng)率-0.555×最大GSR 值增長(zhǎng)率。

表3 回歸分析系數(shù)aTable 3 Regression analysis coefficient a

標(biāo)準(zhǔn)化殘差的直方圖和標(biāo)準(zhǔn)P-P 圖如圖2。大部分自變量的殘差都符合正太分布，且散點(diǎn)基本分布在對(duì)角線附近，故標(biāo)準(zhǔn)化殘差基本服從正太分布。分析結(jié)果進(jìn)一步證明了生理指標(biāo)的增長(zhǎng)率與聲反應(yīng)時(shí)的增長(zhǎng)率之間存在線性關(guān)系。生理指標(biāo)的增加率越高，則聲反應(yīng)時(shí)的增加率越高，佩戴耳塞會(huì)嚴(yán)重影響個(gè)體對(duì)聲音的反應(yīng)時(shí)間。

圖2 回歸標(biāo)準(zhǔn)化殘差分析Fig.2 Analysis of regression normalized residuals

3 個(gè)體安全行為能力測(cè)評(píng)

3.1 安全行為能力指數(shù)模型的構(gòu)建

采用個(gè)體行為能力指數(shù)來評(píng)價(jià)礦工佩戴耳塞后的安全行為能力[12]，用f 表示。選取心率和皮電（最大GSR 值）2 個(gè)生理指標(biāo)來計(jì)算15 名實(shí)驗(yàn)對(duì)象佩戴耳塞時(shí)的安全行為能力指數(shù)fi，計(jì)算公式為：

式中：j 為生理指標(biāo)數(shù)量（j=1，2）；n 為實(shí)驗(yàn)對(duì)象總?cè)藬?shù)，n=15；i 為試驗(yàn)編號(hào)，（i=1，2，…，15）；hij為實(shí)驗(yàn)對(duì)象裸耳時(shí)的各個(gè)生理指標(biāo)數(shù)值；qij為實(shí)驗(yàn)對(duì)象佩戴耳塞時(shí)的各個(gè)生理指標(biāo)數(shù)值。

將15 名實(shí)驗(yàn)對(duì)象的f 值繪制為折線圖，f 值以0值為平均值水平,當(dāng)f 為正值時(shí),說明個(gè)體佩戴耳塞時(shí)的生理指標(biāo)整體波動(dòng)大于平均水平, 代表佩戴耳塞后的個(gè)體行為能力越差；當(dāng)f 為負(fù)值時(shí),代表佩戴耳塞后的個(gè)體行為能力好，且f 值越小，個(gè)體行為能力越好。

噪聲環(huán)境中實(shí)驗(yàn)對(duì)象佩戴耳塞時(shí)的安全行為能力指數(shù)f 的折線圖如圖3，除了4#、8#、12#、13#實(shí)驗(yàn)對(duì)象的f 值為正值外，其余11 名實(shí)驗(yàn)對(duì)象的f 值均小于0，說明他們的安全行為能力較好，然而其f 值均在［0，－20］之間，說明佩戴耳塞并沒有顯著的提升個(gè)體的安全行為能力。

圖3 實(shí)驗(yàn)對(duì)象的行為能力f 值Fig.3 Fvalue of behavior ability of experimental subjects

3.2 模型與行為特征指標(biāo)的相關(guān)性

將被試的f 值與行為特征指標(biāo)（聲反應(yīng)時(shí)的增長(zhǎng)率）進(jìn)行Spearman 相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)為-0.656，P 值為0.008，說明f 值與被試聲反應(yīng)時(shí)的增加率有著較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，即f 值越大，個(gè)體行為能力越差，聲反應(yīng)時(shí)的增長(zhǎng)率越小，被試對(duì)于聲音的敏感性越差。安全行為能力指數(shù)f 能夠作為參考來篩選礦工，f 值越大，佩戴耳塞后的個(gè)體對(duì)于聲音的反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)于聲音的敏感性越低，發(fā)生人為失誤的可能性增加。

4 結(jié) 語

通過在噪聲環(huán)境下對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行聲反應(yīng)能力的測(cè)定，得到實(shí)驗(yàn)對(duì)象佩戴耳塞與裸耳時(shí)的心率、皮電（最大GSR 值）與反應(yīng)時(shí)間均有顯著差異性，心率、皮電的增加率與聲反應(yīng)時(shí)的增加率存在線性關(guān)系，說明佩戴防噪耳塞會(huì)對(duì)人員的生理和行為有一定的影響。通過計(jì)算實(shí)驗(yàn)對(duì)象在噪聲場(chǎng)景中佩戴防噪耳塞的安全行為能力（f 值），并將被試的f 值與行為特征指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，得出防噪耳塞會(huì)對(duì)礦工的生理有一定的防護(hù)效果，會(huì)提高人員的安全行為能力，但是會(huì)降低人員對(duì)聲音的反應(yīng)能力。煤礦企業(yè)可以根據(jù)f 值測(cè)評(píng)來擇優(yōu)錄取安全行為能力水平較高的礦工，從而降低惡劣環(huán)境因素對(duì)員工行為能力的影響。另外佩戴耳塞能夠提高人員的安全行為能力的根本原因是降低了傳入耳內(nèi)的噪聲分貝，但長(zhǎng)期佩戴效果還需進(jìn)一步探究。