煤礦噪聲對人的注意力影響實驗研究*

景國勛，呂鵬飛，趙攀飛，王遠聲

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

0　引言

人因事故分析中發現，造成人因事故的原因有2種，一是由于作業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、強度大、聲級高、頻帶寬等特點[5]。噪聲對人的影響問題是相當復雜的，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有關[6]。煤礦噪聲不僅有可能導致井下作業人員身體的多種病癥，還容易導致作業人員反應遲緩、工作熱情降低、忽視安全預警信號等，使得安全事故發生概率上升[7]。因此煤礦噪聲對作業人員的影響研究就顯得尤為重要且具有現實意義。

注意力是指人的心理活動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用在工業生產領域，使活動中的注意力水平保持在安全范疇的一種稱謂。工業生產活動中，安全注意力是指員工對安全生產的關注程度[9]。研究表明在強噪聲長時間作用下，人體會表現出反應時間延長的效應[10]。

目前，國內外關于注意力的研究較多。Bergasa L M等[11]提出了一種使用計算機視覺來評估駕駛員的注意力水平的系統；殷恒嬋[12]對青少年進行《注意力測驗》測試,對獲得數據進行因素分析和相關分析；Yim K S等[13]發現不吃早餐孩子的注意力水平會下降。關于噪聲對注意力影響的研究較少。王春雪等[14]通過研究作業環境中噪聲因素對人的安全注意力的影響,對安全注意力類型及品質特征進行分析,建立安全注意力水平模型；尹忠愷等[15]構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]采用結構方程構建影響機理模型和問卷調查的方式，發現減輕工作壓力和控制安全注意力可以有效干預不安全行為；Mundorff J S等[17]發現注意力與噪聲刺激類型存在顯著的相互作用；陽靜等[18]發現50 db以上噪聲就會對人的注意力產生影響，80 db以上更顯著。噪聲對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值顯著高于低噪和安靜狀態,而低噪和安靜狀態時差異不明顯;回歸分析顯示,冪函數模型能較好體現噪聲水平對注意力的影響；田水承等[20]認為噪聲是影響礦工不安全行為較大的環境因素之一，噪聲對試驗對象的生理指標影響明顯,有噪聲時試驗對象的操作更容易出錯。

綜上所述，本文以礦工為研究對象，從安全人機工程學角度出發，運用舒爾特方格的方法，以反應時間，出錯次數和超時次數為標準，以作業人員在不同煤礦噪聲等級下注意力的變化規律為側重點進行研究，提出相應的防控對策，為今后減少人因失誤和傷亡事故以及企業財產損失，提高安全生產管理水平提供科學依據。

1　實驗方法

1.1　被測試對象

根據煤礦每年對礦工體檢的信息記錄，實驗選取被試者為20名理工大學煤礦短期委培礦工，均為男性，年齡28～35歲，他們在聽力水平測試中結果相同，近似看做被試者的聽力水平一致。實驗前經檢查，其身體健康，無中樞神經系統疾病，無注意力缺陷，視力良好，無色盲、色弱癥且試驗前未飲酒及咖啡等飲品。

1.2　實驗裝置及材料

圖1　舒爾特方格Fig.1　Schulte grid

實驗所用噪聲為通過YLY2.8型號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，SGZ800/750型中雙鏈刮板輸送機空載運行及液壓泵站產生的噪聲。通過Spek 0.8.2頻譜分析軟件對噪聲進行音頻頻譜分析，如圖2。該噪聲的編碼格式為wma，碼率為192 kbps，屬于高音質，采樣頻率為48 000 Hz，為專業音頻所用的數字聲音所用采樣率。噪聲播放設備為高保真立體環繞音響，其最大值根據噪聲測量儀測試可達130 db。

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

噪聲等級的大小由高保真立體環繞音響控制，不同噪聲等級的選取均使用噪聲儀在實驗室中被試者實驗所處位置，人耳處長時間檢測求取平均值所得，以保證被試者實驗時能夠接觸到的噪聲等級達到實驗強度等級。根據《工作場所職業病危害作業分級第4部分：噪聲Classification of occupational hazards at workplaces Part4：Occupational exposure to noise》(GBZ/T229.4-2012)，分別選取室內約35±2，75±2，85±2，95±2，105±2 db共5個實驗組作為實驗的不同參照組。

1.3　實驗步驟

為了防止長時間暴露在強噪聲環境里影響試驗效果，在模擬實驗室環境一致的情況下每次只進行一種噪聲級的實驗，共分5組完成全部實驗。為了實驗數據的一致性，實驗時間選擇在晚上19:00～21:00進行，因為這個時間段屬于生理節律的興奮階段。對于晚班的作業人員來講，噪聲對人注意力的影響明顯，便于進行結果的判斷分析。要求被試者18:00進入實驗室熟悉模擬實驗室環境、實驗設備及實驗流程。18:30要求被試者聆聽優美的輕音樂保持身體狀態的穩定，實驗19:00準時開始。每個被試者需要待在模擬噪聲環境中20 min，然后進行實驗，每個被試者所放噪聲音頻片段相同，每個被試者需進行5次實驗(每5 min進行1次)，實驗持續 。

實驗過程中，要求被試者就坐于實驗室規定位置距離實驗桌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，食指點擊鼠標左鍵。具體實驗步驟如下：

1)實驗前，被試者按規定就位，設備準備完畢，宣讀指導語，使被試者能夠理解實驗流程及要求。

2)開始實驗，按照實驗設計流程，被試者需要在室內環境(約35±2 db)適應20 min，然后進行第1組實驗，按照1～25的順序依次用鼠標點擊相應的數字，在規定的時間內完成實驗就記錄下完成時間及出錯次數，超過時間就記錄為P。

3)在接下來的4組實驗中，在模擬實驗室其他環境條件不變的情況下，將噪聲等級分別控制在75±2，85±2，95±2，105±2 db并按照2)的流程分別進行實驗，記錄數據，直到所有的實驗都全部完成。

4)所有被試者在完成實驗后都要聆聽20 min的旋律優美的輕音樂，來緩解和消除強噪聲對人體產生的影響。

1.4　實驗數據處理

將每位被試者在不同噪聲等級下實驗所得5組注意力時間數據，取平均值，然后使用SPSS將20名被試者的數據進行處理與分析。注意力時間記錄為P的數據為了方便分析統一賦值注意力時間為40 s。

2　實驗結果及分析

將Microsoft Excel辦公軟件匯總的視覺刺激下人的反應時間數據按照規則輸入SPSS 20軟件進行數據分析。

2.1　描述性統計

通過SPSS對結果進行反應時間K-S檢驗，分析得到其漸近顯著性(雙側)為0.977，遠遠大于0.05，表示不能拒絕原假設，數據滿足正態分布且數據可以進行方差分析。以噪聲等級(db)作為自變量，反應時間(s)作為因變量，得到描述性統計表1。通過表格我們可以知道不同噪聲等級下反應時間的均值，標準差，標準誤，置信區間，極大值和極小值等信息。

表1　描述性統計

2.2　方差分析

方差齊性檢驗得到顯著性值為0.875，遠大于0.05，方差是齊性的，進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，因此認為5組數據中至少有一組與另外一組存在顯著性差異。說明噪聲對礦工的注意力存在較為顯著的影響作用。在以后的煤礦生產中，煤礦管理者應該注意作業人員的注意力水平，建立注意力檢測系統，水平低的人員應及時離開作業面，以此保證作業的安全。

2.3　均值分析

由反應時間隨噪聲等級的變化趨勢圖3可知，噪聲對作業人員的反應時間具有顯著的影響，85±2 db噪聲等級以下，礦工的反應時間變化很小，說明低噪聲對礦工的反應時間影響較小，礦工的注意力水平下降較小；當噪聲等級超過85±2 db時，礦工的反應時間增加顯著，此時礦工的注意力水平顯著降低。因此，在煤礦安全管理中要嚴格按照國家標準控制作業面噪聲在85 db以下。

圖3　反應時間隨噪聲級的變化趨勢Fig.3　Variations of average reaction time with the noise level

圖4　出錯次數和超時次數隨噪聲級的變化趨勢Fig.4　Variations of wrong number and the number of timeout with the noise level

2.4　出錯次數與超時次數分析

統計不同噪聲級實驗中被試者總的出錯次數和超時次數，繪制出相應的變化趨勢圖。如圖4可知，噪聲對礦工的操作具有顯著的影響作用，隨著噪聲等級的升高，礦工出錯次數和超時次數逐漸增加，當噪聲級超過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。在煤礦作業中，作業人員注意力水平下降就會造成不安全行為，關注作業人員的注意力水平對減少煤礦事故的發生就顯得尤為重要。

3　結論

1)不同噪聲等級刺激對礦工的注意力水平存在差異。噪聲等級在35～85 db時，注意力水平變化不顯著，當噪聲等級超過85 db后，對注意力水平的影響更加顯著。符合煤礦安全規程對井下作業場所的噪聲不應超過85 db的規定，如果超過此臨界值，噪聲會對礦工的注意力產生較大的負面影響，導致不安全行為的發生。

2)不同噪聲等級分別與礦工出錯次數、超時次數成正相關關系。當噪聲等級在35～85 db這個區間，隨噪聲刺激的增大，礦工出錯次數的增長率先增大后減小，而超時次數的增長率剛好相反。噪聲等級超過85 db后，礦工出錯次數、超時次數的增長率一致。

3)本文為實驗室模擬單一煤礦噪聲環境，具有一定的局限性，望今后的專家學者能夠搭建實驗平臺，模擬煤礦作業面環境進行更進一步的實驗研究。

[1]景國勛.煤礦掘進工作面人-環安全關系分析[M].北京:煤炭工業出版社,2012:59-60,63,78.

[2]P.S.Paul,J.Maiti.Development and test of asociotechnical model for accident/injury occurrences in underground coalmines[J].The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy,2005(1):43-45.

[3]Crooks,William H.,Schwalm, Norman D.,Peay,James M. Human factors in underground metal and nonmetal mining[J]. Human Factors and Ergonomics Society,1980,24(3):175-179.

[4]Selan,J.L.,Ayoub,M.M.,Smith,J.L.etc.Biomechanics and word physical in underground mining[J].Human Factors and Ergonomics Society,1985,29(5):521-525.

[5]王浩,蔣承林,史莉莉.煤礦井下噪聲危害分析及對策[J].中國安全生產科學技術,2011,7(12):183-187.

WANG Hao, JIANG Chenglin, SHI Lili. Noise hazard analysis and Countermeasures in coal mine[J].Ssafety Science and Technology in China,2011,7(12):183-187.

[6]黃孝揚.噪聲對人的影響及評價方法[J].汕頭科技,2002(1):52-56.

HUANG Xiaoyang.method the influence of noise and evaluation[J].Shantou Science and Technology,2002(1):52-56.

[7]鄧傳杰.淺議煤礦井下噪聲危害與防治[J].能源與節能,2015(11):48-49.

Deng Chuanjie.Discussion on noise harm and prevention of coal mine [J].energy and energy conservation,2015(11): 48-49.

[8]何善亮.注意力曲線的內涵及其教學意蘊[J].教育科學研究,2017(5):44-48.

HE Shanliang.Connotation and teaching implication of attention curve[J].Educational Science Research,2017(5):44-48.

[9]戴立峰.安全注意力在安全管理中的作用[J].電力安全技術,2006,8(9):20-22.

DAI Lifeng.The role of safety attention in safety management[J].Electric Power Safety Technology, 2006, 8 (9): 20-22.

[10]徐海卿,周鋐,任永連.考慮駕駛員反應時間和注意力的噪聲品質主觀評價[J].汽車工程,2013,35(8):740-743.

XU Haiqing, ZHOU Hong, REN Yonglian. Considering the subjective assessment of noise quality of driver's response time and attention of [J]. automotive engineering, 2013, 35(8): 740-743.

[11]Bergasa L M,Buenaposada J M, Nuevo J,et al.Analysing Driver's Attention Level using Computer Vision[C]//International IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems.IEEE,2008:1149-1154.

[12]殷恒嬋.青少年注意力測驗與評價指標的研究[J].中國體育科技,2003,39(3):51-53.

YIN Hengchan .Study on the youth attention test and evaluation index[J].China Sports Science and technology,2003,39(3): 51-53.

[13]Yim K S.Effects of Skipping Breakfast on Nutrition Status,Fatigue Level,and Attention Level among Middle School Students in Gyunggi Province,Korea[J].Journal of the Korean Society of Food Culture,2014,29(5):464-475.

[14]王春雪,呂淑然.噪聲對安全注意力影響實驗研究[J].中國安全生產科學技術,2016,12(3):160-164.

WANG Chunxue, LYU Shuran.Experimental study on the influence of noise on safety attention[J].China Academy of Safety Science and Technology,2016,12(3):160-164.

[15]尹忠愷,施鳳冉,李乃文,等.礦工安全注意力影響因素的SEM研究[J].中國安全生產科學技術,2017,13(3):113-118.

YIN Zhongkai,SHIi Wei,LI Naiwen,et al.SEM study on the factors affecting the safety attention of miners[J].China safety science and technology,2017,13(3):113-118.

[16]李乃文,張麗,牛莉霞.工作壓力、安全注意力與不安全行為的影響機理模型[J].中國安全生產科學技術,2017,13(6):14-19.

LI Naiwen,ZHANG Li,NIU Lixia.The effect mechanism of work stress,safety attention and unsafe behavior[J].China safety science and technology,2017,13(6):14-19.

[17]Mundorff J S.Effects of Speech Signal Type and Attention on Acceptable Noise Level in Elderly,Hearing-Impaired Listeners[J].Dissertations & Theses - Gradworks,2011.

[18]陽靜,劉本燕,凌莉,等.噪聲對大學生注意力的影響[J].環境與職業醫學,2014,31(2):119-121.

YANG Jing,LIU Benyan, LING Li,et al.The noise influence on College Students' attention[J].environment and occupation medicine,2014,31(2):119-121.

[19]李敏,賈惠僑,李開偉,等.噪聲水平對人不安全行為的影響研究[J].中國安全科學學報,2017, 27(3):19-24.

LI Min,JIA Huiqiao,LI Kaiwei,et al.Study on the effect of the unsafe behavior of noise level on human[J].China Safety Science Journal,2017,27(3):19-24.

[20]田水承,李磊,鄧軍,等.基于BioLAB的礦工不安全行為與噪聲關系試驗研究[J].中國安全科學學報, 2013,23(3):10-15.

TIAN Shuicheng ,LI Lei,DENG Jun,et al.Experimental study on BioLAB miners' unsafe behavior and the relationship between the noise[J].Chinese Safety Science Journal,2013,23(3):10-15.

[21]王希.外部動機內化對運動員心理疲勞的影響[D].天津體育學院,2015.

[22]小雅.孩子注意力訓練法:舒爾特方格法[J].中華家教,2011(9):36-36.

XIAO Ya.Children attention training method: Shure graticulation method[J].Chinese Tutor,2011(9):36.

[23]項恒,梁曼.中國民航管制學員注意力差異分析[J].科學技術與工程,2014,14(12):141-145.

XIANG Heng, LIANG Man.Analysis of attention difference of Chinese civil aviation control students[J].Science and Engineering,2014,14(12):141-145.