煤矿噪声对人的注意力影响实验研究*

景国勋，吕鹏飞，赵攀飞，王远声

(1. 河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454000；2.安阳工学院，河南 安阳 455000)

0　引言

人因事故分析中发现，造成人因事故的原因有2种，一是由于作业人员的心理因素造成的，一种是由于人的生理因素造成的[1]。目前煤矿事故发生多为人因失误造成的[2-4]。井下噪声是造成人因失误的重要原因之一，煤矿井下噪声具有声源多、强度大、声级高、频带宽等特点[5]。噪声对人的影响问题是相当复杂的，他不仅由噪声的物理特性来确定，而且还与人的心理和生理状态有关[6]。煤矿噪声不仅有可能导致井下作业人员身体的多种病症，还容易导致作业人员反应迟缓、工作热情降低、忽视安全预警信号等，使得安全事故发生概率上升[7]。因此煤矿噪声对作业人员的影响研究就显得尤为重要且具有现实意义。

注意力是指人的心理活动指向和集中于某种事物的能力[8]。安全注意力是将注意力运用在工业生产领域，使活动中的注意力水平保持在安全范畴的一种称谓。工业生产活动中，安全注意力是指员工对安全生产的关注程度[9]。研究表明在强噪声长时间作用下，人体会表现出反应时间延长的效应[10]。

目前，国内外关于注意力的研究较多。Bergasa L M等[11]提出了一种使用计算机视觉来评估驾驶员的注意力水平的系统；殷恒婵[12]对青少年进行《注意力测验》测试,对获得数据进行因素分析和相关分析；Yim K S等[13]发现不吃早餐孩子的注意力水平会下降。关于噪声对注意力影响的研究较少。王春雪等[14]通过研究作业环境中噪声因素对人的安全注意力的影响,对安全注意力类型及品质特征进行分析,建立安全注意力水平模型；尹忠恺等[15]构建了修正后的矿工安全注意力影响因素作用路径概念模型图；李乃文等[16]采用结构方程构建影响机理模型和问卷调查的方式，发现减轻工作压力和控制安全注意力可以有效干预不安全行为；Mundorff J S等[17]发现注意力与噪声刺激类型存在显著的相互作用；阳静等[18]发现50 db以上噪声就会对人的注意力产生影响，80 db以上更显著。噪声对矿工操作失误的研究也较少；李敏等[19]通过Duncan多重比较显示,中噪和高噪条件下的失败次数值显著高于低噪和安静状态,而低噪和安静状态时差异不明显;回归分析显示,幂函数模型能较好体现噪声水平对注意力的影响；田水承等[20]认为噪声是影响矿工不安全行为较大的环境因素之一，噪声对试验对象的生理指标影响明显,有噪声时试验对象的操作更容易出错。

综上所述，本文以矿工为研究对象，从安全人机工程学角度出发，运用舒尔特方格的方法，以反应时间，出错次数和超时次数为标准，以作业人员在不同煤矿噪声等级下注意力的变化规律为侧重点进行研究，提出相应的防控对策，为今后减少人因失误和伤亡事故以及企业财产损失，提高安全生产管理水平提供科学依据。

1　实验方法

1.1　被测试对象

根据煤矿每年对矿工体检的信息记录，实验选取被试者为20名理工大学煤矿短期委培矿工，均为男性，年龄28～35岁，他们在听力水平测试中结果相同，近似看做被试者的听力水平一致。实验前经检查，其身体健康，无中枢神经系统疾病，无注意力缺陷，视力良好，无色盲、色弱症且试验前未饮酒及咖啡等饮品。

1.2　实验装置及材料

图1　舒尔特方格Fig.1　Schulte grid

实验所用噪声为通过YLY2.8型号矿用防爆录音笔在山西省长治市某矿综采工作面采集的混合噪声，主要噪声源为MG300/700-WD型交流电牵引采煤机，SGZ800/750型中双链刮板输送机空载运行及液压泵站产生的噪声。通过Spek 0.8.2频谱分析软件对噪声进行音频频谱分析，如图2。该噪声的编码格式为wma，码率为192 kbps，属于高音质，采样频率为48 000 Hz，为专业音频所用的数字声音所用采样率。噪声播放设备为高保真立体环绕音响，其最大值根据噪声测量仪测试可达130 db。

图2　Spek 0.8.2频谱分析仪Fig.2　Spectrum analyzer

噪声等级的大小由高保真立体环绕音响控制，不同噪声等级的选取均使用噪声仪在实验室中被试者实验所处位置，人耳处长时间检测求取平均值所得，以保证被试者实验时能够接触到的噪声等级达到实验强度等级。根据《工作场所职业病危害作业分级第4部分：噪声Classification of occupational hazards at workplaces Part4：Occupational exposure to noise》(GBZ/T229.4-2012)，分别选取室内约35±2，75±2，85±2，95±2，105±2 db共5个实验组作为实验的不同参照组。

1.3　实验步骤

为了防止长时间暴露在强噪声环境里影响试验效果，在模拟实验室环境一致的情况下每次只进行一种噪声级的实验，共分5组完成全部实验。为了实验数据的一致性，实验时间选择在晚上19:00～21:00进行，因为这个时间段属于生理节律的兴奋阶段。对于晚班的作业人员来讲，噪声对人注意力的影响明显，便于进行结果的判断分析。要求被试者18:00进入实验室熟悉模拟实验室环境、实验设备及实验流程。18:30要求被试者聆听优美的轻音乐保持身体状态的稳定，实验19:00准时开始。每个被试者需要待在模拟噪声环境中20 min，然后进行实验，每个被试者所放噪声音频片段相同，每个被试者需进行5次实验(每5 min进行1次)，实验持续 。

实验过程中，要求被试者就坐于实验室规定位置距离实验桌200 mm，眼睛与所用电脑屏幕中心保持平行，距离屏幕1 mm，右手持鼠标，食指点击鼠标左键。具体实验步骤如下：

1)实验前，被试者按规定就位，设备准备完毕，宣读指导语，使被试者能够理解实验流程及要求。

2)开始实验，按照实验设计流程，被试者需要在室内环境(约35±2 db)适应20 min，然后进行第1组实验，按照1～25的顺序依次用鼠标点击相应的数字，在规定的时间内完成实验就记录下完成时间及出错次数，超过时间就记录为P。

3)在接下来的4组实验中，在模拟实验室其他环境条件不变的情况下，将噪声等级分别控制在75±2，85±2，95±2，105±2 db并按照2)的流程分别进行实验，记录数据，直到所有的实验都全部完成。

4)所有被试者在完成实验后都要聆听20 min的旋律优美的轻音乐，来缓解和消除强噪声对人体产生的影响。

1.4　实验数据处理

将每位被试者在不同噪声等级下实验所得5组注意力时间数据，取平均值，然后使用SPSS将20名被试者的数据进行处理与分析。注意力时间记录为P的数据为了方便分析统一赋值注意力时间为40 s。

2　实验结果及分析

将Microsoft Excel办公软件汇总的视觉刺激下人的反应时间数据按照规则输入SPSS 20软件进行数据分析。

2.1　描述性统计

通过SPSS对结果进行反应时间K-S检验，分析得到其渐近显著性(双侧)为0.977，远远大于0.05，表示不能拒绝原假设，数据满足正态分布且数据可以进行方差分析。以噪声等级(db)作为自变量，反应时间(s)作为因变量，得到描述性统计表1。通过表格我们可以知道不同噪声等级下反应时间的均值，标准差，标准误，置信区间，极大值和极小值等信息。

表1　描述性统计

2.2　方差分析

方差齐性检验得到显著性值为0.875，远大于0.05，方差是齐性的，进行方差分析是合适的。由方差分析可以得到F值为3.574且显著性Sig.=0.009，小于显著性水平0.05，因此认为5组数据中至少有一组与另外一组存在显著性差异。说明噪声对矿工的注意力存在较为显著的影响作用。在以后的煤矿生产中，煤矿管理者应该注意作业人员的注意力水平，建立注意力检测系统，水平低的人员应及时离开作业面，以此保证作业的安全。

2.3　均值分析

由反应时间随噪声等级的变化趋势图3可知，噪声对作业人员的反应时间具有显著的影响，85±2 db噪声等级以下，矿工的反应时间变化很小，说明低噪声对矿工的反应时间影响较小，矿工的注意力水平下降较小；当噪声等级超过85±2 db时，矿工的反应时间增加显著，此时矿工的注意力水平显著降低。因此，在煤矿安全管理中要严格按照国家标准控制作业面噪声在85 db以下。

图3　反应时间随噪声级的变化趋势Fig.3　Variations of average reaction time with the noise level

图4　出错次数和超时次数随噪声级的变化趋势Fig.4　Variations of wrong number and the number of timeout with the noise level

2.4　出错次数与超时次数分析

统计不同噪声级实验中被试者总的出错次数和超时次数，绘制出相应的变化趋势图。如图4可知，噪声对矿工的操作具有显著的影响作用，随着噪声等级的升高，矿工出错次数和超时次数逐渐增加，当噪声级超过85 db后，其增加更加的显著，说明矿工的注意力水平下降显著。在煤矿作业中，作业人员注意力水平下降就会造成不安全行为，关注作业人员的注意力水平对减少煤矿事故的发生就显得尤为重要。

3　结论

1)不同噪声等级刺激对矿工的注意力水平存在差异。噪声等级在35～85 db时，注意力水平变化不显著，当噪声等级超过85 db后，对注意力水平的影响更加显著。符合煤矿安全规程对井下作业场所的噪声不应超过85 db的规定，如果超过此临界值，噪声会对矿工的注意力产生较大的负面影响，导致不安全行为的发生。

2)不同噪声等级分别与矿工出错次数、超时次数成正相关关系。当噪声等级在35～85 db这个区间，随噪声刺激的增大，矿工出错次数的增长率先增大后减小，而超时次数的增长率刚好相反。噪声等级超过85 db后，矿工出错次数、超时次数的增长率一致。

3)本文为实验室模拟单一煤矿噪声环境，具有一定的局限性，望今后的专家学者能够搭建实验平台，模拟煤矿作业面环境进行更进一步的实验研究。

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