李國(guó)為，楊鵬飛，黃 偉，田水承

(1.陜煤集團(tuán)紅柳林礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000；2.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054；3.西安科技大學(xué) 安全與應(yīng)急管理研究所，陜西 西安 710054)

0 引 言

噪聲存在于煤礦生產(chǎn)全過(guò)程，是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在的主要環(huán)境問(wèn)題之一。隨著煤礦開(kāi)采機(jī)械化、智能化水平的不斷提升，井下噪聲來(lái)源更加多樣。噪聲刺激在一定程度上影響礦工作業(yè)時(shí)的聽(tīng)覺(jué)判斷，不僅會(huì)對(duì)礦工造成心理、生理?yè)p害，而且會(huì)對(duì)礦工的安全行為造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤礦噪聲進(jìn)行了大量的研究，普遍認(rèn)為在噪聲下工作易對(duì)人造成多種不良影響，如心臟問(wèn)題、怠工和疲勞等[1-2]。ALKHARABSHEH等通過(guò)對(duì)300多名礦工的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦工早期的聽(tīng)力損失導(dǎo)致噪聲響度的明顯增加，從而成為耳聾的重要影響因素[3]。MENZEL等通過(guò)分析噪聲對(duì)人刺激的處理過(guò)程，驗(yàn)證了噪聲適應(yīng)對(duì)人臉感知的影響[4]。MADALENA等通過(guò)分析噪聲對(duì)醫(yī)院病人心理的影響，認(rèn)為患者的心理障礙與醫(yī)院噪聲有一定的關(guān)系，建議醫(yī)院降低噪聲分貝[5]。BASNER等通過(guò)問(wèn)卷和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)噪聲會(huì)增加心腦血管疾病的發(fā)病率，并損害認(rèn)知能力[6]。李敏等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)短期的噪聲對(duì)生理指標(biāo)影響不顯著，但對(duì)注意力集中程度影響較為顯著[7]。景國(guó)勛等利用E-Prime和調(diào)查問(wèn)卷研究發(fā)現(xiàn)，噪聲級(jí)達(dá)到65dB，礦工操作出錯(cuò)率明顯升高，可靠度出現(xiàn)一定程度的降低[8]。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究也驗(yàn)證了問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果，噪聲對(duì)人的注意力水平和視覺(jué)認(rèn)知水平有較為顯著影響[9-10]。賀飛等通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)礦井噪聲極易導(dǎo)致耳鳴，且噪聲影響與礦工工齡顯著正相關(guān)[11]。周軍等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，噪聲對(duì)工人聽(tīng)覺(jué)和血壓都有影響，且暴露時(shí)間與耳聾發(fā)病率正向相關(guān)[12]。李冬梅等通過(guò)分析煤礦聽(tīng)力特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，協(xié)議工與非協(xié)議工存在一定的差異，協(xié)議工人的聽(tīng)力損傷顯著高于非協(xié)議工人[13]。田水承等分析了噪聲對(duì)人員可靠度的影響，發(fā)現(xiàn)噪聲對(duì)風(fēng)險(xiǎn)感知水平較低的礦工的可靠度影響較大[14]。汪琳等對(duì)350名在噪聲環(huán)境下工作的工人開(kāi)展了聽(tīng)力測(cè)試。結(jié)果表明，相比于無(wú)噪聲環(huán)境，在噪聲環(huán)境下工作會(huì)給工人造成顯著的聽(tīng)力損傷。另外發(fā)現(xiàn)，工人的工齡也是其中的重要影響因素[15]。樊林玉等研究發(fā)現(xiàn)撞擊噪聲對(duì)礦井逃生有不良影響和危害，建議為逃生人員佩戴耳塞、耳罩等，以減少噪聲的干擾，避免二次傷害[16]。陽(yáng)靜等發(fā)現(xiàn)噪聲對(duì)人的注意力影響主要體現(xiàn)在使人注意與安全有關(guān)的信息對(duì)象的數(shù)量減少[17]。楊佳麗等認(rèn)為長(zhǎng)期暴露于噪聲中，則會(huì)引起人的聽(tīng)力喪失、心率過(guò)快、幸福感下降等生理、心理問(wèn)題[18]。

現(xiàn)有研究大多數(shù)是集中在噪聲聲壓級(jí)水平上的定性分析研究，尚不能完全反映礦井噪聲環(huán)境因素變化對(duì)礦工作業(yè)可靠性的影響，缺少噪聲水平等因素對(duì)人反映能力影響的定量研究。文中選用BD-V-509多項(xiàng)反應(yīng)時(shí)測(cè)試儀，選取噪聲作為實(shí)驗(yàn)測(cè)量媒介，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，觀察礦工相關(guān)生理數(shù)據(jù)的變化，利用統(tǒng)計(jì)分析方法研究噪聲對(duì)礦工反應(yīng)能力的影響，以期減少因噪聲因素導(dǎo)致的煤礦事故。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為探究礦工在井下噪聲影響下反應(yīng)能力的變化，根據(jù)井下現(xiàn)場(chǎng)噪聲等級(jí)，通過(guò)噪聲實(shí)驗(yàn)測(cè)量礦工相關(guān)生理數(shù)據(jù)的變化，從而分析礦工反應(yīng)能力變化規(guī)律。

1.2 生理測(cè)量指標(biāo)的確定

趙泓超模擬了煤礦井下真實(shí)場(chǎng)景，以注意力集中能力作為礦工行為能力的測(cè)量指標(biāo)，采用BioLAB采集噪聲刺激下的礦工生理指標(biāo)，探究噪聲對(duì)礦工的影響[19]。

安宇等采用行為能力測(cè)試系統(tǒng)，以知覺(jué)與反應(yīng)能力作為測(cè)量指標(biāo)對(duì)礦工不安全行為傾向進(jìn)行判別[20]。本研究以聲光反應(yīng)時(shí)間作為礦工反應(yīng)能力的測(cè)量指標(biāo)，以此來(lái)測(cè)量噪聲影響下的礦工反應(yīng)能力。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本研究所選用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為BD-V-509多項(xiàng)反應(yīng)時(shí)測(cè)試儀。設(shè)備由液晶顯示屏、運(yùn)動(dòng)反應(yīng)時(shí)按鍵、簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)按鍵和腳部按鍵組成。該設(shè)備基于無(wú)序的光與聲的交替刺激變化，測(cè)量被試的視覺(jué)通道和聽(tīng)覺(jué)通道的反應(yīng)快慢，以及反應(yīng)的準(zhǔn)確性。以被試的反應(yīng)時(shí)間作為衡量反應(yīng)能力的指標(biāo)。

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)布的噪聲等級(jí)與耳聾發(fā)病率的關(guān)系顯示，噪聲等級(jí)小于80 dB時(shí)，造成耳聾發(fā)病率相對(duì)較低；噪聲等級(jí)處于80 dB時(shí)，耳聾發(fā)病率為16%；噪聲等級(jí)處于90 dB時(shí)耳聾發(fā)病率為20.8%。同時(shí)，前往到陜煤集團(tuán)紅柳林礦業(yè)公司進(jìn)行了井下噪聲實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)噪聲等級(jí)普遍分布在80～90 dB之間，故選取80，90 dB噪聲作為實(shí)驗(yàn)噪聲等級(jí)。為便于對(duì)照，選取50 dB噪聲作為對(duì)照組噪聲等級(jí)。

皮膚電是反應(yīng)人的情緒波動(dòng)變化的重要生理指標(biāo)。皮電活動(dòng)和情緒反應(yīng)有緊密的相關(guān)關(guān)系，噪聲刺激容易導(dǎo)致礦工情緒發(fā)生變化，故選取皮膚電作為測(cè)量指標(biāo)。呼吸頻率是形容每分鐘呼吸次數(shù)的術(shù)語(yǔ)。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，因機(jī)體供氧量增加需要增加肺內(nèi)氣體交換，從而出現(xiàn)呼吸頻率加快的現(xiàn)象。此外，當(dāng)情緒激動(dòng)或過(guò)度緊張時(shí)，亦常出現(xiàn)呼吸深快的現(xiàn)象。噪聲刺激下，礦工易出現(xiàn)激動(dòng)或過(guò)度緊張，故選取呼吸頻率作為測(cè)量指標(biāo)。指尖脈搏在一定程度上能反映心血管的機(jī)能，如心搏的節(jié)律性、心率、心室收縮力、外周阻力及動(dòng)脈管壁的彈性等。噪聲刺激下，被試心搏的節(jié)律性、心率等都會(huì)發(fā)生變化，故選取指尖脈搏作為測(cè)量指標(biāo)。心率隨人體的負(fù)擔(dān)程度而變化。不同的勞動(dòng)量會(huì)對(duì)礦工的肌體造成不同負(fù)荷進(jìn)而導(dǎo)致心率的不同，而且精神緊張時(shí)容易產(chǎn)生額外負(fù)擔(dān)也會(huì)導(dǎo)致心率增加，噪聲刺激下礦工易緊張。心率可以較好地反應(yīng)噪聲對(duì)人體影響，故選取心率作為測(cè)量指標(biāo)。

采用單一的噪聲源對(duì)被試進(jìn)行刺激，每次時(shí)間5 min，同時(shí)測(cè)量被試的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括皮膚電、呼吸頻率、指尖脈搏和心率。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，屏幕上會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)3種顏色：紅色、黃色和綠色。如果屏幕顯示紅色，被試需要踩腳下的按鈕；如果屏幕顯示綠色，被試需要按運(yùn)動(dòng)時(shí)按鈕；如果屏幕顯示黃色，被試需要按簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)按鈕。如果被試出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，測(cè)試儀會(huì)發(fā)出聲音信號(hào)，此時(shí)被試必須立即做出正確的反應(yīng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每種顏色將會(huì)隨機(jī)顯示10次。實(shí)驗(yàn)完成后，測(cè)試儀能夠記錄被試的操作錯(cuò)誤次數(shù)和反應(yīng)時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)共選取30名礦工作為被試。實(shí)驗(yàn)流程為：測(cè)試儀初始化—參數(shù)設(shè)置—按鍵操作—實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。整個(gè)過(guò)程約持續(xù)15～20 min。被試情況見(jiàn)表1。

表1 被試基本信息

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)生理指標(biāo)變化測(cè)量曲線

把噪聲刺激實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。選擇某一被試為例進(jìn)行分析，圖1，2，3分別為被試在噪聲刺激下指尖脈搏、皮膚電、心率、呼吸頻率生成的曲線(圖2包含2項(xiàng)指標(biāo))。其中，在描述呼吸頻率的曲線中，處于波峰時(shí)代表被試正在吸氣，波谷則代表呼氣。

圖1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象指尖脈搏生理指標(biāo)測(cè)量曲線Fig.1 Measurement curves of physiological index of fingertip pulse of experimental subjects

因?yàn)橹讣饷}搏與心率相關(guān)，故選擇呼吸頻率、皮膚電、心率3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，其對(duì)照組合為50～80 dB，50～90 dB。

圖2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象心率與皮電生理指標(biāo)測(cè)量曲線Fig.2 Measurement curves of heart rate and skin electricity index

圖3 實(shí)驗(yàn)對(duì)象呼吸頻率生理指標(biāo)測(cè)量曲線Fig.3 Measurement curves of respiratory rate index

對(duì)不同噪聲等級(jí)影響下的被試生理指標(biāo)變化情況，運(yùn)用SPSS 25.0軟件對(duì)3種不同等級(jí)噪聲下的30名被試的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)。

2.2 呼吸頻率實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖4為被試在50～80 dB，50～90 dB等級(jí)噪聲影響下呼吸頻率變化圖，表2，3為50～80 dB，50～90 dB噪聲影響下被試呼吸數(shù)據(jù)配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果。

圖4 呼吸頻率50 dB—80 dB—90 dB對(duì)比圖Fig.4 Comparison of respiratory frequency of 50 dB—80 dB—90 dB

表2 成對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)量

表3 成對(duì)樣本檢驗(yàn)

表2中均值表示每分鐘的呼吸次數(shù)，即呼吸頻率；N表示樣本量，即被試人數(shù)30；標(biāo)準(zhǔn)差表示樣本數(shù)據(jù)的離散程度；均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差表示用樣本均值估計(jì)總體均值的誤差。表3中置信區(qū)間表示由樣本統(tǒng)計(jì)量所構(gòu)造的總體參數(shù)的估計(jì)區(qū)間，上限即為區(qū)間上限，下限即為區(qū)間下限；t表示配對(duì)樣本均值差異；df表示樣本中獨(dú)立或能自由變化的變量個(gè)數(shù)，即自由度；Sig表示顯著性。

從表3中可以看出，Sig.值均小于0.01，3種不同等級(jí)噪聲之間的被試呼吸均值均存在顯著差異。從表2中可以看出，被試在80 dB和90 dB噪聲等級(jí)下的呼吸頻率均值要高于正常狀態(tài)。隨著噪聲等級(jí)的升高，被試的呼吸頻率出現(xiàn)顯著變化，表現(xiàn)為一定程度的加快。

2.3 皮膚電實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖5為被試的皮電變化圖，表4，5為50～80 dB，50～90 dB等級(jí)噪聲影響下被試皮電數(shù)據(jù)的配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果。

表4 成對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)量

從表5中可以看出，Sig.值均小于0.01，說(shuō)明被試的皮電均值在50 dB—80 dB—90 dB 3個(gè)噪聲等級(jí)之間均存在顯著差異。從表4中可以看出，被試在80，90 dB噪聲等級(jí)下的皮電均值高于正常狀態(tài)。這是由于被試處于較高強(qiáng)度的噪聲環(huán)境時(shí)，其汗腺分泌升高，從而導(dǎo)致了皮膚導(dǎo)電性的升高。

表5 成對(duì)樣本檢驗(yàn)

圖5 被試皮電50 dB—80 dB—90 dB對(duì)比圖Fig.5 Skin electricity of 50 dB—80 dB—90 dB comparison chart

對(duì)被試處于50 dB和90 dB噪聲水平環(huán)境下的反應(yīng)時(shí)間配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，表7。

從表7中可以看出，Sig.值小于0.01，說(shuō)明被試在50 dB—90 dB噪聲等級(jí)之間的心率均值存在顯著差異。從表6中可以看出，90 dB噪聲影響下被試反應(yīng)時(shí)均值大于正常狀態(tài)下反應(yīng)時(shí)。

表6 成對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)量

表7 成對(duì)樣本檢驗(yàn)

2.4 心率實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

被試心率指標(biāo)變化如圖6所示，噪聲等級(jí)50 dB與80 dB，50 dB與90 dB下的被試心率均值配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8，表9。

圖6 被試心率50 dB—80 dB—90 dB對(duì)比圖Fig.6 Comparison of heart rate of 50 dB—80 dB—90 dB

從表9中可以看出，Sig值小于0.01，說(shuō)明被試在噪聲等級(jí)50 dB與80 dB,50 dB與90 dB下的心率均值存在顯著差異。由表8統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，被試處于80,90 dB噪聲等級(jí)時(shí)的心率均值大于正常狀態(tài)。說(shuō)明相比于低噪聲等級(jí)環(huán)境下，高噪聲等級(jí)環(huán)境下的被試心率數(shù)值更高。

表8 成對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)量表

被試在噪聲等級(jí)為50 dB與80 dB環(huán)境下的反應(yīng)時(shí)間配對(duì)樣本T檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表10,表11。由表11知，Sig.值小于0.01，說(shuō)明被試處于噪聲等級(jí)50 dB與80 dB環(huán)境下的心率平均值存在顯著差異。由表10均值知，80 dB噪聲影響下被試反應(yīng)時(shí)均值大于正常情況下反應(yīng)時(shí)。

表9 成對(duì)樣本檢驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，被試的呼吸、心率和皮膚電等生理指標(biāo)會(huì)由于受到噪聲的影響從而呈現(xiàn)顯著升高，被試在噪聲影響下反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。在實(shí)際井下生產(chǎn)中，礦工在井下噪聲影響下，易出現(xiàn)注意下降、反應(yīng)能力變慢等現(xiàn)象，可能造成事故發(fā)生。

表10 成對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)量

表11 成對(duì)樣本檢驗(yàn)

3 結(jié) 論

1)呼吸、心率、皮膚電和指尖脈搏等生理指標(biāo)可以測(cè)試生理與精神狀態(tài)。在80,90 dB噪聲影響下，礦工的呼吸頻率、皮膚電、心率等生理指標(biāo)較50 dB出現(xiàn)顯著變化，故呼吸、心率、皮膚電和指尖脈搏等生理指標(biāo)可以用來(lái)測(cè)試礦工的生理與精神狀態(tài)。

2)礦工反應(yīng)時(shí)間可以作為反應(yīng)能力的表征。在80,90 dB噪聲影響下，礦工反應(yīng)時(shí)間明顯變長(zhǎng)，反應(yīng)能力變慢，故可以用反應(yīng)時(shí)間作為反應(yīng)能力的表征。

3)井下作業(yè)中，應(yīng)減少井下噪聲源、降低噪聲分貝，從而減少井下人因事故的發(fā)生。