噪声对矿工反应能力影响的实验研究

李国为　杨鹏飞　黄伟　田水承

摘要：煤矿井下噪声会对矿工作业产生不良影响，甚至会导致生产安全事故发生。为探究煤矿井下噪声对矿工反应能力的影响，减少因井下噪声导致的生产安全事故，采用实验测量的方法，分别对对照组和实验组施以50，80与90 dB噪声刺激，运用BD-V-509多项反应时测试仪记录在不同等级噪声刺激下被试的指尖脉搏、皮肤电、心率、呼吸频率等指标变化。运用SPSS 250对记录结果进行显著性分析。结果显示，在噪声刺激下，呼吸、心率、皮肤电和指尖脉搏等各项生理指标均出现显著变化。呼吸、心率、皮肤电和指尖脉搏等生理指标可以测试生理与精神状态;矿工反应时间可以作为测量矿工反应能力的指标，噪声的刺激会导致矿工反应能力变慢。井下作业中，应减少井下噪声源、降低噪声分贝，从而减少井下人因事故的发生。

关键词：噪声;反应能力;呼吸频率;心率;皮肤电

中图分类号：X 91文献标志码：A

文章编号：1672-9315（2022）03-0423-07

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0304开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Experimental study of noise on minersreaction ability

LI Guowei YANG Pengfei HUANG Wei TIAN Shuicheng

（1.Hongliulin Mine of Shaanxi Coal and Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Yulin 719000，China;

2.College of Safety Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;

3.Institute of Safety and Emergency Management，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）Abstract：The coal mine noise has impact on minerssafe operation，which can easily lead to accidents.In order to explore the effects of noise on minersreaction ability and reduce accidents caused by noise，the control group and the experimental group were subjected to 50，80 and 90 dB noise stimulation.BD-V-509 multi-response time tester was used to record the changes of such indicators  as fingertip pulse，skin electricity，heart rate and respiratory rate of the subjects under different decibel noise stimulation.and SPSS25.0 was used to analyze the significance of the recorded results.It was found that respiration rate，heart rate，skin electricity and fingertip pulse showed significant changes  under different decibel noise stimulation.The results indicated that physiological indexes such as fingertip pulse，skin electricity，heart rate and respiratory rate can measure physical and mental states and the reaction time can be used as an index of the minersreaction ability.When the miners were stimulated by noise，the reaction time became longer and the reaction ability became weather.In the underground operation，the noise source and noise decibel should be controlled to reduce human-factor accidents.

Key words：noise;reaction ability;respiration rate;heart rate;skin electricity

0引言

噪聲存在于煤矿生产全过程，是煤矿生产过程中存在的主要环境问题之一。随着煤矿开采机械化、智能化水平的不断提升，井下噪声来源更加多样。噪声刺激在一定程度上影响矿工作业时的听觉判断，不仅会对矿工造成心理、生理损害，而且会对矿工的安全行为造成影响，进而导致事故的发生。

国内外学者对煤矿噪声进行了大量的研究，普遍认为在噪声下工作易对人造成多种不良影响，如心脏问题、怠工和疲劳等[1-2]。ALKHARABSHEH等通过对300多名矿工的调查发现，矿工早期的听力损失导致噪声响度的明显增加，从而成为耳聋的重要影响因素[3]。MENZEL等通过分析噪声对人刺激的处理过程，验证了噪声适应对人脸感知的影响[4]。MADALENA等通过分析噪声对医院病人心理的影响，认为患者的心理障碍与医院噪声有一定的关系，建议医院降低噪声分贝[5]。BASNER等通过问卷和实验，发现噪声会增加心脑血管疾病的发病率，并损害认知能力[6]。李敏等通过实验研究，发现短期的噪声对生理指标影响不显著，但对注意力集中程度影响较为显著[7]。景国勋等利用E-Prime和调查问卷研究发现，噪声级达到65dB，矿工操作出错率明显升高，可靠度出现一定程度的降低[8]。同时，通过实验研究也验证了问卷调查的结果，噪声对人的注意力水平和视觉认知水平有较为显著影响[9-10]。贺飞等通过问卷调查，发现矿井噪声极易导致耳鸣，且噪声影响与矿工工龄显著正相关[11]。周军等通过实验研究发现，噪声对工人听觉和血压都有影响，且暴露时间与耳聋发病率正向相关[12]。李冬梅等通过分析煤矿听力特点发现，协议工与非协议工存在一定的差异，协议工人的听力损伤显著高于非协议工人[13]。田水承等分析了噪声对人员可靠度的影响，发现噪声对风险感知水平较低的矿工的可靠度影响较大[14]。汪琳等对350名在噪声环境下工作的工人开展了听力测试。结果表明，相比于无噪声环境，在噪声环境下工作会给工人造成显著的听力损伤。另外发现，工人的工龄也是其中的重要影响因素[15]。樊林玉等研究发现撞击噪声对矿井逃生有不良影响和危害，建议为逃生人员佩戴耳塞、耳罩等，以减少噪声的干扰，避免二次伤害[16]。阳静等发现噪声对人的注意力影响主要体现在使人注意与安全有关的信息对象的数量减少[17]。杨佳丽等认为长期暴露于噪声中，则会引起人的听力丧失、心率过快、幸福感下降等生理、心理问题[18]。1C0C11B8-032D-47ED-8878-3ADC1056112F

现有研究大多数是集中在噪声声压级水平上的定性分析研究，尚不能完全反映矿井噪声环境因素变化对矿工作业可靠性的影响，缺少噪声水平等因素对人反映能力影响的定量研究。文中选用BD-V-509多项反应时测试仪，选取噪声作为实验测量媒介，通过实验研究，观察矿工相关生理数据的变化，利用统计分析方法研究噪声对矿工反应能力的影响，以期减少因噪声因素导致的煤矿事故。

1实验设计

1.1实验目的

为探究矿工在井下噪声影响下反应能力的变化，根据井下现场噪声等级，通过噪声实验测量矿工相关生理数据的变化，从而分析矿工反应能力变化规律。

1.2生理测量指标的确定

赵泓超模拟了煤矿井下真实场景，以注意力集中能力作为矿工行为能力的测量指标，采用BioLAB采集噪声刺激下的矿工生理指标，探究噪声对矿工的影响[19]。

安宇等采用行为能力测试系统，以知觉与反应能力作为测量指标对矿工不安全行为倾向进行判别[20]。本研究以声光反应时间作为矿工反应能力的测量指标，以此来测量噪声影响下的矿工反应能力。

1.3实验设备

本研究所选用的实验设备为BD-V-509多项反应时测试仪。设备由液晶显示屏、运动反应时按键、简单反应时按键和脚部按键组成。该设备基于无序的光与声的交替刺激变化，测量被试的视觉通道和听觉通道的反应快慢，以及反应的准确性。以被试的反应时间作为衡量反应能力的指标。

1.4实验过程

国际标准化组织（ISO）发布的噪声等级与耳聋发病率的关系显示，噪声等级小于80 dB时，造成耳聋发病率相对较低;噪声等级处于80 dB时，耳聋发病率为16%;噪声等级处于90 dB时耳聋发病率为20.8%。同时，前往到陕煤集团红柳林矿业公司进行了井下噪声实测，发现噪声等级普遍分布在80～90 dB之间，故选取80，90 dB噪声作为实验噪声等级。为便于对照，选取50 dB噪声作为对照组噪声等级。

皮肤电是反应人的情绪波动变化的重要生理指标。皮电活动和情绪反应有紧密的相关关系，噪声刺激容易导致矿工情绪发生变化，故选取皮肤电作为测量指标。呼吸频率是形容每分钟呼吸次数的术语。剧烈运动时，因机体供氧量增加需要增加肺内气体交换，从而出现呼吸频率加快的现象。此外，当情绪激动或过度紧张时，亦常出现呼吸深快的现象。噪声刺激下，矿工易出现激动或过度紧张，故选取呼吸频率作为测量指标。指尖脉搏在一定程度上能反映心血管的机能，如心搏的节律性、心率、心室收缩力、外周阻力及动脉管壁的弹性等。噪声刺激下，被试心搏的节律性、心率等都会发生变化，故选取指尖脉搏作为测量指标。心率随人体的负担程度而变化。不同的劳动量会对矿工的肌体造成不同负荷进而导致心率的不同，而且精神紧张时容易产生额外负担也会导致心率增加，噪声刺激下矿工易紧张。心率可以较好地反应噪声对人体影响，故选取心率作为测量指标。

采用单一的噪声源对被试进行刺激，每次时间5 min，同时测量被试的生理指标数据，包括皮肤电、呼吸频率、指尖脉搏和心率。

实验开始，屏幕上会随机出现3种颜色：红色、黄色和绿色。如果屏幕显示红色，被试需要踩脚下的按钮;如果屏幕显示绿色，被试需要按运动时按钮;如果屏幕显示黄色，被试需要按简单反应时按钮。如果被试出现错误操作，测试仪会发出声音信号，此时被试必须立即做出正确的反应。整个实验过程中，每种颜色将会随机显示10次。实验完成后，测试仪能够记录被试的操作错误次数和反应时间。

实验共选取30名矿工作为被试。实验流程为：测试仪初始化—参数设置—按键操作—实验数据记录。整个过程约持续15～20 min。被试情况见表1。

2数据分析

2.1实验生理指标变化测量曲线

把噪声刺激实验数据进行整理。选择某一被试为例进行分析，图1，2，3分别为被试在噪声刺激下指尖脉搏、皮肤电、心率、呼吸频率生成的曲线（图2包含2项指标）。其中，在描述呼吸频率的曲线中，处于波峰时代表被试正在吸气，波谷则代表呼气。

因为指尖脉搏与心率相关，故选择呼吸频率、皮肤电、心率3个指标进行分析，其对照组合为50～80 dB，50～90 dB。

对不同噪声等级影响下的被试生理指标变化情况，运用SPSS 25.0软件对3种不同等级噪声下的30名被试的生理指标数据进行配对样本T检验。

2.2呼吸频率实验结果分析

图4为被试在50～80 dB，50～90 dB等级噪声影响下呼吸频率变化图，表2，3为50～80 dB，50～90 dB噪声影响下被试呼吸数据配对样本T检验结果。

表2中均值表示每分钟的呼吸次数，即呼吸频率;N表示样本量，即被试人数30;标准差表示样本数据的离散程度;均值的标准误差表示用样本均值估计总体均值的误差。表3中置信區间表示由样本统计量所构造的总体参数的估计区间，上限即为区间上限，下限即为区间下限;t表示配对样本均值差异;df表示样本中独立或能自由变化的变量个数，即自由度;Sig表示显著性。

从表3中可以看出，Sig.值均小于0.01，3种不同等级噪声之间的被试呼吸均值均存在显著差异。从表2中可以看出，被试在80 dB和90 dB噪声等级下的呼吸频率均值要高于正常状态。随着噪声等级的升高，被试的呼吸频率出现显著变化，表现为一定程度的加快。

2.3皮肤电实验结果分析

图5为被试的皮电变化图，表4，5为50～80 dB，50～90 dB等级噪声影响下被试皮电数据的配对样本T检验结果。

从表5中可以看出，Sig.值均小于0.01，说明被试的皮电均值在50 dB—80 dB—90 dB 3个噪声等级之间均存在显著差异。从表4中可以看出，被试在80，90 dB噪声等级下的皮电均值高于正常状态。这是由于被试处于较高强度的噪声环境时，其汗腺分泌升高，从而导致了皮肤导电性的升高。1C0C11B8-032D-47ED-8878-3ADC1056112F

对被试处于50 dB和90 dB噪声水平环境下的反应时间配对样本T检验结果见表6，表7。

从表7中可以看出，Sig.值小于0.01，说明被试在50 dB—90 dB噪声等级之间的心率均值存在显著差异。从表6中可以看出，90 dB噪声影响下被试反应时均值大于正常状态下反应时。

2.4心率实验结果分析

被试心率指标变化如图6所示，噪声等级50 dB与80 dB，50 dB与90 dB下的被试心率均值配对样本T检验结果见表8，表9。

从表9中可以看出，Sig值小于0.01，说明被试在噪声等级50 dB与80 dB，50 dB与90 dB下的心率均值存在显著差异。由表8统计结果中可以看出，被试处于80，90 dB噪声等级时的心率均值大于正常状态。说明相比于低噪声等级环境下，高噪声等级环境下的被试心率数值更高。

被试在噪声等级为50 dB与80 dB环境下的反应时间配对样本T检验结果见表10，表11。由表11知，Sig.值小于0.01，说明被试处于噪声等级50 dB与80 dB环境下的心率平均值存在显著差异。由表10均值知，80 dB噪声影响下被试反应时均值大于正常情况下反应时。

本实验研究结果表明，被试的呼吸、心率和皮肤电等生理指标会由于受到噪声的影响从而呈现显著升高，被试在噪声影响下反应时间变长。在实际井下生产中，矿工在井下噪声影响下，易出现注意下降、反应能力变慢等现象，可能造成事故发生。

3结论

1）呼吸、心率、皮肤电和指尖脉搏等生理指标可以测试生理与精神状态。在80，90 dB噪声影响下，矿工的呼吸频率、皮肤电、心率等生理指标较50 dB出现显著变化，故呼吸、心率、皮肤电和指尖脉搏等生理指标可以用来测试矿工的生理与精神状态。

2）矿工反应时间可以作为反应能力的表征。在80，90 dB噪声影响下，矿工反应时间明显变长，反应能力变慢，故可以用反应时间作为反应能力的表征。

3）井下作业中，应减少井下噪声源、降低噪声分贝，从而减少井下人因事故的发生。

参考文献（References）：

[1]HOPKINS A.What are we to make of safe behaviour programs[J].Safety Science，2006，44：583-597.

[2]WILLIAMS W，STOREY L.Towards more effective methods for changing perceptions of noise in the workplace[J].Safety Science，2007，45：431-447.

[3]ALKHARABSHEH A A，XIONG F，XIONG B B，et al.Early age noise exposure increases loudness perception：A novel animal model of hyperacusis[J].Hearing Research，2017，347：11-17.

[4]MENZEL C，HAYN-LEICHSENRING G，REDIES C，et al.When noise is beneficial for sensory encoding：Noise adaptation can improve face processing[J].Brain and Cognition，2017，117：73-83.

[5]MADALENA C，NLIO S，R.Hospital noise and patients wellbeing[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2015，171：246-251.

[6]BASNER M，BABISCH W，DAVIS A，et al.Auditory and non-auditory effects of noise on health[J].The Lancet，2014，383（9925）：1325-1332.

[7]李敏，賈惠侨，李开伟，等.噪声水平对人不安全行为的影响研究[J].中国安全科学学报，2017，27（3）：20-24.LI Min，JIA Huiqiao，LI Kaiwei，et al.Effect of noise level on unsafe behavior of humans[J].China Safety Science Journal，2017，27（3）：20-24.

[8]景国勋，吕鹏飞，周霏，等.基于E-Prime的煤矿噪声对矿工反应时与出错数的影响效应研究[J].安全与环境学报，2018，18（6）：2285-2287.JING Guoxun，LYU Pengfei，ZHOU Fei，et al.Impact of the coal-mining noise on the minersreaction and their error-making frequency based on E-Prime[J].Journal of Safety and Environment，2018，18（6）：2285-2287.

[9]景国勋，赵攀飞，吕鹏飞，等.不同煤矿噪声暴露时间对视觉认知影响研究[J].安全与环境学报，2018，4（18）：615-618.JING Guoxun，ZHAO Panfei，LYU Pengfei，et al.Exposure duration influence of  different kinds of mining noise on the minersvisual recognition[J].Journal of Safety and Environment，2018，4（18）：615-618.1C0C11B8-032D-47ED-8878-3ADC1056112F

[10]景国勋，吕鹏飞，赵攀飞，等.煤矿噪声对人的注意力影響实验研究[J].中国安全生产科学技术，2017，10（13）：165-168.JING Guoxun，LYU Pengfei，ZHAO Panfei，et al.Experimental study on the influence of coal mine noise on peoples attention[J].Journal of Safety Science and Technology，2017，10（13）：165-168.

[11]贺飞，王继仁，程根银，等.井下有限空间内作业人员噪声危害调查[J].安全与环境学报，2017，17（3）：849-853.HE Fei，WANG Jiren，CHENG Genyin，et al.Investigation of the influence of the noise hazards on the underground mining workers in the condition of the very limited space[J].Journal of Safety and Environment，2017，17（3）：849-853.

[12]周军，郝晓凤，李新刚.噪声对纺织工人健康影响调查[J].中国城乡企业卫生，2018，33（9）：81-82.ZHOU Jun，HAO Xiaofeng，LI Xingang.Investigation on health effects of noise on textile workers[J].Chinese Journal of Urban and Rural Enterprise Hygiene，2018，33（9）：81-82.

[13]李冬梅，佟久芬，王艳，等.煤矿井下噪声作业协议工听力分析[J].职业与健康，2014，30（9）：1175-1177.LI Dongmei，TONG Jiufen，WANG Yan，et al.Analysis on hearing among contract workers exposed to noise in coal mine[J].Occupation and Health，2014，30（9）：1175-1177.

[14]田水承，梁清，王莉，等.噪声与矿工行为安全关系研究及防控对策[J].西安科技大学学报，2015，35（5）：555-560.TIAN Shuicheng，LIANG Qing，WANG Li，et al.Research on the relationship between the noise and miner behavior safety and prevention-control countermeasures[J].Journal of Xian University of Science and Technology，2015，35（5）：555-560.

[15]汪琳，王春芳，张庆玲.噪声对工人听力损伤和其他健康影响的调查[J].工业卫生与职业病，2018，44（3）：195-197.WANG Lin，WANG Chunfang，ZHANG Qingling.Investigation of the effects of noise on hearing loss and other health of workers[J].Industrial Health and Occupational Diseases，2018，44（3）：195-197.

[16]樊林玉，金龙哲，黄志凌，等.矿井应急救援舱噪声试验研究[J].煤炭技术，2016，35（3）：210-212.FAN Linyu，JIN Longzhe，HUANG Zhiling，et al.Experimental study on noise of mine emergency rescue capsule[J].Coal Technology，2016，35（3）：210-212.

[17]阳静，刘本燕，凌莉，等.噪声对大学生注意力的影响[J].环境与职业医学，2014，31（2）：119-121.YANG Jing，LIU Benyan，LING Li，et al.Effect of noise on college studentsattention[J].Journal of Environmental and Occupational Medicine，2014，31（2）：119-121.

[18]杨佳丽，栗继祖，冯国瑞，等.矿工不安全行为意向影响因素仿真研究与应用[J].中国安全科学学报，2016，26（7）：46-51.YANG Jiali，LI Jizu，Feng Guorui，et al.Simulation research on factors influencing minersunsafe behavioral intention and its application[J].China Safety Science Journal，2016，26（7）：46-51.

[19]赵泓超.基于生理-心理测量的矿工不安全行为实验研究[D].西安：西安科技大学，2012.ZHAO Hongchao.Research on minersunsafe behavior based on physiological and psychological Measurement Experiment[D].Xian：Xian University of Science and Technology，2012.

[20]安宇，张江石，邵长宝.矿工安全行为能力的试验与研究[J].中国安全科学学报，2011，21（8）：123-128.AN Yu，ZHANG Jiangshi，SHAO Changbao.Test and research on minerscapacity of safety behaviors[J].China Safety Science Journal，2011，21（8）：123-128.1C0C11B8-032D-47ED-8878-3ADC1056112F