血氧饱和度实时监测、心率恢复曲线、海拔每升高1000米设备功率下降16.6%...这些精准数据背后，是中国高寒高海拔金属矿山正经历的一场人机工效技术革命。

“心率恢复时间的长短作为人体疲劳程度的客观标志，疲劳越重时心率恢复得越慢。”2025年12月2日，在四川举行“安全科技进矿区” 高寒高海拔专场活动上，中国安全生产科学研究院首席科学家廖国礼研究员展示了其团队的研究成果。

通过在中国安科院非煤实验基地建设的低压低氧环境模拟实验舱，他们首次系统建立了高海拔环境下矿工疲劳识别模型，为高海拔矿山安全生产提供了科学依据。

“我们高海拔高寒地区资源开采，对人机工效问题更迫切、更需要。”廖国礼在报告中开门见山地指出。高海拔高寒金属矿山面临三大环境特征：气压低、温差大、气温低，这导致动力循环压力很低，作业效率低下，环保压力大。

对于矿工而言，缺氧是最突出的挑战。廖国礼团队研究的个体安全与保障技术，首先解决的就是供氧问题。

在固定的工作场所，如硐室、休息室、调度室，通过制氧机集中制造富氧空气，将局部环境氧浓度提高到23%-25%，相当于将海拔高度降低1000-1500米，极大缓解人员高原反应。

为井下或露天作业人员配备随身携带的小型氧气瓶或便携式制氧机，在体力消耗大或感觉不适时直接呼吸。在矿区生活区设立高压氧舱，用于对出现急性高原反应的人员进行紧急救治。

智能健康监测技术为矿工配备了智能手环或穿戴设备，实时监测心率、血氧饱和度、活动轨迹等数据。一旦出现异常，系统会自动报警，调度中心可及时干预。

廖国礼特别强调了他们建设的低压低氧环境模拟实验舱的价值：“我们专门建立了一套低压低氧的环境模拟舱，可以模拟从104米到1万米以上海拔的高度。”

在这个实验舱中，研究人员对金属矿山常见的12个作业工种进行了系统测试，按照体力劳动强度标准进行了分级，并建立了相应的运动模型。

通过大量实验数据的分析，研究团队得出了具有实践意义的结论。他们使用线性和非线性动力学分析矿工疲劳前后心率变异性信号，并对所测指标进行相关性检验。

研究发现，六个时域特征在疲劳前后都分别有所增减，这些数据为高海拔环境下矿工疲劳识别提供了科学依据。

“依据心电频谱分析仪一般以正峰值进行分析，利用Sine函数作拟合的曲线，缺氧环境下高原心率明显加快。”廖国礼展示了实验数据。通过箱线图比较，可以直观看出高原心率最大值、最小值、平均值均大于平原。

心率恢复时间的研究尤为重要。研究发现，心率恢复滞后于氧耗的恢复，疲劳越重时心率恢复得越慢。通过比较疲劳评分曲线，可以看出心率曲线的变化趋势与主观疲劳程度问卷得分趋势基本保持一致。

“可根据作业后的心率恢复时间制定合理的轮班制度。”廖国礼指出，“我们现在办公室都讲究5+1、5+2、白+黑，但高海拔地区轮班制度，肯定不能照搬平原模式。”

研究团队还针对设备在高海拔环境下的性能进行了测试。他们选择矿用电动隔膜泵作为研究对象，对比平原地区，对不同海拔高度下的设备性能进行实验。

结果显示：海拔每升高1000米，电动隔膜泵的扭矩下降5.2%~15.8%，功率下降7.7%~16.6%，海拔达到5000米时，功率下降高达30%左右。

基于大量实验和研究，廖国礼团队参与了高海拔高寒地区金属矿山安全开采标准的制定。这一标准对露天矿山和地下矿山提出了具体技术要求。

露天矿山必须设置专用的防冰、除冰设施，对冻融区进行警示，采掘设备的供电电缆需要特殊绝缘和紫外线防护。更重要的是，厂矿道路设计规范相关参数需要折减，譬如坡降折减1%，1公里坡降不宜大于6.5%。

地下矿山则强调现场监测和预报，提升管理人员素质，优先选用机械化高、工艺简单、操作简便的采矿方法。标准要求实现矿山开采机械化，关键生产工艺流程数控化率不低于50%。

“职业健康检查，重点关注高原反应，并建立健康档案。”廖国礼特别强调了职业卫生管理要求。标准明确规定了从业禁止条件，包括活动性肺结核病、急性高原反应者以及55周岁以上从业者。

设备选型方面，要求具备3200米海拔、零下30摄氏度环境正常工作的能力。设备润滑采用干油站的不使用稀油润滑，或者加装电加热器。机油选择要优先保证低温启动性能，粘度等级符合高海拔高寒地区要求。

智能开采技术正在高海拔矿山广泛应用。无人驾驶矿卡基于5G、北斗/GPS高精度定位和车联网技术，实现运输环节的24小时不间断作业。这在低氧环境下意义重大，将驾驶员从危险岗位上解放出来。

远程遥控铲装与钻掘技术让操作员可以在舒适的远程控制中心精准操作设备。这不仅改善了工作环境，也允许专家在非高原地区提供技术支持。

数字孪生矿山利用三维建模、物联网传感器和数据分析，在虚拟空间中创建与物理矿山对应的“数字双胞胎”，用于模拟生产、优化流程、预测设备故障和安全演练。

智能生产执行系统集成地质模型、设备状态、生产计划等信息，通过人工智能算法进行实时优化调度，自动分配任务给无人矿卡和自动化设备，实现整体生产效率最大化。

绿色开采技术方面，原位溶浸采矿法对特定矿种采用“原地溶浸”技术，不需要大规模开挖和剥离，几乎不破坏地表结构和植被。边开采边复垦技术采用表土单独剥离、存放和回填，在开采完毕区域立即进行土壤重构和植被恢复。

干式堆存尾矿技术将尾矿进行高效脱水，形成膏体或干饼状后堆存，大大减少传统尾矿库的渗漏风险和水资源消耗，特别适合水资源宝贵且冰冻期长的高原地区。

高海拔地区太阳能资源丰富，大规模部署光伏电站，为矿区生产生活提供清洁能源，降低对柴油发电的依赖。同时，回收利用柴油发电机、空压机等设备运行时产生的大量余热，为矿区建筑供暖，降低燃油消耗。

廖国礼将高海拔矿山技术发展趋势概括为三个转变：从“人适应环境”到“环境适应人”；从“经验驱动”到“数据驱动”；从“资源掠夺”到“生态共生”。

“高海拔矿山开采的先进技术不是单一技术的应用，而是集成了安全保障、智能自动化、绿色环保和特殊工程技术的系统性解决方案。”廖国礼总结道。

通过供氧和自动化技术，最大限度减少人员在极端环境下的暴露；利用大数据和人工智能实现精细化管理和科学决策；将环境保护置于与经济效益同等重要的位置——这些理念正引领高海拔矿山向安全、高效和绿色可持续发展方向迈进。

这些技术已经有成功应用案例，廖国礼期待更多高海拔矿山决策管理层思考、合作研究、引进与广泛应用，实现高海拔地区矿山的现代化转型。

随着数字孪生、远程遥控、智能监测等技术的成熟应用，高海拔矿山正逐步实现“环境适应人”的理想状态。高原反应实时预警、设备功率自动补偿、智能轮班制度调整，这些人机工效创新正在重塑高海拔矿山的生产模式。