在平均海拔 4000 米以上的青藏高原，空气含氧量仅为平原的 60%，极端低温可达 - 40℃，年平均气压不足海平面的 70%。当东部平原矿产资源逐渐枯竭，西部高原成为我国 70% 铜矿、83% 铅锌矿新增资源的储备基地，矿业开发向 "三低一高"（低温、低氧、低气压、高辐射）环境转移成为必然趋势。然而，极端环境导致矿山装备功率衰减、故障频发，人员健康面临严峻挑战。长沙矿山研究院李富伟团队深耕高寒高海拔装备安全技术研究，从机械、电气、非金属材料到通风防护，构建起全链条技术解决方案，为高原矿业开发筑牢安全屏障。
在海拔 5000 米的矿区，普通柴油机功率会下降 14%，燃油消耗率上升 10%，启动时间甚至超过分钟级，完全无法满足生产需求，高原环境对装备的影响是系统性的。低气压导致电气绝缘强度降低、散热能力下降，4000 米海拔的空气密度仅为 0.819kg/m³，使风机有效风量大幅缩减；极端低温让润滑油黏度倍增，蓄电池容量骤减，金属材料韧性下降，易引发结构开裂；低氧环境造成燃料燃烧不充分，设备积碳磨损加剧；而年总辐射量超过 1800kWh/m² 的强紫外线，会加速非金属材料老化粉化。
这些环境因素叠加，使得矿山装备面临 "效能腰斩、故障激增、寿命缩短" 的三重困境。更严重的是，装备失效可能引发坠物、爆炸、有毒气体积聚等安全事故，给作业人员生命安全带来严重威胁。
作为矿山装备的 "心脏"，柴油机在高原环境下的表现直接决定生产效率。针对动力衰减问题，李富伟团队提出四项关键技术措施：选配高原专用高效增压器，通过废气驱动涡轮压缩空气，弥补进气不足；采用压力脉冲排气管减少排气阻力，提高废气能量利用率；优化喷油器设计，提升油气混合均匀度；配备恒温润滑系统，降低机械摩擦损耗。经实测，采用这些技术后，海拔 3000 米处柴油机功率下降控制在 6% 以内，燃油消耗率上升不超过 5%。
低温启动难题同样得到突破性解决。通过进气系统预热、燃油加热、管路加热和油底壳加热的 "四维加热方案"，装备可在 - 25℃环境下 25 分钟内完成预热，启动时间缩短至 25 秒以内。
液压系统和空压机的适配技术也取得重要进展。针对低气压导致的吸油不足和气蚀问题，采用带抗气蚀结构的泵阀元件，并通过氮气增压维持油箱压力在 0.03-0.05MPa；高海拔专用螺杆空压机将压缩比提升至 11-15，搭配三级过滤系统和压力缓冲罐，确保海拔 5000 米处仍能稳定输出额定压力，管网压力波动控制在 ±0.05MPa 以内。
在长距离输送领域，ST6300 智能型耐寒钢丝绳芯输送带展现出卓越性能，可在 - 40℃极寒环境下实现 11000 吨 / 小时的运量，成功应用于高差 566 米、长度 9 公里的输送工程。而防冻型托辊、聚氨酯耐低温清扫器和智能化监控系统的组合应用，使设备维护周期延长 50%，运行阻力降低 30%。
电气设备在高原环境下的绝缘击穿和散热失效风险显著增加。李富伟团队通过材料升级和结构优化，构建起多层防护体系。高压开关设备采用陶瓷与硅橡胶复合绝缘材料，根据海拔高度修正电气间隙，海拔 4000 米处工频耐压值提升 63%，同时选用耐低温密封件，避免温差导致的防护失效。
旋转电机的适配技术同样精准发力。通过提高功率等级、采用耐低温复合绝缘材料、优化电气间隙设计等措施，使海拔 4000 米处电机温升限值降低 24K，绝缘性能满足严苛要求。针对新能源蓄电池这一薄弱环节，研发团队强化绝缘等级，电池包绝缘电阻达到 500Ω/V 以上，满足 IPX8 浸水要求；配备脉冲自加热、液体加热等热管理系统，结合 BMS 智能协同控制，确保 - 40℃环境下电池 100 次循环后 SOC 仍保持 85% 以上。
全球首次投入运营的百台级纯电动无人矿卡，正是这些技术的集大成者。其电池系统采用双机组液热温控架构和内置保温层，配合高导热介质，使电池始终处于理想工作环境，在 - 40℃极寒气候下保持最佳性能。某高海拔水轮发电机组，采用 "零公差" 密封技术和 28kV 高等级防晕系统，效率提升至 96% 以上；特高压直流工程运用晶闸管串联技术，单阀组耐压达 400kV，功率损耗控制在 0.8% 以内。
低温和强紫外线对非金属材料的侵蚀尤为严重，矿用管材、输送带、电缆等部件易出现老化脆化、性能衰减等问题。李富伟团队从材料配方、生产工艺到结构设计进行全方位革新，为非金属部件穿上 "防寒抗晒服"。
矿用管材通过改良配方，添加 2% 专用炭黑或共挤 3mm 抗刮擦外层，显著提升耐候性；管外壁包裹聚氨酯保温管壳，有效防止低温冻结堵管。某矿山的尾矿管道在 - 25℃~+30℃、昼夜温差超 40℃的环境下，成功抵御冻土施工和紫外线辐射的双重考验，未出现泄漏爆管问题。
耐寒输送带采用天然橡胶与顺丁橡胶组合配方，添加 N330 炭黑补强剂和高效抗臭氧剂，优化带体结构和耐寒接头设计。在海拔 3800 米的矿山应用中，该输送带在结构强度、耐紫外老化、耐寒性能方面表现出卓越的稳定性， 运行良好，相关参数满足标准规定。封闭廊道的应用则从根本上避免了雨雪和紫外线的直接侵害，进一步延长了输送带使用寿命。
矿用电缆的技术升级同样显著。选用热塑性聚氨酯护套和交联聚乙烯绝缘材料，通过三层共挤和交联工艺实现紧密结合，减少温度变化引发的内部间隙。经测试，某矿山改进的MYEFP或 MCP耐寒耐磨型电缆碾压 200 次无明显痕迹，pH 值为 4 的硫酸浸泡 20 天性能变化率不超过 10%，完全适应高原极端环境。
低气压导致的通风效率下降和缺氧问题，直接威胁井下作业安全。李富伟团队提出增压式和增氧式两种通风解决方案：增压式通风通过压入式通风、调节系统阻力等方式，在目标区域形成高于周围环境的气压，间接改善氧气分压；增氧式通风则利用膜分离、变压吸附等制氧技术，通过弥散供氧、集中供氧等方式提高空气含氧量。
个体防护装备的升级为作业人员提供了直接保障。人体健康实时监测仪、高原防护服、防紫外线护目镜等装备成为标配，移动 / 固定式制氧设备广泛应用于作业现场。某厂家在高原隧道挖掘机上加装的随车制氧装置，可提供面罩供氧（氧气浓度 27.9%）和弥散供氧两种模式，40 分钟后驾驶室氧气浓度可达 22.3%，有效缓解了操作手的缺氧不适。
借鉴飞机客舱运行原理的综合性供氧设施，更实现了环境的根本性改善。通过增压改变建筑空间内的气压和氧分压，将室内环境等效到低海拔水平，有效缓解急性高原病症，降低持续性低压损伤，从根本上解决了身体组织缺氧问题。
尽管已取得多项技术突破，但李富伟指出，高寒高海拔装备安全领域仍面临三大挑战：缺乏针对机械、新能源、非金属材料及个体防护装备的专用技术标准与规范，设计制造选型无标可依；缺乏真实性专项实验室与模拟验证平台，无法对装备安全可靠性进行有效测试评价；现有技术措施多为孤立部件的点状攻关，缺乏跨部件、跨系统的协同一体化方案。
对此，李富伟提出三点发展建议：一是完善技术标准体系，借鉴国军标和国际标准，制定覆盖全品类装备的专用标准，明确结构、材料、性能等方面的特殊要求；二是提升技术验证能力，建设高寒高海拔环境模拟实验室，缩短技术转化周期；三是突破系统性技术方案，研究通用技术与规律，形成成套验证技术，推动装备整体效能与安全水平提升。
随着智能化技术的深度融合，未来高原矿山装备将朝着 "环境自适应、状态自感知、故障自诊断" 的方向发展。安全大模型的构建将为装备设计、选型、运维提供智能支持，推动矿山装备制造企业与矿产企业协同创新，实现高原矿业的安全高效高质量发展。
