本研究旨在通过节能、清洁、低碳及可持续技术提高采空区安全性并确保地压稳定性。研究人员采用实验室实验、理论分析与机器学习相结合的方法，系统考察了微波加热时间对浆体流变特性及充填胶结尾砂(CTB)力学性能的影响，并基于物理信息符号回归(PISR)方法构建了强度预测模型。研究发现，微波加热时间显著影响浆体流变性：在0–2 min阶段，电磁效应占主导，破坏絮凝网络并降低表观粘度；在2–6 min阶段，热效应加速水化反应，导致粘度升高且流动性下降。此外，微波加热可显著提高CTB的早期强度，加快胶凝材料的水化速率，并改善水化产物的形貌与微观结构。然而，过度加热或低灰砂比可能导致后期强度下降，原因是水化产物形成不均匀及结构完整性受损。基于AI Feynman 2.0方法，研究人员开发了新型PISR框架，实现了99.8%的强度预测精度，为可持续采矿中利用微波技术优化CTB性能提供了可靠的理论支撑。
研究背景方面，随着浅部矿产资源逐渐枯竭，深部开采成为必然趋势，但随之而来的高地应力、应力场重分布、岩体渗透性增加及围岩稳定性下降等问题，显著增加了安全风险与控制难度。充填采矿法因其在控制地压和处理尾矿方面的优势，被广泛应用，其中充填胶结尾砂(Cemented Tailings Backfill, CTB)的性能直接关系到采空区安全与固废资源化利用。传统加热方式存在能效低、温度场不均匀等缺陷，而微波加热凭借选择性加热、瞬时性及高能效特点，在岩石破碎和水泥基材料养护中展现了良好应用前景。现有研究多集中于微波对CTB短期强度的提升，缺乏对多因素耦合作用及长期强度演变的系统分析，且传统经验公式难以捕捉非线性交互关系并缺乏物理可解释性。为此，研究人员以河南庙岭金矿尾矿和普通硅酸盐水泥42.5为对象，结合微波加热技术，系统研究了灰砂比(Cement-Sand Ratio, CSR)、固体质量浓度及养护龄期在微波作用下的影响规律，并引入物理信息符号回归(Physics-Informed Symbolic Regression, PISR)方法，构建了高精度且具有物理意义的强度预测模型。该研究发表于《Case Studies in Construction Materials》。
关键技术方法方面，研究人员设计了五组实验，分别考察微波加热时间、固体质量浓度及灰砂比对浆体表观粘度和CTB强度的影响，采用385 W家用微波炉进行加热处理，并使用NDJ-8S数字粘度计测试流变性能，利用微机控制电子压力试验机测定无侧限抗压强度(Unconfined Compressive Strength, UCS)，并通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)与能谱分析(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)表征微观结构与元素组成。强度预测模型则基于AI Feynman 2.0算法，将微波加热、质量浓度、灰砂比及养护龄期的物理约束嵌入符号回归框架，实现高精度的数学表达式发现。
研究结果部分，首先在浆体液流变特性方面，微波加热时间在恒定质量浓度下与表观粘度呈二次关系：短时间加热降低粘度，长时间加热则因水化加速和水分蒸发导致粘度上升；灰砂比的变化同样呈现初期粘度下降、后期上升的趋势，且较高灰砂比更易形成网络结构。其次，在CTB强度方面，微波加热显著提升早期强度，但过长加热时间会导致后期强度下降；固体质量浓度与强度的关系呈抛物线型，存在最优浓度区间；灰砂比的增加普遍提高强度，但在高浓度下由于致密结构限制水分扩散，后期强度增长受限。养护龄期方面，未加热组在3–7 d的强度增长率高于微波加热组，但微波加热组在28 d时仍保持较高强度，尤其在适宜浓度与灰砂比条件下。基于实验数据，研究人员建立了单因素强度-龄期幂律模型，并进一步通过PISR方法构建了多因素耦合的预测表达式，其决定系数达99.8%，残差随机分布于零附近，验证了模型的准确性与物理一致性。
讨论部分指出，微波加热对浆体流变性的调控源于电磁效应与热效应的交替作用：短时间的电磁效应削弱颗粒间作用力，降低粘度；长时间的热效应促进水化并减少自由水，增加粘度。微观结构分析表明，适宜的微波加热促进C-S-H凝胶与钙矾石(AFt)的形成，填充孔隙并形成三维网络骨架，而过长的加热则引起水分损失及异相产物生成，导致结构疏松。研究人员强调，微波加热技术在充填工程中的应用可有效提高能源利用效率，减少化学外加剂的使用，并适应寒冷地区矿山的快速施工需求，但需严格控制加热时间与参数以避免性能劣化。
结论部分总结为：微波加热可通过调节加热时间优化浆体流变性与工作性；适当加热显著提高CTB早期强度并改善微观结构，但过长加热会因高温损伤及水分不足降低后期强度；低灰砂比和低浓度条件下，微波加热可能提前消耗胶凝材料与水，抑制长期强度发展；基于PISR的多因素强度预测模型兼具高精度与物理可解释性，为微波技术在可持续采矿中的应用提供了理论与工具支持。
