《Mining》：Innovative Pavement Design for Heavy-Haul Mining Roads Using Phosphate Mine Waste Rock: Dust Emission Control, Mechanical and Operational Performance Improvements
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传统路面设计方法通常针对公路，并不适用于矿山运输道路所承受的极端荷载条件。本研究提出了一种针对重载磷酸盐矿运输道路（≈22.35 kT·day?1）的创新路面设计，该路面完全由磷酸盐矿废石（PMWR）建造，为传统骨料提供了一种可持续替代方
传统路面设计方法通常针对公路，并不适用于矿山运输道路所承受的极端荷载条件。本研究提出了一种针对重载磷酸盐矿运输道路（≈22.35 kT·day?1）的创新路面设计，该路面完全由磷酸盐矿废石（PMWR）建造，为传统骨料提供了一种可持续替代方案。所提出的结构包括0.35 m底基层（0–100 mm）、0.25 m基层（0–63 mm）和0.07 m半粒式沥青混凝土（BBSG 0–20 mm）磨耗层，旨在结合高力学性能与有效的粉尘控制。该设计通过一个综合实验计划进行了验证，包括重复加载三轴试验（RLTT）、沥青刚度、疲劳和车辙试验、热重分析（TGA）以及全尺寸现场试验，涉及EV2平板载荷测试、粉尘监测和使用Komatsu 730E自卸卡车的紧急制动测试。结果表明，所提出的路面提供了优异的结构性能。沥青混合料实现了9160 MPa的刚度模量、139.6 με的疲劳抗力和仅2.2%的比例车辙深度（PRD）。在现场，压实后的底基层和基层分别达到平均EV2值153 MPa和181 MPa，证实了其高承载能力。铺砌的运输道路将空气中粉尘排放减少了约91%，超过了矿山80%的目标，同时使自卸卡车运行速度翻倍，并减少了轮胎磨损和维护。尽管有这些性能提升，所提出的解决方案在经济上仍具有吸引力，建设成本约为23.97 �/m2。总体而言，该研究表明磷酸盐矿废石可以成功转化为一种耐用、经济且环境可持续的重载矿山道路路面解决方案，为采矿基础设施中的循环经济原则提供了实践范例。
**论文解读：基于磷酸盐矿废石的重载矿山道路创新路面设计——从实验室到现场验证**
**研究背景与问题**
传统柔性路面设计主要针对公路交通，其轴载和交通量假设远低于矿山运输道路的实际条件。矿山运输道路承受极端重载（如340吨级自卸卡车），导致路面迅速出现车辙、永久变形和疲劳破坏，严重影响运营效率。此外，未铺装或轻度铺装的矿山道路产生大量粉尘，危害工人健康并增加设备磨损。摩洛哥OCP集团（国家磷酸盐公司）设定了两个目标：将空气中粉尘排放量降低80%以上，并将自卸卡车运行速度翻倍。此前尝试的化学和生物稳定化方法在湿润后承载力显著下降，未能满足要求。同时，循环经济理念推动利用矿山废石作为替代骨料，但尚未有专门针对极端重载条件设计的性能导向型路面结构。因此，研究人员开展了这项研究，旨在利用当地丰富的磷酸盐矿废石（PMWR）开发一种创新路面结构，兼顾高力学性能、有效粉尘控制和经济效益。
**研究内容与结论**
研究人员提出了一种三层路面结构：0.35 m底基层（0–100 mm碎PMWR）、0.25 m基层（0–63 mm碎PMWR）和0.07 m磨耗层（BBSG 0–20 mm，采用磷酸盐燧石和改性沥青）。通过实验室和全尺寸现场试验验证其性能，结果表明该路面在极端重载条件下表现出色：沥青混合料刚度模量达9160 MPa，疲劳抗力139.6 με，比例车辙深度仅2.2%；现场压实后底基层和基层平均EV2值分别为153 MPa和181 MPa；粉尘排放量减少约91%，超过80%目标；自卸卡车运行速度从低于20 km/h提高至约40 km/h，轮胎磨损和维护需求降低。该解决方案建设成本约23.97 �/m
2，在15个月运营中实现了约15%的年生产率增益。研究证明了将PMWR转化为耐用、经济且环境可持续的重载矿山道路路面是可行的，为采矿基础设施中的循环经济提供了实践范例。该论文发表在《Mining》。
**关键技术方法**
研究人员采用的主要关键技术方法包括：重复加载三轴试验（RLTT）用于评估SWR（筛选废石）的永久变形和回弹模量；沥青混合料的复合模量试验（2PB弯曲）、疲劳试验（EN 12697-24）和车辙试验（EN 12697-22）；热重分析（TGA）用于识别潜在胶结相；全尺寸现场试验包括EV2平板载荷测试、粉尘监测（PM2.5和PM10）以及使用Komatsu 730E自卸卡车的紧急制动测试。样本来源为Benguerir磷酸盐矿的SWR（0–160 mm粗料）和磷酸盐燧石（PF）块。
**研究结果**
**3.1 原材料表征**：通过粒径分析、洛杉矶（LA）和微德弗尔（MD）试验、X射线荧光（XRF）和X射线衍射（XRD）确定了SWR和PF的物理、化学和矿物学性质。SWR以石英、白云石、氟磷灰石和方解石为主，LA和MD值显示中等抗碎片和抗磨损性能；PF则具有更高石英含量和优异力学性能。SWR的细粉含量（<80 μm）约7%（底基层）和5%（基层），级配连续且均匀系数（Cu）>2，曲率系数（Cc）在1–3之间。
**3.2 交通调查**：对Benguerir矿最繁忙运输道路的日交通量进行统计，得到总日运输量约22.35 kT，远超常规交通分类标准，年增长率设为4%。
**3.3 循环力学行为**：通过单调三轴试验得到SWR摩擦角φ≈60°，表明高剪切强度。重复荷载三轴试验（RLTT）显示永久变形随干密度降低而增大，且20,000次循环后趋于稳定。回弹行为呈非线性，特征模量（Ec）在目标应力下（q=500 kPa, p=250 kPa）为325 MPa，与常规未处理粒料相当。
**3.4 现场试验**：全尺寸试验段（300 m长，13 m宽）建造于现有未铺装运输道路上。紧急制动测试（Komatsu 730E以约40 km/h行驶）后路面无可见损伤（无撕裂、无剥落、无脱层），验证了磨耗层的抗滑性和整体性。现场EV2平板载荷测试显示底基层平均153 MPa，基层平均181 MPa，均超过设计目标。TGA分析表明主要分解峰为CaCO
3（~770°C），未发现明显的水化硅酸钙（C–S–H）或钙矾石相，因此高承载力主要归因于粗骨料骨架、高摩擦角和良好压实。
**3.5 粉尘测量**：对比未铺装段（平均91,730.16 μg/m
3）和铺装段（平均8,570.10 μg/m
3），粉尘减少约91%，超额完成80%目标。
**3.6 经济评估**：建设成本约23.97 �/m
2，包括材料、破碎、运输、施工等。考虑15个月运营后，内部评估显示大规模实施可带来约15%的年生产率增益，主要来自减少备件更换、提高运行速度、延长车队寿命和降低维护需求。完整生命周期成本分析留待未来研究。
**3.7 级配包络线建议**：基于实验室和现场验证，提出了底基层（0–100 mm）、基层（0–63 mm）和磨耗层（0–20 mm）的性能导向级配包络线，确保粗骨料骨架连续、细粉含量受控，以保障压实效率和耐久性。
**讨论与结论**
讨论部分指出，极高级配和粗骨料骨架（底基层中50–100 mm颗粒占约23%，基层中50–63 mm占约14%）以及高内摩擦角（φ≈60°）是结构高承载力的主要机制，而TGA分析排除了显著的化学胶结作用。级配包络线设计考虑了工业可实施性和质量控制容忍度。
论文结论总结如下：1）在极端重载条件下，所提出的非标准路面结构展示了技术可行性和运营有效性，具有经济潜力；2）性能导向的材料规范、现场承载力要求和优化级配包络线对实现超重载下的力学行为和现场性能至关重要；3）在OCP Benguerir矿部署后，运行速度翻倍、年生产率提升、粉尘排放减少超90%、24个月保修期内几乎零维护，且建设成本低于传统运输道路；4）该研究证明了使用当地替代骨料（PMWR）建设高负荷运输道路的可行性，是循环经济的实践范例。此外，建议未来研究包括：考虑非线性行为（颗粒重排、破碎、岩性异质性）的长期评估；基底层采用改性乳化沥青处理以提高疲劳抗力并减少厚度；建立选择性生产和隔离堆放策略；以及依据ISO 14040-44进行生命周期评估（LCA）以量化环境效益。
