基于SRP全域相图的巷道冲击地压蝶形致灾机理与防控

摘要

冲击地压是煤炭开采中典型的动力灾害，其孕育演化涉及复杂的“应力-介质”非线性耦合机制.为揭示其致灾机理并实现精准防控，引入拓扑流形理论，基于蝶形破坏力学模型，构建了巷道围岩稳定性演化的SRP全域相图（Stress-Rock-Plasticity Global Phase Diagram），提出了基于几何奇异性的冲击地压机理与立体防控体系.首先，建立了包含塑性区最大深度(R_max)、环境应力（P₁,P₃）与介质属性（C，φ）的五维拓扑流形模型，划分了围岩稳定性的稳态区、过渡区与非稳态区，识别出表征系统状态突变的几何临界脊线.其次，推导了跨越脊线时的动力学演化方程，揭示了冲击地压的时间压缩效应：在临界脊线附近的高敏感邻域内，微小的外部扰动或介质劣化可导致塑性区扩展速率呈指数级爆发，引发围岩的瞬态几何扩容与能量瞬时释放；研究表明，相较于黏聚力，高偏应力环境下内摩擦角的衰减对诱发动力失稳具有主控作用.再次，基于相图几何特征，提出了稳定性度量指数（SMI），建立了通用的四级风险分区准则.最后，构建了涵盖源头布局规避、过程耗散结构与末端吸能适应的“空间-时间-物质”立体协同防控体系，为矿井动力灾害安全治理提供了理论和方法论依据.

关键词

冲击地压 / SRP全域相图 / 蝶形破坏 / 几何奇异性 / 立体协同防控