深埋隧洞即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程的頻譜演化特征

肖亞勛，馮夏庭，陳炳瑞，豐光亮

（中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430071）

1 引言

獲取、分析和總結(jié)巖爆發(fā)生的前兆微震活動(dòng)特征，是建立基于微震監(jiān)測(cè)的巖爆預(yù)警方法的基礎(chǔ)。

已有的巖爆前兆微震活動(dòng)特征研究主要集中于巖爆發(fā)生前的微震事件震源參數(shù)的演化規(guī)律分析，包括事件數(shù)、視體積、能量指數(shù)、b 值等。Mendecki[1]提出了一個(gè)可靠的震源參數(shù)視體積，發(fā)現(xiàn)沖擊地壓前通常伴有累積視體積突增和能量指數(shù)突降的前兆特征；Xie等[2]對(duì)礦山開挖過(guò)程中巖爆發(fā)生前微震活動(dòng)的空間特征開展了分形分析；Urbancic等[3]分析了巖爆前低震級(jí)的b 值和各種應(yīng)力參數(shù)的關(guān)系；李元輝等[4]則通過(guò)單軸受壓巖石破裂的聲發(fā)射試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分形維值和b 值開始較快速下降，可作為巖石失穩(wěn)破壞的前兆；Tang等[5]分析了巖爆發(fā)生前微震活動(dòng)成核區(qū)內(nèi)巖體剛度的變化趨勢(shì)；而針對(duì)深埋隧洞，馮夏庭和陳炳瑞揭示了即時(shí)型巖爆和時(shí)滯型巖爆孕育過(guò)程中的微震事件數(shù)、視體積及能量指數(shù)等微震參數(shù)的演化特征[6－9]；于洋等[10]發(fā)現(xiàn)能量分形維度在即時(shí)型巖爆的孕育過(guò)程不斷增加，巖爆臨近前會(huì)增加到某個(gè)臨界值以上。

實(shí)際上，巖爆孕育過(guò)程中所記錄的微震波波形的頻譜特征本身就包含著較為豐富的前兆信息，但針對(duì)巖爆孕育過(guò)程的頻譜特征研究則甚少。Frid等[11]在澳大利亞Moonee煤礦監(jiān)測(cè)頂板的垮落過(guò)程發(fā)現(xiàn)，頂板宏觀破斷之前微震信號(hào)主頻由高頻向低頻發(fā)展；陸菜平等[12－13]開展了煤巖沖擊前兆微震頻譜演變規(guī)律的試驗(yàn)與實(shí)證研究，隨后進(jìn)一步又分析了頂板巖層破斷誘發(fā)礦震的頻譜特征，研究表明，微震信號(hào)的頻譜向低頻段移動(dòng)，且振幅逐漸增加可以作為沖擊礦壓發(fā)生的一個(gè)前兆信息；Xiao等[14]發(fā)現(xiàn)，深埋隧洞不同開挖方式誘發(fā)的即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程具有不同的微震事件主頻分形特征，但整體而言，巖爆孕育過(guò)程中主頻分形維數(shù)不斷降低。

對(duì)于深埋隧洞而言，其巖爆實(shí)時(shí)微震監(jiān)測(cè)采用緊跟掌子面移動(dòng)的傳感器布置方法，傳感器與巖石微破裂集中區(qū)（即掌子面附近）的距離通常不超過(guò)200 m。同時(shí)較寬的傳感器響應(yīng)頻率，一般達(dá)到5～2 000 Hz，可監(jiān)測(cè)到的巖石微破裂震級(jí)分布廣泛，可有效監(jiān)測(cè)到巖爆孕育過(guò)程中豐富的微震信息[5，15]，這一點(diǎn)是已往礦山巖爆監(jiān)測(cè)中不可比擬的。因此，探究深埋隧洞巖爆孕育過(guò)程的前兆頻譜特征，為其高強(qiáng)度巖爆風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)及預(yù)警提供依據(jù)和參考，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工安全具有非常重要的意義。

本文以目前世界埋深最大的錦屏二級(jí)水電站引水隧洞及排水隧洞頻發(fā)的即時(shí)型巖爆作為研究對(duì)象。首先給出了深埋隧洞頻譜特征參數(shù)的計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)上，探究了不同開挖方式下不同強(qiáng)度即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程的頻譜演化特征，以期為即時(shí)型巖爆發(fā)生時(shí)間及強(qiáng)度預(yù)警提供依據(jù)和參考。

2 微震波頻譜特征參數(shù)計(jì)算方法

2.1 巖爆微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案

TBM巖爆微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的傳感器布置如圖1所示。采用6個(gè)微震傳感器分2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行布置，監(jiān)測(cè)斷面上傳感器安裝位置如圖1(b)所示，孔深為2 m。傳感器斷面布置與移動(dòng)如圖1(a)所示：首先于離掌子面約70 m處L2區(qū)平臺(tái)布置監(jiān)測(cè)斷面I；TBM向前掘進(jìn)30～40 m后，同樣在L2區(qū)平臺(tái)布置監(jiān)測(cè)斷面II；當(dāng)TBM再向前掘進(jìn)30～40 m時(shí)，監(jiān)測(cè)斷面I位于L3區(qū)平臺(tái)與L區(qū)平臺(tái)之間時(shí)，回收監(jiān)測(cè)斷面I處傳感器并重新布置于L2區(qū)平臺(tái)，依次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)微震監(jiān)測(cè)。鉆爆法監(jiān)測(cè)方案與此類似，僅傳感器安裝高度和角度有所差異。為了便于敘述，臺(tái)站名稱記為Ri-x，其中Ri 表示安裝的第i 排傳感器，隨著掌子面的推進(jìn)，不斷累計(jì)；x 則表示傳感器安裝位置，L、C和R分別代表位于面向掌子面的左側(cè)邊墻、拱頂及右側(cè)邊墻。如R6-C表示第6排安裝于拱頂?shù)膫鞲衅鳌?/p>

圖1 傳感器布置[8]Fig.1 Layouts of sensors[8]

2.2 微震波衰減特征研究

選取能真實(shí)反映微震源特征的波形參數(shù)是開展基于波形特征的巖爆孕育規(guī)律研究的首要任務(wù)。

基于信號(hào)波形特征開展巖爆孕育規(guī)律研究前，通過(guò)小波-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行巖石微破裂信號(hào)識(shí)別及小波變換的降噪處理，相關(guān)方法與降噪流程參見文獻(xiàn)[6]，確保巖石微破裂信號(hào)波形特征參數(shù)的可靠性。

頻譜是指對(duì)時(shí)間-振幅的波形時(shí)域圖進(jìn)行FFT變換后繪制的頻率-振幅的波形頻域圖。通常采用最大有效頻率feff和最大有效振幅Aeff兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述微震波的頻譜特征。微震振動(dòng)振幅通常是震源強(qiáng)度的最直接體現(xiàn)，而微震振動(dòng)的頻率特性在很大程度上由其輻射波形的最大振幅所對(duì)應(yīng)的頻率，即最大有效頻率所決定。因此，頻譜的最大有效振幅和最大有效頻率分別作為波形時(shí)域和頻域上最重要的兩項(xiàng)參數(shù)，常常被作為研究地震或礦震孕育規(guī)律研究的重要技術(shù)指標(biāo)。但開展深埋隧洞巖爆微震監(jiān)測(cè)時(shí)，上述兩個(gè)頻譜特征參數(shù)是否可作為真實(shí)體現(xiàn)微震源特性的指標(biāo)仍有待考證。因此，首先開展了微震波振幅及頻率的衰減特征分析。

文獻(xiàn)[14]分別提取并分析了lgE≈1、2、3、4的微震事件對(duì)應(yīng)微震波波形信息的時(shí)域及頻譜特征，通過(guò)繪制不同強(qiáng)度震源輻射波形的最大振幅及最大有效頻率隨距離的衰減曲線，給出了深埋隧洞微震波最大振幅和最大有效頻率的衰減特征，如圖2所示?？梢钥闯觯孩僬鹪磸?qiáng)度越大，即微震釋放能越大，微震波振幅越大且最大有效頻率越低，反之亦然；②震源強(qiáng)度越小，即微震釋放能越小，振幅及頻率的衰減越明顯，反之亦然；③振幅及最大有效頻率隨距離的增大均成負(fù)指數(shù)衰減，振幅衰減指數(shù)約為-2，而頻率的衰減程度遠(yuǎn)不如振幅，衰減并不明顯。

圖2 微震波衰減特征[14]Fig.2 Attenuation of microseismic wave

必須指出的是，上述微震波衰減特征適用于傳感器與微破裂源距離為70～200 m的情況，這與深埋隧洞微震監(jiān)測(cè)傳感器與微破裂源距離是一致的，并不表征微震波在0～70 m范圍內(nèi)的衰減特征，已往的研究表明，微震波振幅和高頻段在近場(chǎng)的衰減速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)場(chǎng)。

2.3 頻譜特征參數(shù)計(jì)算

上述微震波波形的衰減特征表明：對(duì)于同一微震源，與其不同距離的傳感器所記錄的微震波波形最大振幅可能相差甚遠(yuǎn)；換言之，對(duì)于不同的微震源，其觸發(fā)的傳感器記錄的微震波波形最大振幅相仿時(shí)，因微震源與傳感器距離的不同，其微震釋放能可能相差較大。而最大有效頻率這一參數(shù)則受傳感器與微震源距離的影響較小，即對(duì)于同一微震源，與其不同距離的傳感器所記錄的微震波波形最大有效頻率相差較小，而最大有效頻率相仿的波形對(duì)應(yīng)微震源的微震釋放能則大致相當(dāng)。如2010年6月9日16時(shí)25分57秒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄到的一微震事件。該事件的局部震級(jí)為-1.6，微震輻射能為509.339 8 J，共觸發(fā)了離掌子面由近及遠(yuǎn)的R7和R5二個(gè)監(jiān)測(cè)斷面共6個(gè)臺(tái)站的傳感器。其所在R7和R5斷面的波形最大振幅之比為4.79×10-4:1.24×10-4=3.86:1，而其對(duì)應(yīng)臺(tái)站與微震源距離的平方之比則為：(61)2:(119)2=1:3.81。這與上述波形振幅隨距離呈指數(shù)為-2的冪指數(shù)衰減特征一致。該事件對(duì)應(yīng)微震波波 形的最大有效頻率多為390～430 Hz。僅R5-R臺(tái)站對(duì)應(yīng)波形的最大有效頻率與其他偏差較大，約為282 Hz。這表明，最大有效頻率隨距離的衰減并不明顯，與上述微震波頻率衰減特征基本一致。

綜上所述，將振幅作為分析參數(shù)時(shí)，需考慮微震源與其對(duì)應(yīng)觸發(fā)傳感器的距離的影響。而最大有效頻率則為較為穩(wěn)定的波形特征分析參數(shù)。

基于上述微震波波形衰減特征的分析，仍采用最大有效頻率來(lái)描述頻譜的頻率特性；修正了最大有效振幅，以采用相對(duì)有效振幅Arel來(lái)表征頻譜的振幅特性。對(duì)于同一微震波，波形最大振幅以一定比例增大或縮小時(shí)，其頻譜最大有效振幅將以相同的比例增大或縮小。因此，參考振幅的衰減特征，相對(duì)有效振幅的計(jì)算方式為

式中：Arel為微震波頻譜的相對(duì)有效振幅（m/s）；Aeff為微震波的最大有效振幅（m/s）；R為觸發(fā)傳感器至微震源的距離（m）。

3 典型巖爆案例分析

所謂即時(shí)型巖爆，是指開挖卸荷效應(yīng)影響范圍內(nèi)，完整、堅(jiān)硬圍巖中發(fā)生的巖爆。在深埋隧洞內(nèi)，即時(shí)型巖爆發(fā)生在施工過(guò)程中的隧洞掌子面0～30 m范圍內(nèi)，多在開挖后幾小時(shí)或1～3 d內(nèi)發(fā)生[7]。

一方面，即時(shí)型巖爆發(fā)生于掌子面附近；另一方面，即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程中所記錄的微震事件通常分布于當(dāng)前掌子面后方30 m到前方10 m區(qū)域內(nèi)。因此，通常選取當(dāng)前掌子面后方30 m到前方10 m區(qū)域內(nèi)的微震信息用于開展即時(shí)型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警[6]。

以簡(jiǎn)化研究問(wèn)題以及減少微震信號(hào)衰減為原則，重點(diǎn)研究每日位于掌子面后面30 m到前方10 m區(qū)域內(nèi)且能量最大的巖石微破裂微震事件[16]。同時(shí)，為了避免因傳感器頻繁移動(dòng)造成的影響，某一巖爆孕育過(guò)程盡量選擇參與了其整個(gè)過(guò)程的同一傳感器的微震波信息開展分析。對(duì)其記錄的微震波時(shí)域波形進(jìn)行FFT變化，從而獲得其頻譜信息，繼而分析不同等級(jí)即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程中的頻譜演化規(guī)律。

3.1 TBM誘發(fā)即時(shí)型巖爆案例分析

2010年6月11日，3#TBM掌子面后方南側(cè)邊墻至拱肩發(fā)生了強(qiáng)烈?guī)r爆。2010年6月6日凌晨至該次巖爆發(fā)生期間，微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共記錄到了局部震級(jí)為[-2.5，1.2]的90個(gè)微震事件，基本上涵蓋了整個(gè)微震監(jiān)測(cè)期間記錄到的各種強(qiáng)度的巖石破裂微震源。圖3為此次即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆造成的宏觀破壞。

圖3 TBM6月11日即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆宏觀破壞特征(2010)Fig.3 Damage of an immediate intense rockburst occurred on 11 June 2010 induced by TBM excavation

該次即時(shí)型巖爆頻譜信息演化如表1所列。圖4則為5月28日到6月11日期間單日能量釋放最大的巖石破裂微震事件對(duì)應(yīng)頻譜特征圖。從表中可以看出，6月7日與8日所記錄的能量釋放最大的微震事件對(duì)應(yīng)微震輻射能分別為5.5×103J與8.9×104J，兩者相差近10倍。但因8日微震源距監(jiān)測(cè)臺(tái)站R6-C的距離約為7日的3.2倍，致使兩日微震事件對(duì)應(yīng)記錄波形的最大有效振幅基本相同。這與波形最大振幅與距離的平方成反比的振幅衰減吻合。同時(shí)，也說(shuō)明相對(duì)有效振幅較最大有效振幅能更好地體現(xiàn)震源的強(qiáng)度特征，可更好地表征微震事件的頻譜特征。

圖4 TBM開挖6月11日強(qiáng)烈?guī)r爆頻譜演化（2010）Fig.4 Evolution of spectrum during intense rockburst occurred on 11 June induced by TBM(2010)

表1 TBM開挖6月11日強(qiáng)烈?guī)r爆頻譜參數(shù)（2010）Table 1 Spectrum parameters during intense TBM-induced rockburst occurring in June 11，2010

圖5為TBM開挖誘發(fā)6月11日即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆的頻譜特征演化圖。從圖中可以看出：①整體而言，強(qiáng)烈?guī)r爆孕育過(guò)程中，最大有效頻率向低頻移動(dòng)，同時(shí)，相對(duì)有效振幅則逐漸增加，強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生時(shí)，相對(duì)有效振幅達(dá)到最大值，最大有效頻率則降至最低；②無(wú)巖爆發(fā)生時(shí)，每日能量釋放最大的微震事件對(duì)應(yīng)的相對(duì)有效振幅較小，量級(jí)約為10-6m/s，最大有效頻率則多大于300 Hz；③輕微巖爆時(shí)有發(fā)生或中等巖爆發(fā)生前，相對(duì)有效振幅的量級(jí)增長(zhǎng)至10-5m/s，最大有效頻率則多介于200～300 Hz；④強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生前，輕微巖爆頻發(fā)且伴隨少量的中等巖爆。此時(shí)，微震事件對(duì)應(yīng)相對(duì)有效振幅較大，量級(jí)保持在10-4m/s，最大有效頻率則均在200 Hz以下。

圖5 TBM開挖6月11日強(qiáng)烈?guī)r爆頻譜參數(shù)演化（2010）Fig.5 Evolution of spectrum parameters during intense TBM-induced rockburst occurring in June 11，2010

需要說(shuō)明的是，6月2日微震釋放能最大的微震事件對(duì)應(yīng)的波形頻譜出現(xiàn)了兩個(gè)尖點(diǎn)，分別是157.2 Hz和281 Hz，如圖4(b)所示，對(duì)應(yīng)的振幅相差僅3×10-6，是一個(gè)較為特殊的微震信號(hào)，但為保證研究的真實(shí)性，分析中仍將該事件的最大有效頻率記為了157.2 Hz，從而造成了圖5中6月2日最大有效頻率突降的現(xiàn)象。

同年7月21日3#引水隧洞TBM洞段發(fā)生了另一次即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆，該次巖爆孕育過(guò)程與6月11日相似，發(fā)生過(guò)程中伴有少量的輕微及中等巖爆。經(jīng)分析表明，該次巖爆與TBM誘發(fā)6月11日的即時(shí)型強(qiáng)烈?guī)r爆的頻譜演化特征基本一致。限于篇幅，不再展開敘述。

3.2 鉆爆法誘發(fā)即時(shí)型巖爆案例分析

2011年1月5日00:30左右，當(dāng)1#引水隧洞工作面開挖至樁號(hào)SK8+682時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)扒渣過(guò)程中于SK8+678南側(cè)邊墻至拱肩處發(fā)生了中等巖爆，巖爆發(fā)生時(shí)有較大聲響，最大坑深達(dá)0.9 m。隨后在1月11日15:30，當(dāng)開挖至SK8+711時(shí)，在掌子面隨機(jī)支護(hù)的過(guò)程中于SK8+709南側(cè)邊墻至拱肩發(fā)生了強(qiáng)烈?guī)r爆，巖爆發(fā)生時(shí)聲響巨大，坑深為0.8～1.6 m。該次巖爆造成了現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)設(shè)備的損壞，但所幸無(wú)人員損傷。上述兩次巖爆發(fā)生位置及時(shí)間均在開挖卸荷效應(yīng)范圍內(nèi)，均為典型的即時(shí)型巖爆。

微震系統(tǒng)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)并記錄了1月1日至11日期間TBM開挖誘發(fā)圍巖破裂的微震響應(yīng)信息，基本完整記錄到了上述巖爆的孕育及發(fā)生過(guò)程。依然采用上述TBM所用的分析方法，研究鉆爆法開挖誘發(fā)即時(shí)型中等及強(qiáng)烈?guī)r爆孕育過(guò)程的頻譜演化規(guī)律。

表2所列為上述即時(shí)型中等及強(qiáng)烈?guī)r爆過(guò)程的頻譜信息。圖6則為上述鉆爆法誘發(fā)即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程中每日能量釋放最大微震事件的頻譜圖。其中1月5日此次巖爆所在工作面監(jiān)測(cè)設(shè)備因供電故障未正常作業(yè)，但巖爆發(fā)生時(shí)間對(duì)應(yīng)的微震事件仍觸發(fā)了布置于其他隧洞工作面的遠(yuǎn)端傳感器，這表明整體協(xié)同、局部最優(yōu)的微震監(jiān)測(cè)方法[5]有效保障了微震活動(dòng)信息的獲取。但1月5日遠(yuǎn)端傳感器所記錄的最大有效振幅為2.7×10-6m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他幾日，通過(guò)修正后的相對(duì)有效振幅則為5.3×10-5m/s，顯然相對(duì)有效振幅比最大有效振幅能更好體現(xiàn)震源的強(qiáng)度特征，可更好地表征微震事件的頻譜特征。

表2 鉆爆法開挖1月11日強(qiáng)烈?guī)r爆頻譜參數(shù)（2011年）Table 2 Spectrum parameters during intense D&B-induced rockburst occurring in January 11，2011

圖6 鉆爆法開挖1月11日強(qiáng)烈?guī)r爆頻譜演化（2011）Fig.6 Evolution of spectrum during intense D&B-induced rockburst occurring in January 11，2011

圖7為此次即時(shí)型中等及強(qiáng)烈?guī)r爆孕育過(guò)程的頻譜演化特征。可以看出：①中等巖爆發(fā)生前，相對(duì)有效振幅的量級(jí)維持在10-5m/s，最大有效頻率則多介于200～300 Hz；②強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生前，微震事件對(duì)應(yīng)相對(duì)有效振幅的量級(jí)增長(zhǎng)并保持在10-4m/s，最大有效頻率則均在200 Hz以下；③對(duì)于一個(gè)完整的巖爆孕育過(guò)程，當(dāng)巖爆發(fā)生時(shí)，相對(duì)有效振幅增至最大，同時(shí)最大有效頻率降至最低。

圖7 鉆爆法開挖1月11日強(qiáng)烈?guī)r爆頻譜參數(shù)演化(2011)Fig.7 Evolution of spectrum parameters during intense D&B-induced rockburst occurring in January 11，2011

2011年1月25日至2月1日期間，相同洞段內(nèi)1#引水隧洞內(nèi)無(wú)巖爆發(fā)生，該期間每日最大釋放能量微震事件的頻譜演化特征如圖8所示。從圖中可以看出，無(wú)巖爆發(fā)生時(shí)，每日最大釋放能量微震事件頻譜對(duì)應(yīng)的相對(duì)有效振幅的量級(jí)為10-6m/s及以下；而最大有效頻率則均大于300 Hz，甚至部分達(dá)到了450 Hz以上。這表明，無(wú)巖爆發(fā)生時(shí)圍巖較為穩(wěn)定，僅有較小尺度的巖石破裂發(fā)生。

圖8 鉆爆法洞段無(wú)巖爆時(shí)的頻譜特征(2011)Fig.8 Spectrum feature without rockburst in D&B tunnel(2011)

鉆爆法其他洞段內(nèi)即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程的頻譜特征與上述案例基本一致，不再予以舉例說(shuō)明。

3.3 即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程的頻譜特征機(jī)制分析

巖爆的孕育過(guò)程實(shí)質(zhì)是巖石破裂的過(guò)程，巖爆發(fā)生前必然伴有一定尺度的微破裂發(fā)生。巖爆發(fā)生等級(jí)越大，其孕育過(guò)程中伴有的破裂尺度則越大，對(duì)應(yīng)頻譜低頻成分可能增多且振幅增大。這一結(jié)論已得到了證實(shí)[17－18]。無(wú)論對(duì)于TBM或鉆爆法洞段，其即時(shí)型巖爆孕育的表征形式可能不同，但破壞機(jī)制是相同的[6]。頻譜特征分析時(shí)僅采用每日能量釋放最大的微震事件，弱化了對(duì)表征形式的描述。因此，TBM與鉆爆法洞段內(nèi)巖爆孕育過(guò)程的頻譜特征基本一致。上述實(shí)際案例分析也體現(xiàn)了該點(diǎn)。微震信號(hào)的頻譜演化特征可作為預(yù)警巖爆發(fā)生時(shí)間及等級(jí)的依據(jù)。

4 結(jié)論與展望

（1）基于微震波波形衰減特征，修正了最大有效振幅，將相對(duì)有效振幅和最大有效頻率作為頻譜分析參數(shù)，實(shí)際案例分析也表明，相對(duì)有效振幅比最大有效振幅能更好體現(xiàn)震源的強(qiáng)度特征，可更好地表征微震事件的頻譜特征。

（2）即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程有如下頻譜特征：①無(wú)巖爆發(fā)生時(shí)，每日最大釋放能量微震事件頻譜對(duì)應(yīng)的相對(duì)有效振幅的量級(jí)為10-6m/s及以下，而最大有效頻率則多大于300 Hz；②中等巖爆發(fā)生前，相對(duì)有效振幅的量級(jí)維持在10-5m/s，最大有效頻率則介于200～300 Hz；③強(qiáng)烈?guī)r爆發(fā)生前，微震事件對(duì)應(yīng)相對(duì)有效振幅的量級(jí)增長(zhǎng)并保持在10-4m/s，最大有效頻率則基本在200 Hz以下；④對(duì)于一個(gè)完整的巖爆孕育過(guò)程，當(dāng)巖爆發(fā)生時(shí)，相對(duì)有效振幅增至最大，同時(shí)最大有效頻率降至最低。

（3）不同開挖方式下即時(shí)型巖爆孕育過(guò)程的頻譜特征基本一致，其原因在于不同開挖方式下即時(shí)型巖爆孕育機(jī)制基本相同，且頻譜特征分析時(shí)僅采用每日能量釋放最大的微震事件，弱化了對(duì)表征形式的描述。微震信號(hào)的頻譜演化特征可作為預(yù)警即時(shí)型巖爆發(fā)生時(shí)間及等級(jí)的依據(jù)。

必須指出的是，上述規(guī)律是總結(jié)基于錦屏二級(jí)水電站深埋引水隧洞和排水隧洞所即時(shí)型巖爆的微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所給出的。不同的工況、傳感器選擇、傳感器布置方法、其所監(jiān)測(cè)到的巖爆孕育監(jiān)測(cè)信息可能是不同的，這樣將導(dǎo)致不同等級(jí)巖爆孕育過(guò)程中微震波對(duì)應(yīng)的相對(duì)有效振幅的量級(jí)及最大有效頻率演化呈現(xiàn)出不同的特征?？山梃b本文的研究思路進(jìn)行對(duì)應(yīng)的總結(jié)，為預(yù)警巖爆發(fā)生時(shí)間及等級(jí)提供參考與可靠的依據(jù)。

[1]MENDECKI A J.Real-time quantitative seismology in mines[C]//YOUNG R P.Proceedings of the 3rd International Symposium on Rockbursts and Seismicity in Mines.Rotterdam:A.A.Balkema，1993:287－295.

[2]XIE H，PARISEAU W G.Fractal Character and Mechanism of Rock Bursts[J].International Journal of Rock MechanicsandMiningSciences&Geomechanics Abstracts，1993，30(4):343－350.

[3]URBANCIC T I，TRIFU C，LONG J M，et al.Space-time correlations of b-values with stress release[J].Pure and Applied Geophysics，1992，139(3):449－462.

[4]李元輝，劉建坡，趙興東，等.巖石破裂過(guò)程中的聲發(fā)射b 值及分形特征研究[J].巖土力學(xué)，2009，30(9):2559－2564.LI Yuan-hui，LIU Jian-po，ZHAO Xing-dong，et al.Study on b-value and fractal dimension of acoustic emission during rock failure process[J].Rock and Soil Mechanics，2009，30(9):2559－2564.

[5]TANG L Z，XIA K W.Seismological method for prediction of areal rockbursts in deep mine with seismic source mechanism and unstable failure theory[J].Journal of Central South University of Technology，2010，(17):947－953.

[6]馮夏庭，陳炳瑞，張傳慶，等.巖爆孕育過(guò)程的機(jī)制、預(yù)警與動(dòng)態(tài)調(diào)控[M].北京:科學(xué)出版社，2013.

[7]馮夏庭，陳炳瑞，明華軍，等.深埋隧洞巖爆孕育規(guī)律與機(jī)制:即時(shí)型巖爆[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31(3):433－444.FENG Xia-ting，CHEN Bing-rui，MING Hua-Jun，et al.Evolution law and mechanism of rockbursts in deep tunnels:immediate rockburst[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，31(3):432－443.

[8]陳炳瑞，馮夏庭，曾雄輝，等.深埋隧洞TBM掘進(jìn)微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與特征分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(2):275－283.CHEN Bing-rui，F(xiàn)ENG Xia-ting，ZENG Xiong-hui，et al.Real-time microseismic monitoring and its characteristic analysis during TBM tunneling in deep-buried tunnel[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30(2):275－283.

[9]陳炳瑞，馮夏庭，明華軍，等.深埋隧洞巖爆孕育規(guī)律與機(jī)制:時(shí)滯型巖爆[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31(3):561－569.CHEN Bing-rui，F(xiàn)ENG Xia-ting，MING Hua-Jun，et al.Evolution law and mechanism of rockbursts in deep tunnels:time delayed rockburst[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，31(3):561－569.

[10]于洋，馮夏庭，陳炳瑞，等.深埋隧洞不同開挖方式下即時(shí)型巖爆微震信息特征及能量分形研究[J].巖土力學(xué)，2013，34(9):2622－2628.YU Yang，F(xiàn)ENG Xia-ting，CHEN Bing-rui，et al.Analysis of energy fractal and microseismic information characteristics about immediate rockbursts in deep tunnels with different excavation methods[J].Rock and Soil Mechanics，2013，34(9):2622－2628.

[11]FRID V，VOZOFF K.Electromagnetic radiation induced by mining rock failure[J].International Journal of Coal and Geology，2005，64(1－2):57－65.

[12]陸菜平，竇林名，吳興榮，等.煤巖沖擊前兆微震頻譜演變規(guī)律的試驗(yàn)與實(shí)證研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(3):519－525.LU Cai-ping，DOU Lin-ming，WU Xing-rong，et al.Experimental and empirical research on frequencyspectrum evolvement rule of rockburst precursory microseismic signals of coal-rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(3):519－525.

[13]陸菜平，竇林名，郭曉強(qiáng)，等.頂板巖層破斷誘發(fā)礦震的頻譜特征[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(5):1017－1022.LU Cai-ping，DOU Lin-ming，GUO Xiao-qiang，et al.Frequency-spectrum characters of microseismic signals induced by roof stratum fracture[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29(5):1017－1022.

[14]XIAO Y X，F(xiàn)ENG X T，YU Y.Frequency fractal feature of microseismic events in the process of immediate rockburst in deep tunnel[C]//FENG XIATING.The 3rd ISRM Symposium on Rock Mechanics.London:Taylor&Francis Group，2013:777－780.

[15]肖亞勛，馮夏庭，陳炳瑞.深埋隧洞極強(qiáng)巖爆段隧道掘進(jìn)機(jī)半導(dǎo)洞掘進(jìn)巖爆風(fēng)險(xiǎn)研究[J].巖土力學(xué)，2011，32(10):3111－3119.XIAO Ya-xun，F(xiàn)ENG Xia-ting，CHEN Bing-rui，et al.Rockburst risk of tunnel boring machine part-pilot excavation in very strong rockburst section of deep hard tunnel[J].Rock and Soil Mechanics，2011，32(10):3111－3119.

[16]LU C P，DOU L M，WU X R，et al.Case study of blast-induced shock wave propagation in coal and rock[J].International Journal of Rock Mechanics &Mining Sciences，2010，47:1046－1054.

[17]許昭永，王彬，胡毅力，等.試論巖石破裂和破壞的差異對(duì)地震模擬及前兆研究的影響[J].地球物理學(xué)報(bào)，2009，52(3):712－719.XU ZHAO-Rong，WANG Bin，HU Yi-Li，et al.A discussion on the influence of the difference between the rock fracture and failure to the earthquake simulation and the precursor studies[J].Chinese Journal of Geophysics，2009，52(3):712－719.

[18]ZHANG L F，IMAN F，LIAO W L，et al.Source rupture process inversion of the 2013 Lushan earthquake，China[J].Geodesy and Geodynamics，2013，4(2):16－21.