王璽 李施慶 李秋濤 程力 劉煥新

摘要：為全面了解不同震源機(jī)制下地震波傳播和分布規(guī)律及其對(duì)巷道圍巖的影響，基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究了不同震源參數(shù)下PGV的分布規(guī)律。研究結(jié)果表明，震源距離、矩震級(jí)及斷層滑移角都會(huì)對(duì)PGV的分布產(chǎn)生不同程度的影響。通過(guò)比較經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算PGV值與實(shí)測(cè)值間的擬合相關(guān)系數(shù)，判斷各預(yù)測(cè)方法適用性。研究發(fā)現(xiàn)Sadov預(yù)測(cè)公式對(duì)爆破事件的PGV預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)結(jié)果相關(guān)度更高。依據(jù)研究結(jié)果，計(jì)算了動(dòng)態(tài)震源機(jī)制下PGV空間分布，并依此給出了不同震源位置和震級(jí)條件下的圍巖支護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：金屬礦山;震源;震動(dòng)監(jiān)測(cè);PGV;預(yù)測(cè)公式;擬合相關(guān)系數(shù)

中圖分類號(hào)：TD853.34文章編號(hào)：1001-1277（2020）10-0029-08

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20201006

引 言

隨著地表淺部資源的開(kāi)采殆盡，金屬礦開(kāi)采開(kāi)始轉(zhuǎn)向深部。而由于地下金屬礦復(fù)雜的開(kāi)采技術(shù)條件及多變的礦巖受力狀態(tài)，其采場(chǎng)內(nèi)圍巖會(huì)產(chǎn)生不同程度的開(kāi)采擾動(dòng)，同時(shí)也導(dǎo)致地下金屬礦采場(chǎng)中存在多種高危的安全隱患[1]。在地下金屬礦開(kāi)采過(guò)程中，若對(duì)礦山井下強(qiáng)擾動(dòng)的影響范圍、具體位置、能量大小等缺乏準(zhǔn)確的了解和認(rèn)知，礦山工人與生產(chǎn)設(shè)備將持續(xù)處于極其危險(xiǎn)且頻率高發(fā)的災(zāi)害威脅中，并有可能引發(fā)重大的財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡，最終帶來(lái)難以估量的損失。

在礦山震動(dòng)的研究工作中，預(yù)測(cè)震動(dòng)強(qiáng)度對(duì)震動(dòng)安全的判據(jù)有著重要意義。震動(dòng)強(qiáng)度（I）的預(yù)測(cè)方法依據(jù)表征震動(dòng)強(qiáng)度物理量的不同而對(duì)應(yīng)不同的形式，通常各類預(yù)測(cè)方法都符合以下函數(shù)形式[2]：

I=f（m，n，k）（1）

式中：m為震源;n為傳播途徑;k為儀器特性。

通過(guò)公式（1）發(fā)現(xiàn)，影響震動(dòng)強(qiáng)度的因素多樣且復(fù)雜，在計(jì)算過(guò)程中需要對(duì)多因素的影響進(jìn)行綜合考量[3-4]。由于通過(guò)多變量確認(rèn)函數(shù)形式的難度很高，該過(guò)程一般會(huì)選擇某些獨(dú)立變量作為常數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)其他變量進(jìn)行研究，找到它們之間存在的函數(shù)關(guān)系。運(yùn)用公式（1）及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)所得的震動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)能夠?qū)|(zhì)點(diǎn)峰值震速、加速度、位移等參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，再由預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)震動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)判。實(shí)際工作中運(yùn)用最廣泛的是對(duì)PGV（Peak Ground Velocity，PGV）進(jìn)行預(yù)測(cè)。但是，在運(yùn)用PGV經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析時(shí)，計(jì)算得出的回歸系數(shù)離散性往往較大。所以經(jīng)驗(yàn)公式在實(shí)際運(yùn)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)較多問(wèn)題和局限性。為此，研究者結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)將公式進(jìn)行變形，得出了很多適用于各類情況的相關(guān)公式。例如：陳壽如等[5]在計(jì)算露天礦爆破產(chǎn)生的震動(dòng)模型時(shí)加入了高差這一變量，得到了新的變形公式;韓子榮[6]基于對(duì)主頻與結(jié)構(gòu)自震頻率影響的考慮得出了折合速度公式。在預(yù)測(cè)PGV時(shí)除運(yùn)用傳統(tǒng)線性回歸方法以外，近些年研究者研發(fā)出了不少新的預(yù)測(cè)方法，比較典型的有：王民壽等[7]通過(guò)對(duì)雙隨機(jī)變量進(jìn)行回歸分析來(lái)預(yù)測(cè)震速;徐全軍等[8-9]通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)震動(dòng)峰值進(jìn)行預(yù)測(cè);黃光球等[10]通過(guò)遺傳規(guī)劃法對(duì)震動(dòng)峰值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

綜合上述研究，針對(duì)震動(dòng)事件產(chǎn)生的應(yīng)力波，采礦中經(jīng)常使用PGV描述圍巖在應(yīng)力波作用下的能量平衡狀態(tài)（能量需求與能量吸收能力）和動(dòng)態(tài)變化，由此對(duì)圍巖的穩(wěn)定性和完整性作出評(píng)估[11]。因此，本次研究基于現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)礦震數(shù)據(jù)在震源參數(shù)影響下的分布特征進(jìn)行研究;并選取某礦震事件的震源參數(shù)，運(yùn)用國(guó)內(nèi)外已有的PGV計(jì)算公式進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算;通過(guò)研究計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值間的擬合相關(guān)系數(shù)，判斷不同的計(jì)算公式在該事件PGV預(yù)測(cè)的適用性;最后運(yùn)用優(yōu)選計(jì)算公式的預(yù)測(cè)結(jié)果給出巖體支護(hù)建議。

1 圍巖震動(dòng)測(cè)定與分析

1.1 震源參數(shù)與PGV測(cè)定

山東金洲礦業(yè)集團(tuán)有限公司金青頂?shù)V區(qū)（下稱“金青頂?shù)V區(qū)”）坐落在黃壘河南岸的金青頂上，位于山東省乳山市下初鎮(zhèn)。金青頂?shù)V區(qū)整體屬于硬巖礦山，最大開(kāi)采深度已超過(guò)1 000 m，大部分采場(chǎng)和巷道布置集中、開(kāi)挖空間較小，且眾多采場(chǎng)與井巷工程的開(kāi)挖空間結(jié)構(gòu)參數(shù)和圍巖性質(zhì)不盡相同，這些因素導(dǎo)致該礦區(qū)的震動(dòng)事件錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重影響礦區(qū)范圍內(nèi)礦震監(jiān)測(cè)和分析工作。

為解決該問(wèn)題，需要對(duì)PGV在各項(xiàng)震源參數(shù)下的分布情況進(jìn)行研究。利用局域微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）對(duì)該礦區(qū)-1 145 m中段E8、E9、E10及E11穿脈內(nèi)的活動(dòng)事件進(jìn)行了跟蹤記錄，記錄信息包括事件時(shí)間、矩震級(jí)、實(shí)測(cè)PGV、傳感器距震源距離及相對(duì)位置等參數(shù)。將記錄的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與震源特征參數(shù)繪制成圖，即可得到PGV與相關(guān)震源參數(shù)的關(guān)系圖。本文分別討論了震源距離、矩震級(jí)及斷層滑移角對(duì)PGV分布的影響情況。

1.2 震源參數(shù)對(duì)PGV分布影響

1）震源距離對(duì)PGV的影響。隨機(jī)抽取8次震級(jí)不一的事件，繪制不同矩震級(jí)（Mw）下震源距離（d）與PGV（v）的關(guān)系，見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出：隨著震源距離的增大，震動(dòng)的峰值速度都呈指數(shù)型下降趨勢(shì)，說(shuō)明傳播過(guò)程中，巖石介質(zhì)將對(duì)PGV產(chǎn)生明顯的削弱作用。此外，PGV的衰減程度與震源距離也有著密切的聯(lián)系，當(dāng)震源距離d<300 m時(shí)，事件8（Mw=0.542 397 9）PGV隨震源距離的衰減率為k1=4.776 784×10-6;當(dāng)300 m≤d≤500 m時(shí)，衰減率k2=2.772 07×10-7;當(dāng)d>500 m時(shí)，衰減率k3=5.883 29×10-8。由此可見(jiàn)，整體上PGV在傳播過(guò)程中的衰減作用受震源距離的影響，在距震源距離較小時(shí)，震源距離對(duì)PGV的衰減影響較大;隨著震源距離增大，PGV的衰減受震源距離的影響作用逐漸弱化。

2）矩震級(jí)對(duì)PGV的影響。矩震級(jí)是利用地震矩的大小確定震級(jí)，它由地震斷層的破裂面積、平均錯(cuò)動(dòng)量及巖石剪切模量的乘積來(lái)確定，是一個(gè)描述震動(dòng)發(fā)生時(shí)力學(xué)強(qiáng)度的物理量?；诒O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，取震源距離為100～200 m、200～300 m、300～400 m、400～500 m及500 m以上的5種情況下矩震級(jí)和PGV數(shù)值，分別繪制PGV（v）相對(duì)于矩震級(jí)（Mw）大小的散點(diǎn)分布圖，見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出：矩震級(jí)增大時(shí)，PGV值高的散點(diǎn)數(shù)量增多，整體上PGV呈現(xiàn)增大趨勢(shì);分析發(fā)現(xiàn)其原因可能是，隨著矩震級(jí)的增大，斷層的長(zhǎng)度等尺寸參數(shù)變大，使得PGV隨矩震級(jí)增大也顯著變大[12]。但是，由PGV-Mw變化趨勢(shì)公式（見(jiàn)表1）可知：在不同震源距離下，PGV隨矩震級(jí)增大的程度有所差異，在近震源情況下，PGV受矩震級(jí)影響較大，隨矩震級(jí)呈近指數(shù)趨勢(shì)增長(zhǎng);但當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)逐漸遠(yuǎn)離震源時(shí)，PGV受矩震級(jí)的影響減小，增大趨勢(shì)逐漸減弱。由此說(shuō)明，矩震級(jí)對(duì)PGV的分布有較大影響，且該作用效果隨震源距離的由近至遠(yuǎn)逐漸衰減。

3）斷層滑移角對(duì)PGV的影響。在金屬礦山中，斷層滑移角通常指礦體上下盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向（斷層滑移方向）與斷層的走向之間的夾角。為探究不

同斷層滑移角對(duì)PGV分布的影響，在監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)中取滑移角（αr）為0°、45°、90°、-45°和-90°的5次震動(dòng)事件，分別繪制PGV關(guān)于震源距離變化的曲線，見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出：不同斷層滑移角下隨著震源距離的增大，所監(jiān)測(cè)到的PGV值都在逐漸減小，整體上呈現(xiàn)出隨震源距離增大而衰減的趨勢(shì)，但在相同震源距離下，不同滑移角下的PGV值大小存在差異。

（1）整體上看，走滑斷層（αr=0°）下的PGV值最大，且分布較為規(guī)律，其次是正斷層（αr=45°）、垂直斷層（αr=±90°），而逆斷層（αr=-45°）下產(chǎn)生的PGV值最小。

（2）從曲線的走向和趨勢(shì)上看，αr=-45°、αr=90°和αr=-90°的3條曲線較為吻合，呈現(xiàn)的規(guī)律性相似，特別是當(dāng)d>600 m時(shí)，3條曲線幾乎重合，說(shuō)明逆斷層和垂直斷層PGV隨震源距離分布具有一定的相似性，且這種相似性隨與震源距離的增加而愈發(fā)明顯。

2 PGV預(yù)測(cè)方法

對(duì)于爆破作業(yè)引起的震動(dòng)事件，薩道夫斯基的經(jīng)驗(yàn)公式[13]，又稱“Sadov公式”，是目前最為公認(rèn)、應(yīng)用面最廣的經(jīng)驗(yàn)公式，其具體表達(dá)式如下：

vs=K（Q1/3R）α（2）

式中：vs為測(cè)點(diǎn)最大震動(dòng)速度（cm/s）;K為與地形、爆破方式等因素相關(guān)的系數(shù)，堅(jiān)硬巖石50～150，中等硬度巖石150～250，軟巖250～350;Q為裝藥量（kg）;R為測(cè)點(diǎn)距爆心的距離（m）;α為爆破地震波衰減指數(shù)。

董隴軍等[14]根據(jù)Sadov公式的原理，發(fā)現(xiàn)裝藥量對(duì)爆破威力的影響與地震動(dòng)峰值速度反映出的爆破荷載的能量幅值具有相同趨勢(shì)，基于上述理論，用震源PGV替代裝藥量Q作為計(jì)算參數(shù)，對(duì)Sadov公式進(jìn)行了變形，從而得到新的圍巖爆破震動(dòng)峰值速度計(jì)算公式：

vb=m1v1/30/lm2（3）

式中：vb為質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)峰值速度（m/s）;v0為震源震動(dòng)峰值速度（m/s）;l為測(cè)點(diǎn)距爆心的距離（m）;m1為受地形、爆破方式影響的相關(guān)系數(shù);m2為震動(dòng)波衰減系數(shù)。

對(duì)于非爆破事件引起的礦山震動(dòng)事件，目前已有的PGV計(jì)算通用方程式大多是基于McGarr等人先前的工作：

lg Rvmax=AM+1（4）

式（4）變形可得：

vmax=C10AM/R（5）

式中：vmax為質(zhì)點(diǎn)峰值速度（m/s）;M為地震時(shí)間的震級(jí);A和C為礦山特征參數(shù)。

1996年Kaiser對(duì)來(lái)自Brunswick礦山、El Teniente礦山和Creighton礦山的地震數(shù)據(jù)總體進(jìn)行了95 %置信區(qū)間下的回歸分析，綜合McGarr 1984年的研究結(jié)果，確定參數(shù)A=0.5和C=0.25。因此，有：

vmax=C10a（Mw+1.5）R≈1.4×10（Mw+1.5）R（6）

式中：a為與礦山相關(guān)的特征參數(shù)。

由上述內(nèi)容可知，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)PGV計(jì)算方法的研究已經(jīng)較為成熟。但是，對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式在不同震動(dòng)事件下適用性的討論研究尚少，工程和研究人員在選擇計(jì)算公式時(shí)缺少理論依據(jù)，所以需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)上述公式進(jìn)行計(jì)算討論，并將理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)值進(jìn)行擬合，根據(jù)擬合的相關(guān)系數(shù)來(lái)確定不同公式的適用范圍和精確度[15-16]。

為了獲得礦山特征參數(shù)，取Mw=0.053 067 5事件中的震源距離和實(shí)測(cè)PGV作為數(shù)據(jù)來(lái)源（見(jiàn)表2），對(duì)公式（5）進(jìn)行迭代擬合運(yùn)算，從而獲得適用于金青頂?shù)V區(qū)的特征參數(shù)：C=0.260 2和A=0.355 1。

此外，由于PGV和矩震級(jí)由震源能量釋放決定，同時(shí)能量與速度的平方呈正相關(guān)，所以可將公式（3）

中的震源v0替換為矩震級(jí)Mw，得到公式（3）的變形公式：

vb=m1M1/6w/Rym2（7）

式中：Ry為測(cè)點(diǎn)距震源的距離（m）。

同樣采用Mw=0.334 718 2事件中的數(shù)據(jù)對(duì)公式（7）進(jìn)行迭代擬合，求得m1、m2的取值為18和1.9。 公式（7）、公式（5）和公式（6）的實(shí)際監(jiān)測(cè)值、公式計(jì)算值與震源距離的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5（為表述方便，后文統(tǒng)稱公式（?。⒐剑áⅲ?、公式（ⅲ））。

對(duì)公式（ⅰ）、公式（ⅱ）、公式（ⅲ）的計(jì)算值與其對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)系數(shù)擬合計(jì)算，獲得3個(gè)公式的相關(guān)系數(shù)分別為r1=0.859、r2=0.798和r3=0.756。 結(jié)合實(shí)測(cè)值、計(jì)算值同震源距離的關(guān)系圖及二者間的擬合相關(guān)系數(shù)，對(duì)3種PGV計(jì)算公式的擬合情況和適用性進(jìn)行分析：

1）在3種公式的關(guān)系圖中，PGV隨震源距離的變化趨勢(shì)皆與擬合曲線相同，說(shuō)明3種公式中都體現(xiàn)了PGV隨震源距離的衰減規(guī)律。

2）通過(guò)比較實(shí)測(cè)值的擬合曲線與3條計(jì)算曲線可發(fā)現(xiàn)，3條曲線在與擬合曲線的吻合度上存在差異，公式（?。┯?jì)算曲線在d>500 m的區(qū)間內(nèi)與擬合曲線有較高的擬合度，公式（ⅱ）和公式（ⅲ）整體上與擬合曲線有較大差異，說(shuō)明3種PGV計(jì)算公式在當(dāng)前情況下適用性不一。

3）比較三者的相關(guān)系數(shù)：r1=0.859>r2=0.798>r3=0.756，發(fā)現(xiàn)公式（?。┑挠?jì)算曲線和擬合曲線的吻合程度較高[17]，證明公式（?。┑暮瘮?shù)曲線和PGV的實(shí)際分布規(guī)律高度相關(guān)，而公式（ⅱ）、公式（ⅲ）的擬合度較低，說(shuō)明對(duì)于金青頂?shù)V區(qū)的震動(dòng)事件Mw=0.053 067 5而言，公式（?。┑倪m用性優(yōu)于另2種公式。

4）3種計(jì)算公式對(duì)該事件PGV計(jì)算所得結(jié)果仍存在較大誤差。

針對(duì)3種公式在該事件中體現(xiàn)出的適用性差異，結(jié)合公式原理和震動(dòng)事件本身的特征對(duì)誤差進(jìn)行分析：

（1）基于對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析，了解到Mw=0.053 067 5 事件的震源以爆破作用為主導(dǎo)，而公式（?。┦怯蒘adov 公式推導(dǎo)變形產(chǎn)生，Sadov公式是以爆破信號(hào)為震源的PGV計(jì)算公式，其計(jì)算原理和有關(guān)參數(shù)是基于爆破震動(dòng)的形成機(jī)理和傳播規(guī)律，所以理論上其變形公式更適用于圍巖爆破震動(dòng)峰值速度的計(jì)算[18];而公式（ⅱ）、公式（ⅲ）是基于McGarr經(jīng)驗(yàn)公式的改進(jìn)，其本身的參數(shù)A、C僅與礦山特征相關(guān)，而與爆破震動(dòng)特征相關(guān)性較低，所以在計(jì)算非剪切作用為主導(dǎo)的震動(dòng)事件時(shí)體現(xiàn)出較低的適用性。

（2）公式（ⅲ）中的礦山特征參數(shù)A、C源自于Kaiser對(duì)Brunswick礦山、El Teniente礦山和Creighton礦山的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行95 %置信區(qū)間下回歸分析所得的結(jié)果，但理論上金屬礦山間一般都存在較大的差異性，因此公式（ⅲ）中的特征參數(shù)缺乏普適性。

（3）因?yàn)樯畈拷饘俚V在地質(zhì)條件、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)和作業(yè)情況等方面都極為復(fù)雜，所以通過(guò)迭代擬合計(jì)算和總結(jié)出的爆破相關(guān)系數(shù)m1、衰減系數(shù)m2及礦山特征參數(shù)C、A可能與礦山實(shí)際情況不符，從而導(dǎo)致公式（ⅰ）及公式（ⅱ）的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值間存在一定差異。

3 基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)結(jié)果的支護(hù)建議

根據(jù)金青頂?shù)V區(qū)的震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)不同的震源參數(shù)會(huì)對(duì)采場(chǎng)及巷道圍巖內(nèi)的PGV分布產(chǎn)生明顯的影響，且在同一震源條件下，PGV的分布在空間上表現(xiàn)出較強(qiáng)的不均勻性。因此，若在支護(hù)工作中不考慮震源參數(shù)對(duì)PGV分布規(guī)律的影響，則易導(dǎo)致出現(xiàn)支護(hù)手段與圍巖穩(wěn)定狀態(tài)不匹配的現(xiàn)象[19-20]。根據(jù)Ju Ma等[12]提出的在考慮震源機(jī)制下的圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)建議，應(yīng)基于該地區(qū)震動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)記錄，對(duì)地震事件進(jìn)行震源機(jī)制的反演分析，獲得斷層面解和矩震級(jí)的分布規(guī)律，根據(jù)所獲取的斷層面解和矩震級(jí)分布，合成該地區(qū)在可能的震源模型下及可能的最大矩震級(jí)風(fēng)險(xiǎn)下的PGV分布圖，結(jié)合基于動(dòng)態(tài)荷載和巖體質(zhì)量等級(jí)的支護(hù)建議（見(jiàn)表3），采取適宜的支護(hù)手段。

由于公式（ⅰ）在該礦區(qū)條件下的適用性優(yōu)于另外2種，所以選用Sadov公式的變形公式對(duì)矩震級(jí)Mw=1.65和Mw=0.99的2次震動(dòng)事件中監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行2種震源假設(shè)位置下的PGV分布預(yù)測(cè)分析。

3.1 震源位于采場(chǎng)M8-3～M8-5區(qū)域

震源位于采場(chǎng)M8-3～M8-5區(qū)域內(nèi)時(shí)所獲得的E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)結(jié)果分布情況見(jiàn)圖6。

1）由圖6-a）中的預(yù)測(cè)結(jié)果可知：在Mw=1.65震源條件下，E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)最大值分別為0.004 46 m/s、0.004 22 m/s、0.002 89 m/s和0.002 47 m/s，根據(jù)表3對(duì)各穿脈內(nèi)的支護(hù)作業(yè)給出如下建議：

（1）E8、E9穿脈內(nèi)預(yù)測(cè)結(jié)果較大，建議對(duì)2條穿脈靠近采場(chǎng)位置的圍巖進(jìn)行噴射混凝土+普通錨桿支護(hù)，對(duì)存在節(jié)理裂隙的區(qū)域可利用錨網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充。

（2）E10、E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)值偏低，故整體上采用噴射混凝土作為支護(hù)手段。但是，E10、E11穿脈與采場(chǎng)的交叉區(qū)域內(nèi)巖石暴露面積較大，應(yīng)對(duì)該區(qū)域的圍巖進(jìn)行噴射混凝土+吸能螺栓+錨網(wǎng)的預(yù)支護(hù)。

2）由圖6-b）中的預(yù)測(cè)結(jié)果可知：在Mw=0.99震源條件下，E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)最大值分別為0.001 48 m/s、0.000 96 m/s、0.000 44 m/s 和0.000 19 m/s。通過(guò)與圖6-a）所示結(jié)果比較可知：

（1）Mw=0.99震源條件下PGV隨震源距離的變化趨勢(shì)與Mw=1.65大致相同，但臨近穿脈或采場(chǎng)間的PGV分布差異性較小，整體上PGV分布會(huì)更加均勻。

（2）根據(jù)上述現(xiàn)象，可將噴射混凝土作為各穿脈的通用支護(hù)手段，同時(shí)針對(duì)作業(yè)點(diǎn)附近的圍巖或存在局部破碎的圍巖，可考慮在噴射混凝土的基礎(chǔ)上安裝普通錨桿作為補(bǔ)充支護(hù)。

3.2 震源位于E10-1鉆孔硐室內(nèi)

震源位于E10-1鉆孔硐室內(nèi)時(shí)所獲得的E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)結(jié)果分布情況見(jiàn)圖7。

1）由圖7-a）中的預(yù)測(cè)結(jié)果可知：在該震源條件下，E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)最大值分別為0.001 84 m/s、0.002 71 m/s、0.004 49 m/s和0.003 22 m/s，根據(jù)表3對(duì)各穿脈內(nèi)的支護(hù)作業(yè)給出如下建議：

（1）E10穿脈內(nèi)預(yù)測(cè)結(jié)果最大，且由于穿脈與采場(chǎng)及鉆孔硐室相接，圍巖的暴露面積大。故建議對(duì)E10穿脈靠近采場(chǎng)位置的圍巖進(jìn)行噴射混凝土+普通錨桿+錨網(wǎng)支護(hù)，對(duì)靠近主巷道的圍巖進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)。

（2）E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)值偏低，建議對(duì)E11穿脈采用噴射混凝土的方式作為支護(hù)手段。由圖7可知，E11、E10穿脈間采場(chǎng)內(nèi)的預(yù)測(cè)值偏大，且該采場(chǎng)內(nèi)頂板圍巖破碎并已設(shè)置木樁支護(hù)，所以建議在木樁支護(hù)的基礎(chǔ)上添加噴射混凝土+普通錨桿作為補(bǔ)充支護(hù)。

（3）E8、E9穿脈內(nèi)PGV預(yù)測(cè)值普遍低于0.002 5 m/s，故對(duì)E8、E9穿脈圍巖采取噴射混凝土支護(hù)即可。

2）由圖7-b）中的預(yù)測(cè)結(jié)果可知：在Mw=0.99震源條件下，E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)圍巖PGV預(yù)測(cè)最大值分別為0.000 12 m/s、0.000 67 m/s、0.001 50 m/s 和0.001 48 m/s，根據(jù)表3對(duì)各穿脈內(nèi)的支護(hù)作業(yè)給出如下建議：

（1）圖7-b）中各穿脈內(nèi)PGV值都較小，說(shuō)明該情況下震動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響較弱，且各穿脈間PGV分布的差異性較低，所以建議對(duì)E8、E9、E10和E11穿脈內(nèi)的圍巖采用噴射混凝土支護(hù)。

（2）由于E10穿脈與采場(chǎng)及鉆孔硐室相接，其圍巖的暴露面積大。故建議對(duì)E10穿脈靠近采場(chǎng)位置的圍巖進(jìn)行噴射混凝土+普通錨桿支護(hù)。

4 結(jié) 論

本文在研究國(guó)內(nèi)外震動(dòng)機(jī)理和相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和擬合相關(guān)系數(shù)計(jì)算等手段對(duì)不同震源參數(shù)下PGV分布規(guī)律和預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了深入研究和分析，得出以下結(jié)論：

1）震源距離對(duì)PGV分布產(chǎn)生明顯作用;且PGV隨震源距離的衰減程度與震源距離之間存在密切的聯(lián)系，當(dāng)距震源較遠(yuǎn)時(shí)，震源距離對(duì)PGV的衰減作用逐漸弱化。

2）相同震源距離下的PGV會(huì)隨矩震級(jí)增大顯著變大，且這種影響會(huì)根據(jù)距震源遠(yuǎn)近逐漸衰減。

3）不同的斷層滑移角下的PGV大小和分布情況存在較大差異，一般情況下走滑斷層（αr=0°）>正斷層（αr=45°）>垂直斷層（αr=±90°）≈逆斷層（αr=-45°）。

4）Sadov公式的變形公式在爆破條件下PGV計(jì)算中體現(xiàn)出良好的適用性，同時(shí)也說(shuō)明運(yùn)用與震動(dòng)事件的類型和機(jī)理相符的公式，所得結(jié)果更能反映PGV的實(shí)際分布規(guī)律。

5）通過(guò)迭代擬合獲得的McGarr經(jīng)驗(yàn)公式中的特征值A(chǔ)、C不能完全適合該礦區(qū)，且Kaiser回歸分析獲得的特征值在特定礦山下缺乏適用性，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值間的相關(guān)性較低。

6）在制定采場(chǎng)或巷道的支護(hù)方式時(shí)，應(yīng)結(jié)合不同震動(dòng)事件下，支護(hù)區(qū)域及周邊圍巖的PGV分布情況，根據(jù)不同震源機(jī)制下的圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)建議選擇更加合理和時(shí)效化的支護(hù)方式。

[參 考 文 獻(xiàn)]

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Study on the distribution and prediction of PGV in surrounding

rock under different seismic source parameters

Wang Xi1，Li Shiqing2，Li Qiutao2，Cheng Li1，Liu Huanxin1

（1.Deep Mining Laboratory Subsidiary of Shandong Gold Mining Technology Co.，Ltd.;

2.Shandong Jinzhou Mining Group Co.，Ltd.）

Abstract：In order to totally understand the law of seismic wave propagation and distribution in the surrounding rock under different seismic source mechanisms，the paper studies the distribution of PGV under different seismic source parameters based on field monitoring data.The results show that the distance between stations and the source，moment magnitude scale，and the rake of fault slip have different effects on the distribution of PGV.The applicability of each prediction methods is analyzed by comparing the fitting correlation coefficient between PGV calculated from empirical formulas and others from field monitoring.The study finds that the predicted value of PGV calculated from the Sadovs prediction formula has a higher correlation to the measured result with blasting vibration event.Based on the above research results，the spatial distribution of PGV under dynamic seismic mechanisms is calculated before suggestions on the surrounding rock support under different conditions of the seismic source location and magnitude are given.

Keywords：metal mine;seismic source;vibration monitoring;PGV;prediction formula;fitting correlation coefficient