摘要：微震监测技术通过实时捕捉采动应力引发的岩体微破裂信号，可实现对煤矿工作面顶板覆岩破坏范围的动态监测，从而超前识别水害风险，保障回采安全。其原理在于岩体应力达到临界值时产生弹性波，通过传感器拾取并定位分析，可反演岩层破裂趋势及潜在导水通道。本文以某矿13#煤层工作面为例，采用KJ1465微震监测系统，在顺槽及回撤通道布置传感器，对工作面采后顶板两带发育范围进行了监测。结论表明，微震监测可动态揭示采动过程中顶板岩层破坏高度、范围及演化规律，为煤矿水害防治提供科学依据。
关键词：顶板两带；微震监测；水害防治
一、引言
煤矿井下回采过程中，会受工作面顶底板承压含水层及其它水体的威胁，受采动影响，煤层顶底板覆岩会发生破裂并产生裂隙，从而形成导水通道给工作面安全生产带来水害风险。在覆岩破裂的过程中，会有应力失稳再平衡过程，从而产生大量微震事件。利用微震监测技术，根据微震密集区的时空演化，可监测回采过程中顶底板覆岩破坏区，从而实现对导水通道的探查，进行水害监测预警。该技术具有实时、连续、全空间动态监测、主动扰动探测特点。
二、微震监测原理
微震是与岩石的力学现象密切相关的，岩石在外界应力作用下产生形变，当能量积聚到某一临界值时，就伴随有弹性波或应力波在周围岩体快速释放和传播，该微震现象产生的微破裂信号通过精密仪器拾取放大和过滤，经过软件计算和分析最终确定微破裂岩体所发生的位置和微震事件的发震位置、时间信息，根据岩石破裂时的时空分布规律可以推断其宏观破裂的发展趋势，判断潜在的灾害活动规律，从而为灾害风险提供预警预报。
密集的微震活动条带或面状分布，可能指示着贯通性裂隙网络的发育，这些区域是潜在的导水通道。结合水文地质信息，可评估突水风险。
三、应用案例
1、项目概况
某矿某工作面开采13#煤层，工作面倾向长215.5m，煤层开采厚度4m，煤层倾角3°。井田地质构造以单斜为主，在南部、西南部只发育3个宽缓波状的褶曲，井田内井下采掘过程中共发现小型正断层25条，未发现岩浆岩侵入，矿井地质构造复杂程度属简单类型。13#煤层位于太原组二段底部，煤层底板主要含水层是太原组1段的L2灰岩、本溪组顶部的L1灰岩以及奥陶系灰岩组，该工作面奥灰水承压。
该矿为对回采过程工作面顶底板的覆岩破坏范围进行有效的实时监测，指导工作面安全生产，在13101工作面引入了微震监测系统。
2、监测概况
工作面微震监测长度50m，结合工作面实际监测长度，在辅运顺槽、胶运顺槽各布置4个传感器，拾震传感器间距为40m；另外在主回撤通道布设2个传感器，在辅回撤通道布设3个传感器，拾震传感器间距为80m，监测系统布置如下图：
3、系统简介及系统组成
KJ1465矿用微震监测系统一般可以采用集中式和分布式两种布置方案，分别用于单个采场和整个矿井区域的监测。KJ1465矿用微震监测系统的检波器选用高灵敏度、宽频带的震动传感器，可以监测包含低频、中频、高频的各种岩层震动等信息，再由具有多功能的微震事件后处理软件展示和解释后为工程技术人员提供信息。在信号传输方面，KJ1465矿用微震监测系统采用了先进的电缆+光纤传输技术，光纤传输距离：单模，1310nm，最大传输距离10km，满足大型矿井的信号传输要求，监测范围也大大增加。此外，井下震动信号实时传输到地面计算机(监控、处理)后，经过自动(手动)定位、平面、剖面展示，可以清楚的了解井下微震事件的位置、能量，提供科学可靠的有用信息。
系统分为井下部分和地面部分，其中，井下部分中包含KJ1465-F矿用本安型微震监测分站、KDW127/18B电源、传感器、光缆、电缆等；地面部分由授时服务器、地面用光端机、UPS电源、计算机(控制、处理)等组成。井下每个监测分站由16个通道组成，支持拓展，监测分站至检波器由矿用防爆通讯电缆连接，为保证系统的正常运行，由KDW127/18B电源能保证系统断电正常运行至少2小时，保证系统正常连续运行。地面部分主要有微震数据采集与硬件监控系统、微震数据处理与震害分析系统、UPS电源等。
4、监测成果
某矿某工作面微震监测于2025年8月29日开始监测，于2025年9月8日停止监测。共计监测11天，微震事件1094个。监测期间微震系统运行状况良好，信号连续，基本无长时间数据中断，事件日变化情况如图4所示。监测期间各层位占比如表图5所示，微震事件空间上集中发育在太原组二段顶板、太原组三段、太原组二段底板和太原组一段层段。
(1)微震事件空间分布特征
工作面在监测过程中空间分布形态比较分散，但整体来看，事件在平面上主要分布在工作面内部，工作面外部影响范围均约为工作面外100m以内。如下图所示。
(2)顶板“两带”发育高度分析
根据微震事件的发育情况及微震事件平面分布图，结合监测期间顶板微震事件发育高度统计(见下表2)，分析得出：
微震事件连续发育至35-40m(事件占比≥1%，累计占比≥90%)，根据裂隙带岩层发育特点：“裂隙产生—裂隙扩展—岩层断裂”的过程、微震事件分布不集中，自下而上逐渐减少，大致确定导水裂隙带高度为35-40m左右。 根据已知地质资料，13101工作面煤层厚度4m，顶板以砂岩、泥岩为主，因此13101工作面上覆岩层岩性综合评定为中硬岩层。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》以及13101工作面顶板岩性，导水裂隙带高度选用厚煤层分层开采覆岩岩性中硬计算公式计算，计算公式如下所示：
计算公式：

其中，M为采厚，m。
13101工作面采厚取4m，根据公式可计算导水裂隙带高度为34.4-45.6m。
根据理论公式计算结果，13101工作面导水裂隙带理论高度采用34.4m。监测成果与经验公式计算数据吻合度较高。
四、结论
通过对某矿13#煤层工作面回采期间实施微震监测，对顶板覆岩破坏范围及演化特征进行了动态分析与评估，微震监测技术作为一种主动、高效的岩体破裂动态感知手段，能够精准、实时地揭示煤矿采动过程中顶板覆岩破坏的高度、范围及其时空演化规律。本次应用实践不仅为该工作面安全生产与水害防治提供了直接的科学依据，也证实了该技术在实际工程中用于定量评估“两带”发育特征、识别潜在导水通道的可行性与有效性，对于推广矿山动力灾害的精细化、智能化监测预警具有重要的实践价值。