矿井水文地质条件有哪些
① 矿井水文地质
（一）含水层
1.第四系砂、砾石孔隙含水层
本区第四系发育厚度为0～45.26m。上部为黄土或砂质粘土，厚0～45.26m，平均18.37m，对大气降水对下部各含水层的淋漓、渗漏补给起阻隔作用。下部为砂砾石（或卵石）厚0～39.8m，平均7.65m，全区发育，其厚度变化主要受古地形地貌及现代流水堆积作用控制，基本规律为矿区北部较南部发育，东部较西部发育。该含水层主要由流砂、砂（卵）石组成，呈未胶结或半固结，导（富）水性较好，富含孔隙潜水。q=0.0074L/（s·m），k=0.0406m/d。水位标高225.15m，其水位水量变化动态不稳。与二1煤层间无稳定水力联系，对二1煤层的开采影响不大，但在隐伏露头地段，当开采煤层后形成的冒落破碎裂隙带与该含水层沟通时，则构成直接充水水源。
2.二1煤层顶板砂岩裂隙含水层
二1煤层以上60m范围内，为煤层采动后的冒落破裂影响带，在该影响带内发育的中粗粒砂岩含水层的承压水，将首先充入矿坑，是二1煤层顶板的直接充水含水层。据统计，该范围内发育的中—粗粒砂岩3～5层，主要为大占砂岩和香炭砂岩，厚0～32.87m，平均15.75m，该砂层组多为硅质胶结，致密坚硬，裂隙较发育，但多被方解石脉所充填，多以顶板淋水形式向矿坑充水。
3.太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层
主要由太原组上段灰岩组成，其中L7和L8灰岩较发育，层位较稳定，厚2～13.9m，平均6.32m。灰岩致密坚硬，岩溶不发育，裂隙较发育，但多被方解石脉所充填。q=0.0024～0.038L/（s·m），k=0.015～3.72m/d，水质类型为HCO3-K·Na型。该含水层厚度小，出露及补给条件差，岩石空隙不发育，导、富水性差，且及不均一，但在断层构造作用下，使其与下部强含水层产生水力联系时，富水性则会相应增强，为二1煤层底板直接充水含水层。
4.太原组下段灰岩含水层
即指太原组下段L1-4灰岩，一般L1-3灰岩较发育，层位较稳定，厚4.75～23.79m，平均厚度10.08m。L2-4灰岩局部可相变为砂岩或与L1合并为一层，致密坚硬，岩溶裂隙也不甚发育，且多被方解石脉或黄铁矿细脉所充填，导、富水性较差。L1-4灰岩为一1煤层顶板直接充水含水层。
5.中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层
该层厚度为2.05～73.5m，单位涌水量q=0.0141～18.79L/（s·m），渗透系数k=0.0285～119.27m/d。该含水层水水质类型为HCO3-Na·Ga或HCO3-Ga·Mg型，pH值为7.4～7.7，矿化度为0.574g/L。目前水位标高为171m左右（观1孔资料），岩溶裂隙发育，补给条件好，富水性强，但极不均一，为本区重要含水层，是一1煤层底板直接充水含水层。
主采煤层和含水层关系详见图4-2。
（二）隔水层
1.石盒子组砂泥岩隔水层
自基岩风化面下至二1煤层顶板60m之间，厚100～300m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩等碎屑岩组成，以泥岩、砂质泥岩为主，间夹数层中厚层状粗粒砂岩含水层，富存有一定的水量。但各含水层挟持于厚层泥质岩之间，且距开采煤层较远，又因含水层砂岩胶结致密坚硬，在该段中起到骨架作用，相对增强了泥质岩层的抗压强度，故该岩层段裂隙不发育，透水性差，再加上其在地表呈零星出露，补给条件不佳，岩段厚度大，抗压强度较高，故能对上部第四系砂砾石潜水含水层和下部二1煤层顶板砂岩承压含水层之间的水力联系起到一定的阻隔作用。但在煤层露头区或煤层开采引起导水裂隙高度较大时，可能会失去阻水能力，使得地表水和第四系砂砾石潜水充入矿井。
图4-2 主采煤层与主要含水层示意图
2.二1煤层底板砂泥岩隔水层
系指二1煤层底板至L8灰岩顶界之间的砂泥质岩段。据统计，厚度5.25～48.93m，平均为12.41m。岩层以泥岩、砂质泥岩、粉细粒砂岩为主，底部夹一灰岩薄层（或灰岩透镜体），分布连续、稳定，其裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好。由于该隔水层的存在，有效地防范了二1煤层在回采过程中太原组L7-8灰岩水直接涌入矿井。在局部地区由于断裂构造和采动影响，其隔水性能相对降低。
3.太原组中段砂泥岩隔水层
太原组中段即自L7灰岩底至L4灰岩顶之岩段，平均厚46.95m，岩性以泥岩、砂质泥岩、细中粒砂岩为主。间夹灰岩层（L5），岩石裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好，有效地切断了太原组下部薄层灰岩与上部L7-8灰岩之间的水力联系，使二1煤层底板的多个薄层灰岩复合式含水层之间的整体性和连续性大大减弱。同时，该隔水层的存在也有效地阻隔了奥陶系灰岩含水层与太原组薄层灰岩含水层之间的水力联系。
4.本溪组铝土岩、泥岩隔水层
由本溪组铝土岩、铝土质泥岩组成，厚度为0.58～16.65m，平均9.36m，其岩性致密，强度中等，透水性差，具有良好的隔水性能，该隔水层的存在有效地阻隔了奥陶系灰岩水与太原组薄层灰岩含水层之间的水力联系。但在断裂破碎带和沉积薄弱地段或受到采动破坏影响，该隔水层将失去或降低其隔水性能。
（三）地下水动态特征
1.矿井涌水量逐年增加
大平煤矿1986年投产初期，年平均涌水量为134.44m3/h。1987年至1988年4月份，水量急剧增大至561.7m3/h，除因开采面积相应增加外，推断有第四系潜水和老窑水成分。之后，涌水量恢复至150m3/h，并随着回采面积的扩展，涌水量逐渐增加至2004年的424.6m3/h。大平矿历年矿井涌水量曲线见图4-3。
图4-3 大平煤矿历年矿井涌水量曲线图
2.涌水量与大气降水的关系
大平矿矿井涌水量与大气降水密切相关，据多年统计资料，每年最大降水月份为7～8月，而矿井涌水量最大月份为每年的10月份，与最大降水月相比，相应延迟约2～3个月，最小涌水量为来年的7月份，表现出集中补给逐渐消耗的补给排泄特征，大平矿月平均涌水量与降雨量关系曲线见图4-4。
3.奥陶系灰岩水位变化趋势
通过对1987～1992年13-补27孔奥陶系灰岩水位和1997年5月～2005年5月对观1孔中奥陶统灰岩水位观测，大平矿奥陶系灰岩水位呈逐年下降趋势，降幅每年近1.5m（图4-5，图4-6）。中奥陶统灰岩水位由建井初期至今已经由199.88m下降至171.29m，表明该矿区地下水降落漏斗在逐渐扩展和形成过程中。
（四）地下水补给径流排泄
区域地下水运移规律是由西北向东南流动，荥密背斜南翼及矿区西部山区是寒武系—奥陶系及石炭系含水层出露地区，为地下水之补给区，大气降水渗入形成地下水后向东南方向运移，一部分由超化泉群及灰徐沟泉群泄出，其余均运移到新郑矿区的八千背斜轴部地带由寒武系—奥陶系含水层隐伏露头区排出泄入第三、四系冲积层中。
图4-4 大平矿月平均涌水量与降水量关系曲线图
图4-5 13-补27孔奥陶系灰岩水位变化曲线图
图4-6 观1孔奥陶系灰岩水位变化曲线图
大平井田位于新密煤田西南，井田南、北、西三面环山，组成一个向东开阔的箕形汇水盆地，周边为寒武系—奥陶系灰岩或二叠系碎屑岩组成的低山丘陵区。煤矿床隐伏于第四系冲、洪积扇堆积物之下，矿区地势西高东低。大平井田构造特征为一轴向近东西的向斜构造。矿区大致以大冶向斜为对称轴由南北中马家沟组、本溪组、太原组逐次出露，成为地下水的主要补给区，大气降水是其主要补给来源。但由于矿区内沟谷发育，地表高差大，植被稀少，排泄条件好，故不利于地下水入渗补给。二1煤层顶板含水层与上部冲、洪积层之间有水力联系，富水性较强。
井田内奥陶系灰岩水流向基本以地层倾向相同，由井田南、北、西三面向中心汇集，并由井田西南部流出井田。二1煤层顶板砂岩水及太原组灰岩岩溶裂隙地下水，主要以井下排水的形式进行人工排泄。
② 矿井水文地质类型划分为几种
中等煤矿水文地质类型划分4类：
一、水文地质简单（1、露头区被粘土类土回层覆盖；2、被答断层切割封闭；3、地表泄水条件良好；
4、属于深部井田；5、在当地侵蚀基准面以上开采；6、属高原山地背斜正地形，煤层底部灰岩无出露；7、煤层距顶底板上下富含水层距离很大）
二、水文地质中等（受采掘破坏或影响的孔隙裂隙，溶隙含水层补给条件一般，有一定的补给水源）
三、水文地质复杂（1受采掘破坏或影响的主要是灰岩溶隙-溶洞含水层，厚层砂砾石含水层(煤层直接顶底板为含水砂层)，其补给条件好，补给水源充沛。2未开展水文地质普查，存在老窑积水，资料不齐的整合和技改矿井。）
四、水文地质极复杂（受采掘破坏或影响的为岩溶含水层，其补给条件很好，补给水源极其充沛；1、矿井经常的直接或间接受煤层顶底部灰岩溶洞-溶隙高压富水含水层突水的威胁；2、灰岩露头分布范围广，河溪发育，山塘水库多；3、在高原山地向斜正地形矿区灰岩岩溶特别发育常形成暗河系统或汇水封闭洼地）
③ 矿井存在的主要问题及其水文地质条件综合评价
白坪矿区主要有以下水文地质问题：
（1）滑动构造和地表水联合作用不明
位于98～109勘探线之间，箕F27为主滑面，滑体中发育新F13、新F11、新F10等多条滑面，箕F27有40孔控制，断层内带不发育，均不漏水，10106孔水被抽干，说明断层导水性差。在断层影响带有3孔漏水，占揭露钻孔的7.7%，漏失量1.20～2.40m3/h。新F13和新F11断层交会处有2孔涌（漏）水，漏失量1.63～3m3/h（其中副9902孔由于平顶山砂岩出露地形高，地下水补给新F13，断层带涌水，水量0.45L/S）。重力滑动构造影响带较发育，局部具有导水性。箕F27主滑面下距二1煤层顶界铅垂距离20（10210）～60m范围的面积约1km2，在第一水平近0.50km2。受其影响二1煤顶板砂岩一般裂隙较发育，富水性相对较好，工程地质条件变差。
（2）断层交会部位、断层错动部位（对口部位）的富水和充水规律不清
箕F7为初期采区主要断层，箕F4为井田南部边界断层。箕F7断层位于新峰背斜轴附近，具有一定的导水性，如副10309孔恢复曲线后期斜率变小。断层南盘上寒武统岩溶发育，在断层对口部位与太原组上段灰岩含水层接触，构成第一水平浅部的补给边界。箕F4断层内带导水性差（9孔揭露均不漏水），南盘二叠系泥、砂岩与井田太原组上段灰岩接触，形成南部的阻水边界。箕F7与箕F4断层之间的影响带（箕F59断层也分布于该地段）岩溶裂隙较发育（如副10309孔长山组地层孔深214.22～248.49m，见岩溶发育带，单位涌水量达1.863L/s·m），并与西部的岩溶发育地段（据电法资料东白坪至南地之间垂深100～250m推断为上寒武统岩溶发育带）构成近东西向较强的地下水径流带。其上的太原组灰岩含水层有脱水现象。
（3）断层和老窑水的影响范围需进一步圈定
井田采煤历史悠久，煤层浅部老窑遍布，给水普遍，浅部采煤易发生老窑突水，老窑水一般为储存量，突水来势猛、衰减快、易疏干。
（4）底板岩溶水的富水规律需要进一步查清
岩溶地下水在断层带可直接充水或突水，是矿井突水的主要水源。其次，第四系含水层在白江河谷分布地段，对岩溶含水层和山西组砂岩含水层有补给关系，为矿井充水间接补给水源之一。但是，第四系含水层面积小补给量不大。
（5）顶板砂岩水需进一步治理。
顶板砂岩含水层在开采初期一般以渗水形式充水，回采后形成冒落带和导水裂隙带，则以裂隙渗水和局部淋水的方式向矿井充水，但水量不大。回采时导水裂隙带形成后涌水量最大，但含水层富水性弱，水量小易被疏干。开采初期矿井涌水量一般与巷道掘进长度和开采面积成正比关系，由于含水层补给条件的局限，矿井涌水量随开采时间的延长呈逐渐减小的变化规律。
总之，大的滑动构造、券门水库水体下开采、高水压的底板岩溶含水层、断层较为复杂等特点决定了白坪煤田的水文地质条件属于较复杂类型。
④ 发耳煤矿水文地质条件属于什么类型
中等抄煤矿水文地质类型划分4类：
一、水文地质简单（1、露头区被粘土类土层覆盖；2、被断层切割封闭；3、地表泄水条件良好；
4、属于深部井田；5、在当地侵蚀基准面以上开采；6、属高原山地背斜正地形，煤层底部灰岩无出露；7、煤层距顶底板上下富含水层距离很大）
二、水文地质中等（受采掘破坏或影响的孔隙裂隙，溶隙含水层补给条件一般，有一定的补给水源）
三、水文地质复杂（1受采掘破坏或影响的主要是灰岩溶隙-溶洞含水层，厚层砂砾石含水层(煤层直接顶底板为含水砂层)，其补给条件好，补给水源充沛。2未开展水文地质普查，存在老窑积水，资料不齐的整合和技改矿井。）
四、水文地质极复杂（受采掘破坏或影响的为岩溶含水层，其补给条件很好，补给水源极其充沛；1、矿井经常的直接或间接受煤层顶底部灰岩溶洞-溶隙高压富水含水层突水的威胁；2、灰岩露头分布范围广，河溪发育，山塘水库多；3、在高原山地向斜正地形矿区灰岩岩溶特别发育常形成暗河系统或汇水封闭洼地）
⑤ 矿井水文地质类型划分的种类及依据有哪些
分为简单、中等来、复杂、极复源杂四种。
矿井水文地质类型根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情况和防治水难易程度区分的类型，分为简单、中等、复杂、极复杂四种。
主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。
(5)矿井水文地质条件有哪些扩展阅读：
矿井水文地质的相关研究：
1、阐述地下水起源与形成的基本知识（包括地下水的赋存条件），并探讨大气水、地表水、土壤水与地下水相互转化、交替的基本规律。
2、主要研究地下水流的基本微分方程，包括地下水向井、渠的流动，以揭示地下水位和水量的时空变化规律。同时探讨包气带水与地下水溶质运移的基本方程。
3、讨论在不同的天然因素和人为因素影响下的地下水动态变化规律，以及不同条件下的地下水水均衡方程。
⑥ 生产矿井的水文地质特征
1.突水概况
该矿井由于断裂密度较大，水压较高，各含水层水力联系密切，所以井巷突水较为频繁。自建井以来，全矿井共发生0.5m3/min 以上的突水52次，其中0.5～1m3/min，8次；1～10m3/min，29次；10～30m3/min，10次；30～100m3/min，2次；100m3/min以上，3次。最大一次突水为1985年5月17日二1车场突水，水量320m3/min，矿井Qmax＝360m3/min。突水主要与断裂有关，其中，顶板突水20次，多与开采后的导水裂隙有关，底板突水32次（断层突水17次，底鼓7次，岩巷8次）。从采掘类型区分：巷道突水34次，占总数的65.4%，工作面突水18次，占总数的34.6%。总的情况是：浅部来水较大，矿井外围来水较小；主要水源来自深部的L2、O2灰岩水，特别是O2灰岩水。
2.大型突水点详述
（1）1961年101工作面突水
突水点距二1煤底板19m，L8灰岩静水位+96m。突水前已回采8113m2，无渗水痕迹，后发现底板压力突然增大，随即发生底板突水，出水点3个，水量1.5m3/min，以后又增为5个（有1个出水水洞直径20cm）。至1961年10月31日，在29小时内增为15m3/min，又经过12小时开始减少为12.5m3/min，尔后趋于稳定。到枯水期为9m3/min，年变幅3.5m3/min。突水原因是工作面位于F19尖灭处，在矿压和水压的共同作用下，L8灰岩水沿岩溶裂隙上升突水，其补给源实为冲积层水。
由于该突水水量大，加之排水系统尚未完善，而重新转入基建，又扩建一个临时泵房排水。
（2）12121工作面突水
1964年9月30日，突水前工作面采长31m，倾斜宽85m，回采2635m2后，工作面来压增大，发生底鼓，折梁断柱，煤帮坍塌。共打13个木垛无法顶住。首先在工作面中部底鼓，然后向四周伸展，至回风巷槽尾处，发生特大突水，Q＝89m3/min，突水点1个，标高-54m，水压15.6kg/cm2。突水原因是突水点处隔水岩体受到矿压和底板水压的共同作用，产生零位破坏和原位张裂，造成底板L8灰岩突水，同时接受冲积层水和L2灰岩水的补给。此次突水，因一水平4座水闸门及时关闭，保住矿未被淹没，井底增加了排水能力后，打开了水闸门，又迅速恢复了生产。
（3）西大巷突水
1966年12月10日，巷道下帮遇一小断层，已掘巷道窝头，有一小面积鼓起，顶板掉渣。打钻放水效果不好。12月18日挖底砌固时，突然底鼓，峰值1.3～1.4m，L8灰岩水涌出，Q＝1.2m3/min，最高达52.4m3/min，突水点标高-69.6m。突水原因，开拓底板巷道，隔水层极薄，距L8灰岩仅2 m。又遇一小断层，发生底鼓突水。由于突水量巨大，造成大巷运输困难而停产，1968年又增设了西二泵房。
（4）1441回风巷突水
开始煤层发潮，巷道掘过，顶板出现淋水、滴水现象。1977年8月19日下午四点多，矿压变大，巷道上帮柱拆断，上帮两米高处有两指宽的裂缝，水从中流出，Q＝0.1m3/min，窝头正前出现底鼓，高达0.3～0.5m，长度达28m，涌水逐渐增大。1977年8月20日，Qmax＝120m3/min，突出处标高-52m。突水点位于F3断层破碎带附近，L2灰岩突水，又有O2灰岩水补给，水压12kg/cm2。此时矿井涌水量接近总排水能力，井底防水圈因开拓二水平被破坏，水闸门不起作用，立即在井底增设临时泵房，又在西三建水闸门一座，水闸墙三座，隔离西三水源，保住了矿井未被淹没，但西三采区已被淹没。
（5）二1轨道下山车场突水
1979年3月8日，在-200m水平，东大巷二1轨道下山车场掘进巷道，遇到一个落差8 m的断层后，未立即发生突水，停止掘进，加固巷道，32小时后，即3月9日14点35分，巷壁流黑水，并有水叫声。随做关闭水闸门的准备，水量逐渐增大，流速1.3m/s，Qmax＝240m3/min。1985年5月17日，下山车场再次发生特大突水，Qmax＝320m3/min。突水原因是巷道开在L8灰岩里，遇小断层，在水压高达28.2kg/cm2的条件下，L2灰岩水和O2灰岩水沿断裂破碎带中的岩溶通道，与L8灰岩水连通，而造成了淹井。此次突水因井下排水能力不足，68分钟后，二水平全部淹没，4小时43分钟后淹井。1985年5月再次淹井，仅历时9小时。
3.底板突水规律
此矿顶板水量较小，底板水量大，因此总结底板突水规律更为重要。
1）突水前具有地压增大、底板鼓起、片帮、冒顶、拆梁断柱、工作面潮湿等现象。出水的裂隙初窄后宽，水色由清变混或夹带煤屑。
2）突水量的变化：
与时间的变化关系 两者关系较为密切，突水量先小后大，随后趋于稳定或者变小。此时，突水点所处的构造位置不同，反映出涌水量的减小率亦不一样（表3-3）。
表3-3 突水量与时间变化关系统计表
与突水点标高的关系 两者关系不大，但从补给关系看，高水平的水补给低水平。
与开拓巷道空间的关系 两者不成正比关系，而与揭露灰岩岩溶裂隙的面积成正比。例如，1-1集中运输巷（L8灰岩），标高-123m，巷长近千米，非常干燥。1-1水仓巷道（L8灰岩）的东水仓（-145m）无水，而西水仓近1m3/min。
3）突水水源：由于“N12进水口”勘测截流和“西二进水口”勘测资料可知，该矿以底板突水为主。水源主要是L2、O2灰岩水；冲积层水次之。
4）突水原因：主要与断裂构造、底板灰岩的岩溶裂隙发育程度有关。而水压、矿压及底板隔水岩层厚薄和力学强度的大小等则是次要原因。在正常块段，由于在开采过程中，隔水岩体受到矿压和水压的共同作用，破坏了岩体原有力的平衡状态，致使底板岩层产生零位破坏及原位张裂，大大削弱了隔水岩体的力学强度，岩溶裂隙承压水，沿张裂隙上升，这样工作面采动，就有突水可能。
5）突水通道：灰岩地下水沿岩溶裂隙，由高向低作近水平运移，在运移过程中，由于断裂破碎带和水压等因素的影响，使O2、L2灰岩水与L8灰岩水发生水力联系而连通，运移状态亦随之转为近垂向运动。
6）突水部位：勘探与开采资料说明，岩溶裂隙沿灰岩层面及断裂破碎带比较发育，它是地下水贮存和运移的通道，所以突水部位多在岩溶裂隙发育和断层尖灭处，或交汇处，如101工作面上突水点位于F29断层的尖灭处。
⑦ 矿井水文地质类型划分及工作要求
第4条 矿井水文地质类型的划分应以井口，按水文地质单元，分煤层进行分类，把含水层的补给边界条件，含水层富水性，水头压力，疏水效果，矿井涌水量和突水威胁程度等作为划分类型的主要依据（表10-1，表10-2）。
表10-1 矿井水文地质类型分类依据分值表
表10-2 焦作矿务局矿井水文地质类型分类依据表
第5条 复杂型和极复杂型的矿井应注重研究井田内断裂构造与岩溶发育规律，逐步查明二灰、奥灰水与八灰、冲积层水的补给途径，并制定可行的防治水措施方案，不断摸索并掌握突水与隔水层厚度、水压、构造、采矿等的关系和规律，预防二灰、奥灰突水。并要有可靠的防排水措施。
第6条 中等和简单类型的矿井，应根据开采需要，结合水文地质条件进行正常的水文地质工作。
说明：
1）直接补给边界，指对井田或断块内主要向矿井充水含水层的直接补给条件，它影响着矿井涌水量的大小及稳定性，要在详尽研究构造、岩性及人为因素的基础上确定，在一般情况下石炭系太原群上部为弱补给边界，含水砂砾层，二灰和奥灰的岩溶裂隙十分发育时为强补给边界。
2）含水层导水性，为量度含水层富水性的指标，含水层的富水性与含水层的岩性，小构造密度及性质，岩溶裂隙发育程度等密切相关，它影响着涌水量及突水量的大小，可以用导水系数（T）表示，T＝K×M，K为渗透系数，M为含水层厚度，本矿区不同含水层的导水系数值范围见表10-3。
表10-3 大煤顶底板含水层导水性范围表
3）水压与隔水层厚度比，采面煤层承受的水压与煤层到主要含水层间的相对隔水层厚度之比，当工作面的比值V小于突水系数Ts［一般为0.6kg/（cm2·m）］时，可以安全回采，否则应采取防治水措施保证安全生产。
4）疏水效果，指主要向矿井充水含水层的单位压力的涌水量（涌水量Q与水压P的比值），或单位涌水量的水位降低值S′（水位降低值S与涌水量Q的比值）。
5）矿井涌水量，指矿井开采过程中，必须疏放的水量，即正常涌水量。
6）突水威胁程度，为突水的工作面个数与回采的工作面总个数之比，突水的工作面指总涌水量大于0.5m3/min的工作面。
⑧ 矿井水文地质类型
综合以上各方面的分析，结合开采现状，可以从以下6个方面进行评定矿井的内水文地质类型。
1）直接容补给条件：该矿断裂较发育，有良好的断裂导水带和强补给进水边界，因此，认为直接补给条件良好，分值按规定为16。
2）含水性导水性：根据T＝K·M计算，T值为70.18～321.3，分值为16。
3）水压与隔水层厚度比，r＝P/M，r值为0.047～0.067，分值为10。
4）疏放效果q为51.45～38.56，s为0.14～0.34，分值为16。
5）矿井涌水量（Q），根据历年矿井涌水量大于60m3/min，1988年12月为62.53m3/min，分值为18。
6）突水威胁程度w：即已突水的工作面个数与工作面总数之比，为0.5，分值为18。
该6个指标总数为94，大于90，故该矿为极复杂型矿井。
⑨ 矿井水文地质条件
一、矿区水文地质特征
焦作矿区突水频繁，涌水量大，淹井次数多，从客观上讲，主要受矿区水文地质条件制约。具体表现是区域地下水补给量大；含水层层数多，厚度大，隔水层薄；断裂构造发育，使各含水层之间水力联系密切（图4-4）。
1.区城地下水补给充沛
焦作矿区北为太行山区，海拔标高+200～+1700m，为构造剥蚀的中低山地貌，广泛出露奥陶—寒武系巨厚（800～1000m）的碳酸盐岩，地形陡峭，深山峡谷，喀斯特裂隙发育。大气降水后由地表短暂径流转入地下径流，汇水面积2000km2左右。地下水自北和西北方向向矿区内径流，在矿区南部受到武陟隆起（前震旦系地层）和断距千米以上断层（董村、朱村、耿黄等）的阻挡，使地下水在矿区内排泄。20世纪60年代前以天然泉水的形式排泄地下水，如九里山前泉群总流量达1.6m3/s，20世纪60年代后以矿井排水和工农业用水的形式排泄地下水（Q=9.9m3/s）。
2.断裂构造控水作用强
矿区内断裂构造皆为正断层，EW，NE和NW向3组断裂构造纵横交错，互相切割，形成许多条条块块，但没有破坏奥灰的连续性，使各块段〔或井田〕奥灰水力联系密切，形成统一水位。在焦作矿区59次10m3/min以上突水事故中，断层突水占58%；100m3/min以上突水7次，其中断层突水占85.71%。在14次突水淹井事故中，因断层突水淹井占85.71%。这充分说明断裂构造对地下水的富集、径流（运移）到突水起重要控制作用。
图4-4 焦作区域水文地质图
二、矿井主要含水层及其关系
与矿井充水有直接关系的含水层，自上而下分别是第四系砂砾石含水层、二叠系砂岩含水层、石炭系太原组石灰岩含水层和奥陶寒武系石灰岩含水层。
图4-5 冲积层柱状图
第四系冲积层厚29.39～200.31m，北薄南厚。北部煤层露头带附近冲积层厚75～120m，一般85m左右。由黄土、流砂砾石层、粘土和砾岩组成。上部为黄土、流砂砾石和粘土，中下部为砾岩和粘土，含砾岩5～11层，一般6～8层，且主要集中在中下部〔5～7层〕（图4-5）。砾岩总厚14.66～40.86m，占冲积层地层总厚22.21%～37.24%分布不稳定。上部和底部砾岩含水层具双层水位，均具承压水性质。底部砾岩直接覆盖在奥灰、L2和L8隐伏露头上。水位变化与奥灰呈同步关系，一般是奥灰水补给冲积层。所以在L8露头附近冲积层水和奥灰水联合对L8补给，是演马庄—九里山井田涌水量大，与其他矿井区别的重要条件之一。
二叠系砂岩含水层分上下两层，即基岩风化带裂隙孔隙含水层和二1煤顶板砂岩含水层。基岩风化带含水层与冲积层水沟通时，富水性极强。浅部回采时，当导水裂隙带与风化带沟通时，涌水量很大。如13011工作面回采后顶板水达14.4m3/min。二1煤顶板砂岩含水层富水性较弱，对回采影响不大。
石炭系太原组厚67.1～60.93m，距奥灰5.46～16.67m，一般10m左右，由砂岩、粉砂岩、石灰岩和煤层组成，含石灰岩6～10层（图4-6）。
石灰岩总厚27.4～41.99m，占33.62%～55.71%，以L2和L8厚度大分布稳定。
L8厚4.97～13.79m，一般厚8m左右，上距二1煤底板20.65～35.73m，西薄东厚。喀斯特以裂隙发育为主，根据勘探资料，见溶洞为20%左右。全矿现有L8涌水量96.33m3/min，L8水位下降极不均衡，12采区以东水位下降明显（±0m以下），西翼水位仍保持在+40～+60m。
L2厚10.73～13.77m，一般厚12m左右，上距二1煤底板70.8～82.14m，一般75m左右，下距奥灰10m左右。喀斯特裂隙发育，水位与奥灰呈同步变化。其他矿井L2水位比奥灰低1～3m，而九里山矿二者水位相差不明显。
本区西部，五灰、六灰、七灰较发育，总厚6～7m，相对削弱了L2与L8之间隔水性质，为垂直导水形成了有利的岩性条件。
奥灰为强喀斯特含水层（图4-7），厚度大，富水性强，上距二1煤底板91.68～102.17m，一般95m左右。在浅部露头附近，奥灰与L2、L8、冲积层水力联系密切；在深部通过断裂构造补给上覆含水层。
图4-6 太原统地层柱状图
图4-7 焦作矿区中奥陶系灰岩分层柱状图
奥灰水位变化与降水关系密切，丰水期水位保持在+85～+90m，枯水期+70～+75m。1988年7、8两个月集中降雨450mm后，奥灰水位大幅度上升，最大升幅16.47m，其他含水层与奥灰同步上升，但升幅均小于奥灰。L8水位升幅最大的地段在断层带附近。1988年雨季后，全局涌水量增加102.34m3/min，其中九里山矿增加21.67m3/min，（仅12021工作面增加9.88～15m3/min）。
三、突水简述
1.突水概述
从建井至今发生1m3/min以上突水22次（表4-3）。其中5m3/min以上11次，10m3/min以上6次，30m3/min以上两次（表4-4），由表4-4可知矿井西部突水次数多，突水量大，因突水频繁，涌水量大，给矿井安全生产带来巨大的威胁；特别是矿井两翼涌水量达85m3/min以上，造成停产状态。
表4-3 九里山矿井下突水点基本情况一览表
续表
表4-4 矿井东西部突水情况统计表
2.突水原因分析
（1）突水与采掘关系：按采掘对22次1m3/min以上突水统计出掘进、回采与突水的关系（表4-5）。
表4-5 突水按采掘统计表
由表4-5可知，突水主要发生在工作面回采中，占80.95%，掘进突水全是发生在底板岩巷中，工作面突水都发生在大顶来压过程中。突水时，虽有底鼓，但大多数底鼓幅度不大，且持续时间很短就发生突水。
（2）突水与构造的关系：在22次1m3/min以上突水中，因断裂构造造成直接突水3次，在小背斜上6次。
（3）突水与含水层的关系：在11次5m3/min以上突水中，除顶板水1次外，全为L8直接突水。突水后各含水层水位都有不同程度的变化（表4-6）。
表4-6 主要突水点水位升降统计表
由表4-6可知，L8突水后各含水层水位都有不同程度的下降，值得注意的是突水也引起L2、奥灰、冲积层水位下降，这可能是L8接受浅部混合水补给的依据。
3.12031突水简况
12031工作面位于12采区东翼。工作面东西走向长435m，南北倾斜宽92.5～130m，回采标高-78～-112.4m（图4-8）。
煤层走向N5°～50°E，倾向SE，倾角7°～19°。二1煤层厚4.9～7.1m，平均厚6.4m。
二1煤伪顶为炭质泥岩，厚0.2～1.5m，直接顶板为粉砂岩厚7.1m，老顶为砂岩厚12.3m，直接顶板为炭质泥岩和粉砂岩，厚12.3m。
（1）突水简述：该工作面自1983年6月回采至今已发生4次突水，每次突水都造成工作面停产。
图4-8 12031工作面平面图
第一次是1983年7月6日突水。12031工作面1983年4月30日开采，由于伪顶较厚和生产系统不健全，推进速度比较慢。7月6日当工作面推进 26m 时，采空面积达2444m2，工作面在放顶期间，在上安全口处发生底板突水，最大水量27m3/min，稳定水量15～18m3/min。工作面停采后，一方面开掘泄水岩巷，建防水闸门一座，另一方面修复下运输巷和进行改造工作。
1982年8月13日12皮带巷突水前，在12采区L8、L2和奥灰三者水位基本一致（+80m左右），突水后L8与L2奥灰水位明显“拉开”，12031工作面突水前，L8水位+78.05m（底板承受水压1.9MPa）L2+85.28m，奥灰+85.54m，水位差7m左右。突水后L8、L2、奥灰水位差更大，L8水位下降了8.36m，L2水位下降了0.88m，奥灰水位下降了0.94m（图4-9）。
图4-9 12031突水点动态曲线（一）
第二次是1987年9月25日突水。第一次突水后由原开切眼向外80m处另开切眼，于1987年8月完成工作面改造工作恢复生产。1987年9月25日工作面推进23m，采空面积2645m2时，在工作面下风道附近突水，最大水量6.77m3/min，稳定水量5.3m3/min，该工作面总水量由11.9m3/min增至17.23m3/min，12采区总水量已达65.1m3/min。
突水后L8水位下降6.46m，L2下降0.46m，奥灰下降0.41m（图4-10）。
图4-10 12031突水点动态曲线（二）
第三次是1988年10月28日突水。第二次突水后因下风道流不出来水，重新掘进一条下风道距第二停采线18m，掘进开切眼使工作面斜长由130m缩小为90m。
1988年9月开采，10月28日当工作面推进25m，采空面积2250m2时，在上安全口和下风道附近两处发生突水，最大涌水量9.76m3/min，稳定水量7.00m3/min，该工作面总水量由10m3/min增至16.9m3/min。
此次突水正逢雨季，L8水位下降了6.77m，L2下降了0.64m，奥灰下降了0.8m（图4-11）。
图4-11 12031突水点动态曲线（三）
第四次是1993年3月30日突水。第三次突水后一二采区处于停产状态，但防治水工作仍在积极进行，1991年3月开始对12021和12041集中巷突水点进行地面注浆堵水工作，到1992年5月12021突水点已封堵结束。为扭转长期停产局面，采取综合治水与生产相结合，吸取外地经验，缩小工作面，减少矿压对底板破坏深度。1992年5月开始对12031工作面进行改造，重新掘进一条上风道，距第三停采线24m处掘进切眼，使工作面斜长由90m缩小为30m。
1993年3月10日回采前打开12皮带突水点放水降低水压。3月25日工作面推进21.5m，采空面积731m2时，老塘出水0.05m3/min，3月29日8：00推进29m，采空面积1015m2时，水量增加至0.54m3/min，工作面停产两班。3月30日又开始回采，当推进31m，采空面积1085m2时，大顶突然来压，16：20水量增加，水色发黄，17：30水量达20.88m3/min，19：58上风道槽尾外3m处上帮出水7.02m3/min，总水量达27.9m3/min。3月31日1：30水量增至32.21m3/min，4月2日3：00水量增至39.05m3/min，4月3日4：50涌水量增至44.74m3/min，最大时47.51m3/min。突水点水量明显发生四次跳跃式上升。该工作面总水量稳定在41.72～47.35m3/min。
突水后各含水层都有不同程度的下降，冲积层水位下降了644m，L8下降了20.68m，五灰下降了8.1m，L2下降了1.8m，奥灰下降了1.9m（图4-12）。
图4-12 12031突水点动态曲线（四）
12031突水后，12021集中巷和12041集中巷两突水点水量明显减少，分别减少2m3/min和1.2m3/min。其他突水点水量变化不明显。
（2）突水原因分析：与水源和水压的关系密切。突水后在出水点附近施工两个L8孔，水位+23.75～+26.87m。在标高-100m以上涌水已达55m3/min以上，L8水位仍保持如此的高水位，单位水压涌水量达3.24m3/min，单位涌水量（m3/min）降深小于1m。说明L8受L2、奥灰和冲积层水补给量大，才会发生如此大的突水。
一二采区位于L8强喀斯特裂隙富水带上，特别是12031工作面处于一个背斜构造上，北西向和北东向裂隙十分发育，底板岩石破碎，L8喀斯特裂隙更加发育，加上采动矿压影响极易引起突水。因此造成低水压突水量大。
一二采区各突水点之间水量消长不明显，但突水后L2和奥灰水位都有不同程度的下降，说明补给通道各异，补给量大。
（3）治理意见：从突水后水位水量变化可知，12031突水水源与L2、奥灰有明显关系，并且L8水位上升一次井下涌水量上升一个台阶，为防止水量增大，应切断L2和奥灰补给通道，减少矿井涌水量。因此应对突水点进行注浆堵水。一方面达到减少矿井涌水量，保证矿井安全生产，另一方面可切断补给通道为根治水害奠定基础。
四、水化学资料的几点结论
1990年西安地勘分院应用水化学及环境同位素研究方法，对焦作矿区不同层位地下水源进行采样、室内分析和测试工作。共采水样81个，其中冲积层15个，顶板砂岩11个，大原组石灰岩水样38个，奥灰17个。主要进行水质、微量元素和环境同位素（T.D）3项测定分析其结论如下：
（1）焦作矿区各含水层（Q、C3灰岩、P砂岩、O2）都是由大气降水补给形成的，不存在古生水源问题。各含水层水中均有一定氚（T）含量被测出，说明本地区地下水30年以前的水体存在很少，以第四系冲积层水和砂岩水贮留时间较长。
（2）L8水受冲积层下渗水影响形成混合水，矿区东部较西部有较大的混合比率。如九里山矿12皮带突水点冲积层水混入占31.50%，2＃放水孔（L8水）占53.8%；演马庄矿东四半突水点，占84%。
（3）第四系冲积层水矿区东西部水质化学特征有较大差异。从东向西，从北向南矿化度及硬度增大，说明与奥灰水补给有关。
（4）奥灰水中冲积层水混入率，矿区东部九里山工人村至演马庄矿一带占23%～86%；西部除焦西三水厂、耐火二厂一带大于30%外，其他地区均小于20%。
（5）九里山矿13011工作面顶板出水14.4m3/min，按其Na+降低、Ca2+，Mg2+增高，ph下降rNa/rCl比值等接近冲积层水质类型，说明冲积层水混入量较大。
五、补给与通道
九里山矿L8水主要接受奥灰L2和冲积层水补给，其补给途径主要是来自北部（浅部）和井田内隐伏构造。
北部在煤层露头附近，奥灰、L2、L8含水层被第四系冲积层覆盖，通过基岩风化裂隙或构造破裂带使其互相沟通共同对L8补给。
1.补给
浅部补给，依据连通试验和突水后各含水层水位变化即可说明来自北部的补给是存在的。
多元示踪剂连通试验资料（表4-7），即可说明浅部补给明显（图4-13）。①浅部冲积层水有明显补给，最大流速为155m/h。②浅部L8水与井下突水点联系密切，最大流速533m/h，而南部联系不明显。③浅部补给范围集中在13～15勘探线间。
图4-13 九里山矿多元水力连通试验图
表4-7 多元示踪连通试验成果表
注：分子为时间（小时），分母为直线流速（m/h）。空格为未取样，“-”为未见到示踪剂。
浅部含水层（O2～L2）补给问题，未做连通试验，但根据突水后各含水层水位变化（表4-6）和升压试验资料（见下述）均表明浅部12～15勘探线间，为一强径流带，补给明显。另外有下列地段值得注意：
（1）12皮带巷突水点以西L8水位存在一个很陡的“陡坎”水力坡度733.3‰；
（2）12031突水点（-93m）附近L8水位仍高达+27m（注1孔）；
（3）马坊泉断层南北两侧L8观侧孔水位差达20多m，突水后，断层两盘水位都有不同程度的下降（S＞5m）。
上述地段即可怀疑深部含水层补给的可能性。
2.导水通道探讨
通过突水资料分析奥灰、L2和冲积层水进入L8的途径有以下几种情况。
（1）浅部冲积层水通过L8露头直接补给；L2、奥灰水一方面补给冲积层，另一方面通过基岩风化带或构造破裂带垂直向上补给L8。
（2）马坊泉断层南北两盘L8水位差明显（达20m），北盘高、南盘低，而且突水后两盘L8水位下降都十分明显，说明L2奥灰补给L8明显。
（3）根据一二采区1m3/min以上突水点平面分布和连通试验资料结合矿井地质构造特征，认为一二采区L8存在明显的两个径流带（或称喀斯特裂隙破碎带），大致呈近东西向自浅部向深部延展，预计深部富水性较差。
（4）在井田内施工的L2奥灰孔，因封孔质量问题，造成人为的补给通道。如13-2孔，在施工中L2水曾喷出地面10多米，后因套管拔断而至今未处理。全井田内怀疑有12个L2和奥灰孔封孔质量有问题，其中奥灰3个孔，徐灰29个孔。若按平均每孔导水3～5m3/min，其补给量也是十分可观的。
另外，根据现有突水点分析，L8水进入巷道只是构造裂隙和矿压作用产生的破坏裂隙互相沟通而引起突水的。
六、涌水量预计
（1）全矿涌水量：依据突水资料用比拟法和有限单元法计算标高-225m以上涌水量为184.64～187.5m3/min；标高-450m以上涌水量244.8m3/min。
（2）浅部补给量：根据连通试验流速资料和有限单元法计算补给量33.86～54.7m3/min。
（3）东部涌水量：西部关闭后成为直线补给边界时，东部涌水量将会大幅度增加，标高-225m以上将达到48.4～58.4m3/min；标高-450m时为94.4～104.4m3/min。
如果西部一二采区补给水源及通道封堵后，东部涌水量将会大大减少，维持现状。
⑩ 矿井日常水文地质工作内容与技术要求
矿井日常水文地质工作是保证煤矿正常安全生产的一项重要技术基础工作。其基本任务包括：
1）开展矿井水文地质补充调查、补充勘探和水文地质观测；
2）为矿井采掘、开拓延伸提供水文地质资料或报告；
图1-8 系统开发工作流程图
3）在采掘工程中进行水害分析、预测和防探水。
（一）水文地质补充调查和观测
1.地面水文地质补充调查
包括气象资料搜集：降水量、蒸发量、气温、气压、相对湿度、风向、风速及其历年平均值和两极值；地貌调查：着重调查由开采引起的塌陷、人工湖等地貌变化；地质调查：第四系覆盖层、基岩露头，地质构造的形态、产状、性质、规模、破碎带等。其他还应调查的内容包括地表水体等。
2.地面水文地质观测
包括气象观测、地表水观测、地下水动态观测等。
3.井下水文地质观测
在开拓主要采区巷道时，应及时进行井下水文地质观测和编录，并绘制实测水文地质剖面图或展开图。
1）当巷道穿过含水层时，应详细描述其产状、厚度、岩性、构造、裂隙或岩溶的发育与充填情况，揭露点的位置及标高、出水形式、涌水量、水温等，并采取水样进行水质分析；
2）对断层和裂隙，应测定其产状、长度、宽度、数量、形状、尖灭情况、充填程度及充填物，观察地下水活动的痕迹，绘制裂隙玫瑰图，并选择有代表性的地段测定岩石的裂隙率；
3）对岩溶应观测其形态、发育情况、分布状况、有无充填物及充填物成分、充水状况等，并绘制岩溶素描图；
4）对褶曲应观测其形态、产状及破碎情况；
5）对突水点应详细观测记录突水的时间、地点、确切位置、出水层位、岩性、厚度、出水形式、围岩破坏情况等，并测定涌水量、水温、水质、含砂量等。同时观测附近的出水点和观测孔涌水量、水位的变化，并分析突水原因。主要突水点可作为动态观测点，并要编制卡片，附平面图和素描图。
4.矿井涌水量观测
1）矿井涌水量观测应分含水层、分采区、分主要出水点观测，每月观测不少于3次；
2）井下新的出水点在涌水量尚未稳定前应每天观测1次；
3）井下疏降孔涌水量和水压在稳定前每小时观测1次，稳定后正常观测。
（二）矿井水文地质基础资料和图纸
1.水文地质台账
矿井水文地质基础资料必须认真搜集整理、长期保存。为了使矿井水文地质基础资料系统化，应建立以下各类水文地质台账：
1）矿井涌水量观测成果台账；
2）气象资料台账；
3）地表水文观测成果台账；
4）钻孔水位及井泉动态观测台账；
5）抽（放）水试验成果台账；
6）矿井突水点卡片或台账；
7）井下水文地质钻孔台账；
8）水质分析成果台账；
9）矿区水源井（孔）台账；
10）封闭不良钻孔台账；
11）其他专门项目台账。
2.矿井必备的水文地质图纸
1）矿井充水性图；
2）矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图；
3）矿井综合水文地质图；
4）水文地质柱状图；
5）水文地质剖面图；
6）等水位线图等。
（三）工作面水害预测与防探水
应开展水害因素分析和水害预测工作，根据采掘接续计划，结合水文地质资料，全面分析水害因素，提出水害分析预报表及水害预测图；在采掘工程中对预报表、图进行检查、补充和修订，发现险情，应及时发出水害通知单，并采取预防措施。
1）采前应编制探放水设计，并预计涌水量，涌水量较大可能影响正常生产时，应采取相应措施；
2）防探底板突水：采掘前必须具备勘探或补充勘探资料，水文地质条件基本清楚；对可能发生的水害及其预防措施提出建议；预测有突水可能的危险区；预计最大涌水量；
3）防探断层水：应核准断层产状、位置，分析断层带的富（导）水性，并在平面图和剖面图上确定断层与工作面的空间几何关系；巷道通过导水或可能导水断层前，必须超前探水，并采取相应的防水措施；对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设防水煤柱；
4）为防止钻孔突水，应对采掘范围内穿越煤层顶、底板强含水层的钻孔进行核查，分析判定封孔质量；对封闭不良的钻孔应分别采取相应的预防措施。
（四）其他防治水措施
为了防治矿井开采过程中发生突水淹井事故，除建立上述矿井排水系统外还应当考虑以下防治水措施：
1）采区排水系统。对设计的下一个采区，要首先预计采区涌水量，建立采区水仓、泵房和排水管道。采区水仓、泵房和排水管道的设计应符合“煤矿安全规程”的要求。
2）矿井避水灾路线。在采掘作业规程中制定突水时的避水灾路线，并在避水灾路线上设置路标，定期进行撤退演习。在井下各采掘工作面即主要硐室、大巷等有人员工作的地点安装电话，井下电机车安装载波电话，并加强对通讯系统的维护和管理，保证在发生突水灾害时，可利用通讯系统实施迅速、有效的调度指挥。矿井应安装井下人员定位系统，使地面及时了解井下人员的实际情况。