矿区水文地质特征
一、气象水文特征
1.气象
焦作矿区属温带大陆性季风型气候。北部山区多年平均降水量为701mm，年最小降水量412mm（1965年），年最大降水量为1195mm（1963年）。山前冲积平原区多年平均降水量为595mm，最小降水量为289.8mm（1981年），最大降水量922mm（1965年）。降水量在一年内分配非常不均。降水多集中在七、八月份，约占全年降水量的48%左右，其次为六、九月份，约占全年降水量的22%左右。主要受地形的影响，降水量自北部山区到山前冲积平原呈逐渐减少趋势。
2.水文
焦作矿区外围主要河流有丹河、山门河、峪河、西石河和纸坊沟。丹河属黄河水系，为常年性河流，河床漏失严重，后寨至后陈庄一带，是河水的强烈渗漏地段。1994年实测年平均渗漏量是1.7338m3/s，丹河渗漏补给是焦作矿区喀斯特水的补给来源之一。其余属海河水系。除丹河外，峪河也为常年性河流；山门河、西石河、纸坊沟为季节性河流。
上述几条河流大都流经石灰岩喀斯特发育分布区，河床漏失严重。山门河、西石河、纸坊沟实为干谷，只在个别年份洪水能流出山口，其余年份均无水流，河水在出山口以上近10km地段内全部漏失，补给地下水，均为焦作矿区喀斯特水的补给来源。
二、地形地貌特征
1.地形
焦作矿区北部为太行山区，南部为黄河、沁河冲洪积平原。北部山区地面标高200～1790m，地面起伏大。南部山前冲积平原地面标高80～200m。全区地形特征，西北部较高，东南部较低。
2.地貌
由于地质营力的长期作用和地层岩性的差异，形成了区别各异的地貌景观。根据区内地貌特征及成因，本区地貌可划分3个一级地貌单元和7个二级地貌单元（图3-1）。
（1）平原（Ⅲ）：主要有4种类型。
坡洪积裙（Ⅲ1）分布于焦作市区北部及方庄近山地带，呈不连续状分布。山坡堆积物呈倒石堆状或围绕坡麓堆积构成坡积裙。受采煤影响，地表出现了大面积塌陷区。
冲洪积扇（Ⅲ2）主要由丹河、西石河、山门河、纸坊沟、峪河冲洪积物组成。扇顶坡度一般为5°～10°，扇中下部为2°～5°，冲洪积扇组成物质为砂砾石、卵砾石及砂、粘土。洪积扇沿山前连成一片，构成山前倾斜平原。
扇前（间）洼地（Ⅲ3）焦作市区南部李万-修武一线，在冲洪积扇与冲积平原相接部位和冲洪积扇之间的地段，地形低洼，标高70～80m，形成扇前（间）冲洪积洼地。沉积物以亚砂土、亚粘土为主，夹有砂层。分布有采矿形成的塌陷坑。
冲积平原（Ⅲ4）分布于焦作市区南部，主要是由黄河、沁河冲积而成。地形平坦，微向东南倾斜。沉积物主要是砂，混有亚砂土、亚粘土。
（2）高原（Ⅱ）：分布于晋城、高平、陵川一带。地形坡度相对平缓，标高800～1200m。山体主要由中奥陶灰岩组成，石炭系—二叠系海陆交互相地层常覆盖在奥陶系之上，山顶平缓，高差小。
（3）山地（Ⅰ）：有3种类型。
图3-1 焦作地区地貌图
构造侵蚀中山（Ⅰ1）分布于焦作市区北部柳树口—夺火一带，山地呈北东向分布，标高1000～1700m，地形陡峭，深切河谷发育。山体基岩裸露，多呈背斜山、向斜山与单面山。
构造溶蚀低山（Ⅰ2）分布于群英、马鞍石水库以南许河、田坪以北一带，标高500～1000m。地表岩性多为中奥陶系灰岩。河谷深切，多呈“V”型和“U”型，为干谷或半干谷。地面起伏较大，地面喀斯特发育，多见溶隙、溶沟、溶槽及溶洞等喀斯特地貌形态。
构造剥蚀丘陵（Ⅰ3）分布于焦作市区北部近山前地带，地面标高200～500m。山顶呈浑圆状，山坡平缓。
三、地层构造特征
1.地层
本地区出露的地层有太古宙，新元古界震旦系，下古生界寒武系、奥陶系，上古生界石炭系—二叠系，中生界三叠系，新生界第三系及第四系。由老至新分述如下：
太古宙（Ar）：主要出露于峪河口、薄壁一带，主要岩性为中等程度变质作用形成的片麻岩和混合岩类，出露厚度大于1000m。
震旦系（Z）：分布于峪河口及马鞍石水库一带，与下伏太古宇呈角度不整合接触。主要岩性为浅红色、紫红色石英状砂岩。出露厚度100～500m。
寒武系（ ）：出露于丹河、峪河一带深切河谷之内，与下伏震旦系呈平行不整合接触，总厚300～590m。根据岩性及沉积韵律，分为下中上三统。下统（ ）主要为泥灰岩、泥质灰岩及砖红色页岩、砂岩；中统（ ）下部为紫红色页岩、砂岩；中上部是深灰色亮晶灰岩、白云岩；上统（ ）主要是中厚层状结晶白云岩。
奥陶系（O）：广泛裸露于北部山区及隐伏于山前倾斜平原之下，分中、下两统，与下伏上寒武统整合接触，总厚500m左右。下统（O1）主要出露在深切河谷两岸，地貌上常呈陡壁，岩性为青灰色细晶白云岩及硅质条带或硅质团块白云岩，厚150m左右。中统（O2）广泛分布于北部山区，山前则埋藏于石炭系之下，局部埋藏于新生界之下，是一套碳酸盐建造，厚360m左右，可划分两组六段，主要由黑色、灰色厚层状灰岩、白云质灰岩及泥灰岩组成。
石炭系（C）：零星出露于北部山丘顶部，山前则隐伏于第三系或第四系之下，为一套海陆交互相沉积，主要岩性为砂岩、砂质页岩、铝土质页岩，夹九层灰岩，含煤数层，厚70～90m，与下伏奥陶系呈平行不整合接触。
二叠系（P）：隐伏于山前倾斜平原之下，岩性主要为砂岩、泥岩及页岩互层，含可采煤层，厚70～120m。
三叠系（T）：未出露，据钻孔资料，其岩性主要为砂岩、页岩夹可采煤层。下第三系（E）仅在个别钻孔中见到，岩性为砾岩、砂岩、泥炭岩互层。上第三系（N）地面未见出露，仅在个别钻孔见到，主要由砾岩、砂岩、泥岩、泥灰岩及砂质粘土、砂砾石层组成。
第四系（Q）：主要分布于山前冲洪积平原及冲积平原区，岩性为砂砾石、砂、亚砂土及亚粘土。
2.构造
焦作矿区位于东秦岭纬向构造带北缘和新华夏系太行山隆起的南段与晋东南山字型构造反射弧前缘相交接地带。本区断裂构造发育（图3-2）。主要有：
图3-2 焦作地区断裂构造纲要图
（1）九里山断层：西起东于村，与朱村断层相交，至小墙北被凤凰岭断层截断。断层走向北东，倾向北西。断层南东盘上升，北西盘下降，断距300～1000m。致使断层北东段九里山附近奥陶系灰岩裸露地表，沿断层走向，形成残丘。
（2）朱村断层：该断层由邻区西北沿山前地带经柏山向东没入第四系。断层呈东西走向，倾向南，倾角70°左右。据钻孔资料，在朱村一带，断距达1000m以上。使断层北侧灰岩与南侧的煤系地层及新生界地层相接，从而成为本地区喀斯特水的南部边界。
（3）赵庄断层：西南端在南岭口与凤凰岭断层相接，经六堆宇交于黑龙王庙断层之上，全长35km，走向北东，倾向南东，倾角65°～68°。
（4）凤凰岭断层：西起逍遥河口，沿焦作北部山前延伸，构成山区与平原的自然分界，翁涧河以东隐伏于新生界之下。断层走向近东西、倾向南、倾角80°左右。断层落差200～300m，局部地带可见断层破碎带。
另外本地区还有董村断层、39号井断层、方庄断层、黑龙王庙断层、耿黄断层等断裂构造。
四、水文地质特征
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，广泛出露奥陶系—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。地下水由高向低，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的阻挡，使地下水在矿区内排泄。20世纪60年代以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。60年代以后，以矿井排水和工农业用水的形式排泄地下水（Q=9.9m3/s）。
矿区内分布的地层由于岩性不同，构成不同的含水介质，含有不同类型的地下水。山前冲洪积平原上的冲积、洪积物中，储存有较丰富的孔隙水。石炭系—二叠系砂岩及数层灰岩，裂隙喀斯特较发育，构成裂隙含水层、喀斯特裂隙含水层。在区内广泛分布的寒武系、奥陶系碳酸盐岩，喀斯特发育，具有较强的导水储水性能，在地下水径流排泄区，形成很富水的喀斯特含水层。
焦作矿区煤层底板突水频繁，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。
矿区内断裂构造皆为正断层，3组断裂构造（EW、NE和NW向）纵横交错，互相切割，形成许多条条块块，但没有破坏中奥陶统灰岩的连续性，使各块段中奥陶统灰岩水力联系密切，形成统一水位。朱村断层断距大，断层北侧奥陶系灰岩含水层与南侧石炭系—二叠系砂页岩隔水层相接，一方面，沿断层喀斯特发育，地下水沿断层北侧向东运动，形成喀斯特水强径流带；另一方面，使喀斯特水运动受阻，而成为本区喀斯特水的南部边界。凤凰岭断层北侧，岩石破碎喀斯特发育，导富水性强，沿断层形成喀斯特水强径流带，赵庄断层两侧，由于含水介质的差异，北西侧水位高，水位变幅大；而南东侧水位低，水位变幅小，断层两侧形成几十米的水位落差。断裂构造不仅控制了本地区地下水的径流与富集，而且在矿区常常成为煤层底板突水通道，造成淹井的事故。因此，地质构造对本地区地下水的赋存及运动起着明显的控制作用。
矿床水文地质主要服务于矿床的勘探与开采，其工作内容因勘探与开采的不同阶段而异，可分为矿区水文地质勘查和矿山水文地质工作两大类。
1.矿区水文地质勘查：矿区水文地质勘查是地质勘探的组成部分，以满足勘探要求与矿山设计为目的，主要工作内容为：依据国家的有关勘探规范，查明矿区水文地质条件和矿床充分条件，预测矿坑涌水量，初步评价供水水源，预测矿床开采造成的环境地质问题，为有效地防治矿井水提供依据。这部分工作是矿床水文地质的主要工作。
2.矿山水文地质工作：该工作以保障矿山生产安全，提高效益，降低成本为目的。主要工作内容为：
1）一般工作：按矿山开发阶段分为3个部分：①基建阶段水文地质工作，承接勘探资料，持续长期观测，研究防治水设计，建立资料档案；②开采阶段经常性工作，井巷水文地质编录，长期观测，水文地质资料综合整理；③闭坑阶段工作，总结经验与教训。
2）专门性工作：①水文地质补充性勘探；②根据矿山设计和生产的需要，为某些特定的防治水工程进行放水试验和示踪连通试验；③矿坑水的防治与利用。
通常，矿山水文地质工作不是传统矿床水文地质研究的主要内容。矿区水文地质工作的特点如下：
1）矿区水文地质工作是与地质勘探密切配合的。由于矿区水文地质工作是矿产地质勘探的一个组成部分，因此，它必须在矿产地质勘探的总体框架内作为一个整体开展工作，并全面融入其设计中，才能充分利用地质勘探的多种勘探成果获取水文地质信息，以发挥最大技术经济效益。因此，必须了解地质勘探的特点与过程。
2）矿床水文地质评价是与采矿条件相合的。由于采矿活动对矿区水文地质条件影响极大，无论是充水因素分析，还是矿坑涌水预测，都需要考虑矿床的开采条件。因此，了解矿床与采矿的基础知识是做好矿区水文地质工作的需要。
3）矿床水文地质与供水水文地质的工作目标是既相互对立又相互统一的。矿床水文地质以疏干为目的，以最小矿坑涌水量获得最大水位降深为其工作目标，以丰水年雨季峰期最大水位降深的安全生产保障程度为其安全观，而供水水文地质则以供水为目的，以最小水位降深条件下的最大开采量为其工作目标，以枯水年安全开采量的保证率为其安全观。因此，两者的工作重点、思维方式与对水文地质条件的评价各异。矿区水文地质把工作重点放在雨季峰期的充水通道过水能力和强度上，而供水水文地质则以以枯季补给与储水构造的调蓄能力为其工作重点。因此，两者是对立的。矿区疏干与供水是维系矿山生存与安全的两大基本要素，当疏干与供水作用于同一水源时，就出现了排供予盾，它成为矿区水文地质工作的一大难点与特点。因此，必须将疏干与供水结合起来作为整体研究，才能发挥最佳的综合效益。因此，两者又是统一的。
如上所述，矿区水文地质勘探是在探矿与水文地质、疏干与供水的统筹过程中开展工作的，高度综合性与整体性是其工作特点，也是必须遵循的工作方法与准则。
矿床水文地质调查中所运用的基本理论与手段，与一般水文地质调查基本相同。但矿床水文地质调查具有综合性和长期性（或延续性），在运用中，应针对矿床排水的特殊性有所侧重。
地下水在多孔介质中的运动非常复杂，大致可归纳为两类：一类为地下水沿多孔介质的孔隙或遍布于介质中的裂隙运动，即地下水在广义的多孔介质中的运动；另一类为地下水沿大裂隙和管道的流动，如地下水沿巨大的张开裂隙流动。
4.1.1.1 含水层与隔水层的特征
煤系由砂岩、砂质泥岩、泥岩岩层等组合而成，它们都有自身的物理力学性质。在相同的应力作用下，砂质泥岩、泥岩力学强度低，岩石受力发生塑性变形，当应力超过弹性极限后发生破裂，破裂方式主要以黏性剪断为主，产生隐蔽裂隙和闭合裂隙，即使发育张裂隙，但裂隙中往往充填了自身破碎的泥质碎屑物，或遇水膨胀使裂隙闭合，成为隔水层。而砂岩一般致密坚硬发生破裂变形，形成构造裂隙，并在渗透水流冲刷下，使裂隙开启程度迸一步扩大，成为易透水和贮水的含水层。
（1）含水层特征：不同岩类的含水层因其岩性不同，发育程度不同，则地下水赋存与运移条件，储水和导水能力的大小，富水性及其不均匀性都有很大差别，而同一岩类的含水层因其厚度、埋藏条件和岩层组合形式不同，含水空间形态，地下水赋存条件和富水性也有区别。一般来讲，碳酸盐岩类含水层储水与导水能力以及富水性较其他三种岩类含水层强。由于间接充水含水层与直接充水含水层有水力联系，但只能通过直接含水层向矿井充水，它是直接充水含水层的补水源。
（2）隔水层特征：隔水层指在煤层开采过程中能阻隔地表水和直接或间接将充水含水层的水流入矿井或能大大减弱流入矿井水量的岩层，一般有以下几种形式：
1）厚层泥岩、砂质泥岩、致密的粉砂岩隔水层分布在开采煤层冒落带顶部，其上部为中粗粒砂岩含水层。这种情况下，该隔水层将起着阻隔砂岩含水层水流入矿井的作用。这是因为该隔水层是位于导水裂隙带下部范围内，泥岩及其上部砂岩因受煤层回采顶板冒落的影响，而发生下沉形成张断裂隙，其上部砂岩含水层即沿着泥岩中的裂隙渗透而流向矿井，但是在砂岩水渗透过程中，泥岩体积将发生体积膨胀，使裂隙闭合，因而阻隔了砂岩含水层中的水。
2）泥岩、砂质泥岩、致密的粉砂岩互层分布在开采煤层与其下部承压含水层之间，其厚度足以抵抗煤层开采时采动矿压自上而下的破坏和下部承压含水层的水头压力自下而上的破坏时，即足以抵抗矿压与水压的共同作用时，则该隔水层将起到阻隔承压含水层水涌出流入矿井的作用。
3）泥岩、砂质泥岩、致密的粉砂岩和含水层呈互层状或层间分布，隔水层在垂向上对含水层地下水起到较好的阻隔作用，在自然状态下，含水层只是在浅部能获得大气降水和第四纪松散层水补给，大大减弱含水层在深部流入矿井的水量。
4.1.1.2 含水层的边界条件
含水层是地下水储存和运动的场所，赋存于含水层孔隙、裂隙和岩溶介质中。除了在它下面需要一个相对隔水的岩层把重力水拖住，使其占有一定的空间体积外，还有外部的不断补给和排泄，使之发生运动，补给和排泄对地下水运移起着明显的控制作用。
所谓含水层的边界条件，即是指含水层、透水层与隔水层相互组合构成的地下水天然与人工流场中含水层在垂直和水平方向边界条件的补给与排泄条件。常指直接充水含水层边界条件，且分为两类：一类为补给边界，另一类为隔水边界。
（1）补给边界。按直接充水含水层获得补给水源的方式不同，有以下几种：
1）垂直下渗边界：直接充水含水层出露于地表时，接受大气降水与地表水体垂直下渗补给。
直接充水含水层隐伏于新生界之下时，将会接受新生界底部含水层孔隙水垂直下渗补给。
直接充水含水层被第四纪松散含水层覆盖，接受其地下水与地表水下渗补给。
2）侧向径流补给边界：直接充水含水层因断裂切割作用和开采煤层下伏基岩含水层在断层两盘对口部位接受基岩含水层地下水侧向径流补给。
直接充水含水层位于浅部基岩风化带范围内，接受基岩含水层地下水侧向径流补给。
3）顶托越流补给边界：直接充水含水层与下伏基岩承压含水层之间，岩层是隔水层并隐伏于新生界同一孔隙含水层之下，当煤层上部直接充水含水层向矿井充水，水头降低时，孔隙含水层水垂直下渗，其水头随着而变动，则下伏基岩承压含水层地下水，则顶托越流补给孔隙含水层而成为煤层上部直接充水含水层的间接补给水源。
直接充水含水层在断层交叉带与密集带部位向矿井充水，水头降低后，由于断层交叉带与密集带的破碎带宽度较大，裂隙发育，透水性好，沿破碎带接受下伏基岩承压含水层地下水的顶托越流补给。
（2）隔水边界。按直接充水含水层地下水补给或地下水流受阻部位不同，有以下几种：
1）顶部隔水边界：直接充水含水层隐伏于新生界黏土隔水层之下时，阻隔大气降水、地表水体和新生界孔隙含水层地下水垂直渗漏补给。
2）侧向隔水边界：直接充水含水层因断裂切割作用而和断层一盘砂泥岩相对隔水层接触，断层带构成直接充水含水层侧向隔水边界。
直接充水含水层的富水性顺地层倾斜方向随埋藏深度增加而逐渐减弱，以致达到某一深度后逐渐变为相对隔水层，成为侧向隔水边界。
4.1.1.3 含水层的补给和排泄条件
矿井地下水的排泄，从采煤疏排地下水角度出发，采煤引起直接充水含水层向矿井迸水。从补给和排泄观点看，相当于在直接充水含水层的天然流场中设置人工排泄基准面——矿井。在疏排矿井水的过程中，煤层上覆含水层的水位下降，加强了煤系浅部地带大气降水的入渗，减少了地表径流强度，有更多的地表径流转化为地下径流量，而且地下含水层也由径流转化为垂直下渗，增加矿井涌水量。
鹤壁矿区地质与水文地质条件
答：鹤壁矿区地处豫北山地丘陵区,太行山脉南麓,地质构造复杂,水文地质条件独特。地质条件鹤壁矿区地层出露齐全,主要为古生代寒武系、奥陶系、志留系、石炭系和二叠系地层,以及少量中生代侏罗系地层。矿区地层岩性主要由砂岩、页岩、石灰岩、白云岩和玄武岩组成。矿区构造复杂,断裂发育,主要有北东向、北北东向和北西向三大断裂带...
水文地质特征
答：5.3.1 井田水文地质特征 井田位于车轴山向斜的东南翼,从区域水文地质条件分析,整个车轴山向斜位于开平煤田的西北部,自成一独立的隐伏向斜,向斜上部被松散的巨厚第四系冲积层覆盖,车54、车60钻孔以北为厚度小于180m的宽缓平台,向南逐渐增厚,到南部边缘厚度达到650m。第四系底部卵砾石层埋深105～155m,厚约10～25m。
水文地质特征
答：15.3.1 井田水文地质特征 开平煤田位于燕山沉降带中段之南缘,为一北东向的北翼陡南翼缓的不对称向斜构造。向斜盆地北依低山,南卧平原,绝大部分隐伏于第四纪冲积层之下。向斜北部基岩裸露地区,地面标高40～60m,南部为20m左右。区内地表水系不发育。分布于煤田东部的沙河及自西部进入煤田的陡河,均系季节性河流,平时...
水文地质特征
答：据已有的水文地质资料分析,本区奥灰水的总体形态是以构造带(断层带、裂隙密集带)为基础的网状水体(井下突水点皆与构造破碎带有关),故层状径流并不是主要形式。但就岩石的充水条件来看,宏观上仍有层状水的特点(仍受区域地层单位制约),其含水层和相对隔水层划分如下: 1)相对强含水层:①峰峰组第二段。岩溶...
井田水文地质概述
答：地下水在运移过程中，一部分在地质构造及地形适宜地段溢出地表，构成天然排泄点，一部分则继续向深部径流排泄;而区内各矿井则为主要的人工排泄点。由于近年来矿井大量疏排地下水，造成区域地下水位呈逐年下降趋势。1.主要含水层 新峰矿区水文地质条件较复杂，根据勘探资料的成果，共有6个含水层，由上而...
水文地质单元划分及其特征
答：地下水的总体径流方向是由南西向北东方向，除了北东部的巴润达来诺尔总排泄源外，在2082地区西南部的宝力格地段有大片沼泽地，并有泉水出露，形成诺尔区，为局部排泄源。表2-2 矿区水文地质单元及主要特征 2.2081地区水文地质单元 该水文地质单元属于马尼特坳陷的西部区，其所处的位置为马尼特坳陷的...
矿井存在的主要问题及其水文地质条件综合评价
答：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。
矿床充水条件及矿床水文地质类型
答：很多事实表明,岩溶水充水矿床的水文地质条件非常复杂,是各国矿床水文地质学家们一直关注的重点。岩溶水充水矿床具有以下共同特征: (1)岩溶充水岩层和岩溶充水通道类型常有地域性的分布规律。如我国北方主要充水层位以中奥陶统的裂隙岩溶含水层为主;南方岩溶矿区以二叠系溶洞水为主;西南地区则以泥盆系到三叠系的...
矿床充水条件及矿床水文地质类型
答：矿床水文地质类型的划分主要以矿床充水岩层的岩石介质类型为基础，同时还必须考虑矿床水文地质条件的复杂程度和矿床的开采条件。目前，我国通用的矿床水文地质分类方案是1982年地质矿产部颁发的《矿区水文地质工程地质普查勘探规范》中提出的矿床水文地质分类方案。五、主要矿床水文地质类型的基本特征 （一）以...
矿井水文地质类型划分为几种
答：）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）
