水均衡法是在查明矿床开采条件的情况下，利用直接充水含水层的补给水量和支出水量之间的关系，根据水均衡原理，获得开采地段涌水量的方法。
在直接充水含水层的补给条件和补给量易于查清的情况下，均衡法往往可以获得满意的计算结果。
矿井充水含水层的收入项一般由下面几部分组成： Q1——大气降水渗入补给含水层的水量，m/d；
Q2——从其它地区同一含水层中流入矿区含水层的水量，m/d； Q3——从矿区内其它含水层流入充水含水层的水量，m/d； Q4——地表水渗入补给充水含水层的水量，m/d；
Q5——灌溉水、废水、人工补给水、排水流入矿区含水层的水量，m/d。 矿井充水含水层的排泄量一般由下面几部分组成：
Q2′——从矿区含水层流出矿区外围同一层中的水量，m/d； Q1′——从含水层中蒸发消耗的水量，m/d； Q3′——从矿区含水层流向其它含水层的水量，m/d； Q4′——矿区含水层排入地表水中的水量，m/d； Q5′——矿区含水层的排水和供水量，m/d。 水均衡方程式的一般形式如下： 对于潜水含水层：
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3
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3
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??hFμ=(Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5)-(Q1′＋Q2′＋Q3′＋Q4′＋Q5′)????????（4-17） ?t对于承压水含水层：
??s*
Fμ=(Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5)-(Q1′＋Q2′＋Q3′＋Q4′＋Q5′)????????（4-18） ?t2
式中： F——均衡区面积，m；
μ——潜水含水层给水度； μ——承压含水层贮水系数； Δt——均衡计算时期（d）； Δh——潜水含水层水位升降（m）；
Δs——承压含水层水压升降（m）。 4.9.2.5 数值法
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*
数值法是随着电子计算机的出现而迅速发展起来的一种计算方法，分为有限单元法和有限差分法。
数值法能灵活地适应各种非均质含水层和各种边界条件，并能与开拓方案结合起来进行运算，从而比较真实地描述勘查区水文地质模型的各种特征，较好地达到预测精度，但要求工程控制程度较高。
数值法计算一般可用来解决下列问题：
1、利用地下水动态观测或者大流量抽水观测资料，反求水文地质参数，验证水文地质模型。 2、模拟地下水的疏干过程，预报地下水位和矿井疏排水量。 描述非均质二维非稳定流疏干流场渗透运动的偏微分方程如下： ??h??h?h(Tx)?(Ty)?q?S?0???????????（4-19） ?x?x?x?y?t式中： T——导水系数（m/d）；
h——水柱高度（m）；
q——单位时间、单位面积上的垂直补给或排泄量；
μ（潜水含水层给水度） S=｛
μ（承压含水层贮水系数）； t——时间步长（d）。
5、工程地质勘查评价 5.1 勘查类型
5.1.1 依据煤层及围岩工程地质特征、主要工程地质问题出现层位，分为三类：
第一类 松散、软弱岩类：以第四系砂、砂砾石及粘性土，或第三系弱胶结的砂质、粘土质岩石为主的岩类。岩体稳定性取决于岩性、岩层结构和饱水情况，稳定性差。勘查中应着重查明岩（土）体的岩性、结构及其物理力学特性。
第二类 块状岩类：以火成岩、结晶变质岩为主的岩类。块状结构，岩体稳定性取决于构造破碎带、蚀变带及风化带的发育程度，一般岩体稳定性好。勘查中应着重查明Ⅱ、Ⅲ级结构面（附录D）的分布、产状、延伸情况、充填物、粗糙度及其结合关系；蚀变带的宽度、破碎程度；风化带深度及风化程度。
第三类 层状岩类：以碎屑岩、沉积变质岩、火山沉积岩、碳酸盐岩为主的岩类。层状结构，岩体各向异性，强度变化大。岩体稳定性主要取决于层间软弱面、软弱夹层、构造破碎及岩体风化程度。勘查中应着重查明岩层组合特征；软弱夹层分布位置、数量、粘土矿物成分、厚度及其水理、物理力学性质。
5.1.2 根据地形、地貌、地层岩性、地质构造、岩体风化及岩溶发育程度、第四系覆盖厚度、地下水静水压力等因素，将工程地质勘查的复杂程度划分为三型：
简单型：地形地貌条件简单，地形有利于自然排水；地层岩性单一，地质构造简单，岩溶不发育，岩体结构以整块或厚层状结构为主，岩石强度高，稳定性好，岩体完整及较完整，岩体质量等
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级好～特好或Ⅰ～Ⅱ级，不易发生矿山工程地质问题。
中等型：地层岩性较复杂，地质构造发育，风化及岩溶作用中等或有软弱夹层及局部破碎带和饱水砂层影响岩体稳定，岩体中等完整，岩体质量等级一般或Ⅲ级，局部地段易发生矿山工程地质问题。
复杂型：地层岩性复杂，岩石风化、岩溶作用强，构造破碎带发育，岩石破碎，岩体完整性差及破碎，岩体质量等级坏～极坏或Ⅳ～Ⅴ级，新构造活动强烈或松散软弱层厚、含水砂层多、分布广，地下水具有较大的静水压力，矿山工程地质问题发生的比较普遍和经常。
5.2 基本要求
5.2.1 煤炭资源地质勘查工作中，应重视工程地质勘查工作。
5.2.2 预查阶段不要求进行工程地质勘查工作；普查阶段大致了解勘查区开发建设的工程地质条件；详查阶段要求基本查明可采煤层顶底板工程地质特征，对可能影响矿区开发建设的工程地质条件做出评价。
5.2.3 勘探阶段应详细研究先期开采地段主要可采煤层顶底板及井巷围岩的工程地质特征并做出相应评价，评述开采后工程地质条件的可能变化。根据矿井不同的开拓方式，应分别达到下述基本要求：
1、井工开采
（1）在研究勘查区地层岩性、厚度及分布规律的基础上，划分岩（土）体的工程地质岩组，查明对煤层开采不利的软弱岩组的性质、产状与分布。
（2）详细查明勘查区所处构造部位，主要构造线方向，各级结构面的分布、产状、规模及充填、充水情况，确定结构面的级别（附录D）及主要不良优势结构面，指出其对煤层开采的影响。
（3）测定可采煤层顶底板及井巷围岩各种岩石（土）的物理力学参数，详细查明其岩体结构、岩体质量，参照附录E、H对岩体质量及其稳定性作出评价。
（4）在构造活动强烈的高地应力地区，有条件时，应专门进行地应力测量，确定最大主应力方向及大小。
（5）扩大延深勘探矿区，应详细调查矿床开采中已发生的各种工程地质问题，查明其产生的条件和原因，并针对扩大延深可能产生的工程地质问题进行相应的工作。
2、露天开采
（1）除需达到前述井工开采的相应要求外，勘探阶段还应满足边坡及剥离物强度勘探的有关要求。
（2）边坡勘探
1）松散岩（土）类边坡：查明岩（土）层的岩性、结构；粘土岩的矿物成分、含量、分布范围、物理力学性质（特别是抗剪切）和水理性质，含水层的水压、透水性和岩石力学强度差异明显的岩层界面位置及特征。
2）层状岩类边坡：查明软弱夹层的层位、岩性、厚度、产状、分布；粘土矿物成分、含量、物理力学和水理性质；各类结构面的发育程度和组合关系，含水层的水压等。
3）块状岩类边坡：查明边坡与各类结构面的产状、组合关系、结构面的发育程度、充填物成分、
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分布及物理力学性质。
（3） 剥离物强度勘探
1）对适宜建设特大型露天开采的矿床，应着重查明岩（煤）石强度的空间分布规律，为能否采用轮斗开采提供岩（煤）石的力学强度基础资料。
2）运用地质方法及物探测井配合岩石物理力学试验进行岩（煤）层对比，着重查明剖面上岩（煤）层层序、岩性、厚度、结构；岩（煤）石强度变化；岩（煤）石裂隙发育程度、规模、密度、产状、充填胶结情况，建立完整的地质柱状及其对比剖面。尤其应查明硬岩的层位、岩性、厚度、分布及其在剥离物中的比例。
5.3 工程布置原则
5.3.1 勘探工程应能控制采矿工程可能影响的范围。
5.3.2 已确定开采方式的矿区，勘探工程的布置应结合开采方式。
5.3.3 井工开采的矿区，主要工作量应放在先期开采地段，根据工程地质条件复杂程度沿煤层走向与倾向以工程地质剖面控制。
5.3.4 应重视地表工程地质测绘和地质孔的岩芯编录等基础工作，在此基础上结合采矿工程需要，布置工程地质勘探剖面，工程地质孔应与地质、水文地质孔相结合，一孔多用。
5.3.5 露天开采矿区，边坡勘探的重点是首期开采地段的长久帮和边帮，以勘探剖面进行控制。 5.3.6 剥离物强度勘探，重点是首期开采地段，同时对全区作适当控制。勘探线沿岩石强度变化的主导方向布置，其线距视岩石强度均匀程度、勘探面积大小而定。剥离物强度小于6MPa的松散软岩类矿区，可选择少量钻孔取芯进行采样试验；6～15MPa的中硬岩类矿区线距400～1200m；强度大于15MPa的硬岩类矿区一般只宜布少量钻孔进行控制。
5.3.7 工程地质勘查工程量可按附录L执行。所控制的面积与水文地质勘查面积一致，结合面积的大小可酌情增减工程量。工程地质测绘工作可与水文地质测绘综合进行。
5.4 勘查技术要求 5.4.1 工程地质测绘
5.4.1.1 范围以达到采矿工程可能影响的边界外200～300m ，比例尺为1：10000～1：2000。 5.4.1.2 测绘内容
1、划分工程地质岩组，详细调查软弱岩组的性质、分布及其工程地质特征。
2、调查区内软弱夹层及各类结构面的分布、物质组成、胶结程度、结构面的特征及组合关系，按附录D进行分级。
3、按岩组和不同构造部位进行节理裂隙统计，测量其产状、宽度及延伸长度，编制玫瑰花图或极射赤平投影图，确定优势节理裂隙发育方向，参照附录H划分岩体结构类型。
4、对主要围岩的风化特征进行研究，可参照附录I划分岩体的强弱风化带。
5、对自然斜坡和人工边坡进行实地测定，研究边坡坡高、坡面形态与岩体结构的关系；调查各种物理地质现象。
6、对矿区工程地质条件有影响的地下水露头点、含水岩层与隔水层接触界面特征、构造破碎带
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的水理性质进行重点调查研究。
7、详细调查生产矿井及相邻矿山的各类工程地质问题；调查露采边坡变形特征、变形类型、形成条件和影响因素，井巷变形破坏特征、支护情况，变形破坏与软弱层、破碎带、节理裂隙发育带等结构面的关系。
5.4.2 钻孔工程地质编录
5.4.2.1 钻孔工程地质编录内容包括：统计与描述岩芯块度及采取率，绘制岩芯块度柱状图；统计节理裂隙；确定钻孔中流砂层、破碎带、裂隙密集带、风化带与软弱夹层、岩溶发育带的位置和深度；并可按工程地质岩组用点载荷仪测定岩石力学指标。
5.4.2.2 按钻进回次测定岩石质量指标（RQD），确定不同岩组RQD值的范围和平均值。RQD值一般按公式（5-1）计算确定：
RQD（%）=
LpLt×100????????????（5-1）
式中：Lp——某岩组大于10cm完整岩芯长度之和，m；
Lt——某岩组钻探总进尺，m。
5.4.2.3 根据RQD值，按附录E划分岩石质量等级和岩体质量等级。
5.4.2.4 野外岩石点载荷强度试验的标准试件规格φ50mm，不同直径岩样的点载荷强度值换算为标准试件的强度值称为点载荷强度指数，按公式（5-2）计算：
?Is（50）=
PD3250??????????????（5-2）
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式中：Is（50）——点载荷强度指数，MPa/cm；
P——破坏载荷，MPa； D—试样直径，cm。
抗压强度和点载荷强度指数的关系按公式（5-3）计算：
Rc=25Is（50）????????????????（5-3） 式中：Rc——岩石轴向抗压强度，MPa/cm；
Is（50）——点载荷强度指数，MPa/cm。 5.4.3 工程地质钻探
5.4.3.1 钻探深度：露天开采宜控制最终坡脚或坑底以下30～50m；井工开采控制到可采煤层及主要井巷标高以下20～30m。
5.4.3.2 钻孔孔径以满足采取岩、土物理力学试验规格为准。 5.4.3.3 要求全部取芯钻进。岩芯采取率可根据不同目的确定。
5.4.3.4 应进行物探测井，结合钻探地质剖面，确定岩石风化带深度、构造破碎带、岩溶发育带及层间软弱夹层的分布部位。
5.4.3.5 剥离物强度勘探工作中，为评价轮斗工艺开采的可能性，需取得完整钻孔断面岩石强度资料，建立钻孔岩石强度柱状。充分发挥物探测井的作用，配合力学试验成果，评价岩石强度及其变化规律。
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