裂隙发育极不均一，含岩溶裂隙承压水。L7-8灰岩岩溶裂隙发育不均匀，其突水性及透水性差异较大，该层为二1煤层底板直接充水含水层，对其开采有直接影响。
8、太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层
该含水层由L1-4四层灰岩组成。一般厚10~20m。该套灰岩为深灰色厚层状隐晶质结构，含岩溶裂隙承压水。该含水层突水、导水条件中等。
该含水层距奥灰含水层较近，为一1煤层顶板直接充水含水层，二1煤层底板间接充水含水层。
9、奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层
该层在郑州矿区厚度0~43米，平均厚度14米，为灰色、质纯、致密、性脆、厚层状的灰岩，含岩溶裂隙承压水。据有关资料，该层岩溶裂隙发育，但不均匀，在不同水平、不同区域的透水性及突水性差异很大。
该含水层为一1煤底板直接充水含水层，上距二1煤68~90m左右，上距一1煤2.8~13.2m。若遇导水断层及其它导水通道或二1煤层直接与其对接，对开采二1煤层的矿井会造成极大的威胁。华北地区开采二1煤层的矿井出现重大水患甚至淹井事故，多数是由此含水层引起的。
10、寒武系灰岩岩溶裂隙含水层
该含水层包括上统长山组、上统崮山组、中统张夏组。岩性为灰白、灰黄色中厚层状隐晶质白云质灰岩，岩溶裂隙发育。该含水层与奥陶系灰岩含水层水力联系密切，对一1煤层开采有较大影响。 （二）隔水层
1、第四系粘土层
在郑州矿区，在第四系地层中、下部存在多层砂质亚粘土和亚粘土，区域不同，厚度不等。是第四系含水层与第三系含水层及其他时代含水层之间良好的隔水层。
2、三叠系粉砂、泥岩段及第三系粘土、砂质粘土段隔水层
该层系指三叠系底部金斗砂岩顶界至第三系顶界的粉砂岩、砂质泥岩及粘土、砂质粘土段。在郑州矿区，该段分布较稳定，总厚度大于200米，是第四系含水层与煤系地层间良好的隔水层。
3、二叠系泥岩及砂质泥岩段隔水层
该层系指下石盒子组下部发育的砂锅密砂岩顶面至二叠系上部平顶山砂岩底面全部泥岩、砂质泥岩，它们与含水层相间排到，在郑州矿区，单层厚度为46~104米，阻隔了碎屑岩组各含水层之间的水力联系，一般隔水性较好。
由于上述隔水层的存在，有效地阻止了顶板水进入开采二1煤矿井，但由于采动后采动冒裂带破坏了上述隔水层的完整性，使隔水层降低甚至失去隔水性能，导致顶板水进入矿井。
4、二1煤层底板砂泥岩隔水层
该层下起L7-8灰岩含水层之上，上至二1煤层底面，在郑州矿区其厚度为0.39~30.5米，一般厚10米左右，自西向东呈起伏形态，东部局部厚度为零。岩性以灰—深灰色砂质泥岩和泥岩为主夹粉砂岩、细砂岩及不稳定的薄层灰岩（L9）。该层对L7-8灰岩岩溶裂隙承压水进入开采二1煤的矿井有一定的隔水作用，但在局部厚度变薄处，特别是断裂带附近会引起二1煤层底板突水。
5、太原组中部砂泥岩段隔水层
该层下起L4灰岩顶面，上至L7灰岩底面。在郑州矿区，其厚度10~49米左右，岩性以灰色、深灰色砂质泥岩和泥岩互层为主，夹细砂岩、薄层煤及不稳定的L5、L6灰岩。其层位、厚度较稳定，隔水性能较好，为L1-4灰岩与L7-8灰岩含水层之间的隔水层。因此，在采掘过程中，应对该层加以保护，以防该层遭到破坏致使L1-4灰岩岩溶裂隙承压水通过导水裂隙补给L7-8灰岩含水层，最终进入开采二1煤矿井内。
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6、本溪组铝土质泥岩隔水层
该层上自一1煤层底板，下至奥陶系灰岩顶面。据有关资料，在郑州矿区厚度为4~30米左右，岩性以灰白，浅灰色铝土质泥岩为主，并含有深灰色炭质泥岩，局部夹细砂岩。该层结构致密，裂隙不发育，隔水性能良好。但在变薄处或断层破碎带部位，将会被奥陶系灰岩高压岩溶裂隙承压水突破，它对一1煤层的开采有直接影响。
三、郑州矿区主要含水层与主采煤层（二1、一1煤）之间的相互关系
在郑州矿区目前主要开采山西组二1煤，随着二1煤层资源的枯竭，以后会考虑开采石炭系上统太原群下部普遍较发育的一1煤层。下面简要介绍矿区内主要含水层奥陶系马家沟组灰岩岩溶裂隙承压水含水层、石炭系太原群灰岩岩溶裂隙承压水含水层以及山西组和石盒子组砂岩孔隙裂隙承压水含水层与主采煤层（二1、一1煤）之间的相互关系。
二叠系山西组中包含了矿区主采煤层二1煤，二1煤层与其之上的大占砂岩含水层之间的隔水层为砂质泥岩，厚度1~9米，局部地段
二1煤层直接与大占砂岩接触，砂岩含水层成为二1煤层开采的直接顶板涌水水源。二1煤层之上的石盒子组泥岩和砂岩层，含水性弱，在局部裂隙发育和破碎带的地段可能存在富水区，其与山西组上部的砂岩相接，距二1煤层顶板极近，由于二1煤层煤质松软，在采用放顶方式开采煤的矿井，放顶高度有时可达到20余米高，产生的冒落带和裂隙带可达到百米以上，由此会使此段地层内的多个含水层相沟通，所以在岩石破裂区段有可能形成二1煤层顶板突水。
在郑煤集团告成矿，由于滑动构造的影响，使滑动构造面上、下的地层产状在多数地段发生明显的不一致，同时由于滑动构造面主要存在于二1煤层及其附近，致使二1煤层直接与其上的多个孔隙裂隙含水层基本上直接对接，其间仅有20米左右的滑动构造泥和滑动构造角砾岩，实践证明，告成煤矿在二1煤层的采掘过程中，只要发生顶板松动和冒落，大多情况下，在顶板松动和冒落部位会发生淋水和涌水现象。
石炭系上统太原群含水层上距二1煤层底板约10米左右，为岩溶裂隙承压水，其富水性强但不均匀。其中上段含水层有三层，L7-8灰岩普遍发育，是上段的主要含水区，下段中的L1灰岩发育稳定，是主要含水层。二1煤层下距L7-8灰岩之间的隔水层为深灰色砂质泥岩，其厚度0~10米，由于采动破坏带一般大于10米，使该隔水层不能起到隔水作用，L7-8灰岩处于采动裂隙底板破坏带内，是底板涌水的直接水源。由于断层及垂直裂隙带的导水作用，使深部的奥灰含水层与太原组薄层灰岩沟通，是矿井突水的主要因素。
奥陶系灰岩含水层距主采煤层二1煤层底板平均约70米左右，含水不均，但突水性强，为矿井底板水的重要突水水源。随着矿井深部的延伸，奥灰水压增大，构造更复杂，煤层采动破坏深度增加，突水的概率将增大。
一1煤层下距奥灰仅10米左右，将受到奥灰水的严重威胁。因此，在开采一1煤层之前，应进行针对一1煤层开采的水文地质勘探，查明水文地质条件，制定详细的防排水措施。
第三节 矿井充水条件分析 一、 矿井充水水源
(一)天然充水水源
矿井的充水天然水源主要有大气降水、地表水、地下水三种水源。 1、大气降水
大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿井充水都直接或间接地与大气降水有关。但这里所讲大气降水水源，是指对矿井直接充水的大气大气降水水源。
以大气降水补给为主的煤层矿床埋藏特点:①开采煤层时其主要充水岩层（组）是裸露的或者其覆盖层很薄；②煤层埋藏较浅；③开采的煤层处于分水岭和地下水位以上的地段。
大气降水充水特点：大气降水是矿井地下水的主要补给来源。所有的矿井充水，都直接
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或间接受到大气降水的影响。对于大多数生产矿井而言，大气降水首先渗入地下，补给充水含水层，然后再涌入矿井。
以大气降水为主要充水水源的矿井，其涌水量变化有如下规律：①矿井充水程度与地区降水量大小、降水性质、强度和入渗条件有关。如长时间的降雨对入渗有利，矿井涌水量大，反之，则矿井涌水量就小；②矿井涌水变化与当地降水量变化过程相一致，具有明显的季节性和多年周期性变化规律；③同一矿井，随着开采深度的增加，涌水量峰值出现时间滞后。这是由于随着开采深度的增加岩层透水性减弱和补给距离增加所致。
2、地表水
在有大型地表水体分布（河流、水库、水池）的矿区，查清天然条件下和矿井开采后的地表水对矿井开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿井水文地质工作的头等大事，是评价矿井开采价值的重要内容。地表水不仅可能造成矿井突然涌水，严重情况下会导致水沙同时溃入矿井。
地表水能否进入井下，由一系列的自然因素和人为因素决定，主要取决于巷道距地表水体的远近、水体与巷道之间的地层及构造条件和所采用的开采方法。一般来说，矿体距地表水体愈近影响愈大，充水愈严重，矿井涌水量愈大。若矿井充水水源为常年存在的地表水体时，则地表水体越大，矿井涌水量越大，且稳定，淹井时不易恢复；而季节性地表水体为充水水源时，对矿井涌水量的影响则随季节性变化；另外，地表水体所处地层的透水性强弱，直接控制矿井涌水量的大小，地层透水性好，则矿井涌水量大，反之则小。当有断层带沟通时，则易发生灾难性的突水。同样，不适当的开采方法，也会造成人为的裂隙，从而增加沟通地表水渗入井下的通道，使矿井涌水量增加。 3、地下水
围岩地下水充水类型划分：① 根据充水岩层性质不同可分为：砂砾石孔隙充水矿井，坚硬岩层裂隙充水矿井，岩溶充水矿井。②根据矿层与充水岩层接触关系不同可分为：直接充水矿井，间接充水矿井。③ 根据矿层与充水岩层相对位置不同可分为：顶板水充水矿井，底板水充水矿井，周边水充水矿井。
矿井由表土层至含煤地层间存在有众多的含水层，但并非所有含水层中的地下水都参与矿井涌水，即使参与矿井充水的含水层，它们的充水程度也有很大的差别，故必须对矿体周围含水层按对矿井充水程度加以区分。在煤矿生产中，井巷直接揭露或穿过的含水层和煤被开采后经冒裂带及底板突水等途径直接向矿井进水的含水层称直接充水含水层。那些与直接与充水含水层有水力联系，但只能通过直接充水含水层向矿井充水的含水层称间接含水层，它是直接充水含水层的补给水源。对天然条件和开采时都不能进入井巷的地下水，则不属于充水水源，仅属于矿区内存在的地下水。
流入矿井的地下水由两部分组成，即储存量和动储量。储存量是指充水岩层空隙中储存水的体积，即巷道未揭露含水层时其实际储存的地下水。动储量是指充水岩层获得的补给水量。它是以一定的补给与排泻为前提，以地下径流的形式，在充水岩层中不断进行水交替。
矿井在开采初期，进入矿井的地下水以储存量为主，随着较长期的降压疏放，动储量逐渐取代了储存量而进入矿井。因此，以消耗储存量为主的矿井，在排水初期就会出现最大涌水量，随着储存量的消耗，涌水量就逐渐减少，以至很快疏干。相反，如果以消耗动储量为主，则排水初期涌水量较小，以后随着开采巷道的不断扩大，并随着降落漏斗的形成而趋于稳定。由此可见，二者相比，储存量较易疏干，而动储量则往往是矿井充水的主要威胁。
这里要特别强调岩溶水。岩溶水源在我国华北和华南的许多矿区较为常见。如华北石炭二叠纪含煤地层厚度达数百米，假整合于岩溶比较发育的奥陶系石灰岩强含水层之上。就郑州矿区而言，多次发生的重大突水事故，其直接或间接水源绝大多数多为石灰岩含水层中的岩溶水。岩溶水源突水的一般特点是：水压高、水量大、来势猛、涌水量稳定，不易疏干，
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危害性大。其突水规律受岩溶发育程度及规律的控制。 (二)人为充水水源 1、袭夺水
由于矿井开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺水源存在下列几种情况；①位于矿井地下水排泄区的泉水；②位于矿井地下水排泄区的地表水体（湖、河、水库）；③位于矿井地下水迳流带内的排泄区一侧相邻含水层；④相邻水文地质单元地下水。
2、老窑及采空区积水
古代及近期的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而使地下水集聚。当采掘工作面接近它们时，其内积水便会成为矿井充水的人为水源。它们具有下列特点：①水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有关；②老窑水为多年积水，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，并多为酸性水，有较强的腐蚀性；③老窖突水一般水势迅猛，硫化氢气体危害性大；④采空区积水成为突水水源时，来势猛，易造成严重水害事故；⑤当与其它水源无联系时，易于疏干，若与其它水源有联系时，则可造成量大而稳定的涌水。
在郑州矿区，沿煤层露头一带广泛分布有小煤窑及老窑，特别是老窑，它们采深一般为40～50米，个别达140米，这些老窑废弃井巷多已积水，其积水对采矿活动构成直接充水威胁。这种水源突水特点是当井巷误揭积水老空时，老空水会在短时间内大量涌入矿坑，有时也会造成淹井事故。
综上所述并结合郑州矿区的实际，该矿区矿井充水可来自不同水源。一般开采深度比较大的矿井以煤层底板灰岩岩溶裂隙水为主，兼有其他水源，浅部矿井包括地方小窑则以大气降水水源为主，地表水和老空水只有在特殊情况下才在矿井充水中起作用。 二矿井充水通道
水源的存在表明矿井充水的可能性，要使矿井充水成为现实，还必须有矿井充水的通道，充水通道是决定矿床充水程度的主要方面，不同充水通道的充水特征及对矿井危害性是不一样的。对防治水来说，研究充水通道的意义尤为重要。矿井充水通道有自然形成的和人为造成的两大类。
(一)天然充水通道
矿井天然充水通道主要包括点状岩溶陷落柱、线状断裂（裂隙）带、窄条状隐伏露头、面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄或尖灭）和地震裂隙等。
1、点状岩溶陷落柱通道
岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期物理和化学作用下, 中奥陶统灰岩形成了大量的古岩溶空洞，在上覆岩层和重力的作用下, 空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，被下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系，特别位于富水带上的岩溶陷落柱，可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。
岩溶陷落柱的地表特征比较明显, 特别在基岩裸露区更为明显。 一般陷落柱出露处岩层产状杂乱，无层次可寻，乱石林立，充填着上覆不同地层的破碎岩块。陷落柱周围岩层因受塌陷影响而略显弯曲，并多向陷落区内倾斜。井下陷落柱形态一般呈下大上小的圆锥体，陷落柱高度取决于陷落的古溶洞的规模, 溶洞空间愈大则陷落柱发育高度也愈高，甚至可波及地表。堆积在陷落柱内的岩石碎块呈棱角状，形状不规则，排列紊乱，分选性差。
陷落柱的导水形式多种多样，有的陷落柱柱体本身导水；有的柱体是阻水的，但陷落柱四周或局部由于受塌陷作用影响形成较为密集的次生带，从而沟通多层含水层组之间地下水的水力联系；还有的陷落柱柱体内部分导水，部分阻水。影响岩溶陷落柱分布的因素较为复杂，其展布规律至今研究不够。但根据目前研究成果，地质构造是控制岩溶陷落柱分布规律
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的主要因素之一。
2、断裂(裂隙)带通道
断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿井开采时人为采矿活动方式与强度。这里重点分析断裂带的性质等，后面问题在矿井充水人为因素部分讲述。
（1）隔水断层：一般为压扭性断层或断层带被粘土质充填，使两侧含水层不发生水力联系。在矿井开采时，由于人为活动，天然状态下隔水断层常变为导水断层。隔水断层处于不同位置其水文地质意义亦不同，隔水断层分布于主要充水岩层内时，常分割充水岩层的水力联系；隔水断层在边界上时，阻止区域地下水补给。
（2）导水断层：一般为张性断层。导水断层所处位置不同其水文地质意义亦不同。当导水断层位于区域边界时，常形成充水含水层或临近充水含水层的补给通道；当导水断层与地表水连通时，常形成地表水体补给矿井的主要通道；当充水岩层被导水断层切割时，将增加充水岩层与外界的水力联系程度；当导水断层切割矿层隔水顶、底板时，断层常引起顶板或底板突水问题。
沟通充水含水层组密切水力联系的线状断裂(裂隙)带多发生在断层密集带、断层交叉点、断层收敛处或断层尖灭端等部位。
另外，节理尤其是张节理是矿井充水的有利通道。在一般情况下，脆性岩石较柔性岩石的节理更为发育，其裂隙宽度较大；柔性岩石中的裂隙大多是细小闭合的，其透水性差，但多组裂隙相互沟通时，也可形成矿井充水的良好通道。
3、窄条状隐伏露头通道
在我国大部分煤矿山，煤系薄层灰岩含水层和中厚层砂岩裂隙含水层以及巨厚层的碳酸盐岩含水层多呈窄条状的隐伏露头形式与上覆第四系松散沉积物不整合接触。影响隐伏露头部位多层充水含水层组地下水垂向间水力交替的因素主要有两个：①隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小，一般地说，风化带的风化强度愈强或愈弱，基渗透性均较弱；②上覆第四系底孔隙含水层组底部是否存在较厚的粘性土隔水层。
4、面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)通道
根据含煤岩系和矿井水文地质沉积环境分析，在华北型煤田的北部一带，煤系含水层组主要以厚层状砂岩含水层组为主，薄层灰岩沉积较少。在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩和泥岩为主的隔水层组。在地质历史的多期构造应力作用下，脆性的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力，致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理，形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。这种面状展布的裂隙网络随着上、下充水含水层组地下水水头差增大，以面状越流形式的垂向水交换量也将增加。这种呈面状分布的垂直裂隙网络系统已被矿山大量地质勘探钻孔和井下采掘工程所证实。
5、地震通道
根据开滦唐山矿在唐山地震时矿井涌水量和矿区地下水水位观测资料，地震前区域含水层受张时，区域地下水水位下降，矿坑涌水量明显减少；地震发生时，区域含水层压缩，区域水位瞬时上升数米，矿坑涌水量瞬时增加数倍；强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水逐渐下降，矿井涌水量也逐渐减少。震后区域含水层仍存在残余变形，所以矿井涌水在很长时间内恢复不到正常涌水量。矿井涌水量变化幅度与地震强度成正比，与震源距离成反比。 (二)人为充水通道
矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、底板矿压破坏带和封孔质量不佳钻孔等。 1、顶板冒落裂隙带及底板矿压破坏带
根据对岩层移动规律的研究，当煤层开采后，采空区上方的岩体失去平衡，引起垮落、开裂和移动塌陷，直到充满采空区为止，从而形成煤层上部岩体三个不同的破坏带（简称上三带）。
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