A. 義馬礦區地質與水文地質條件
一、氣象水文
本區屬溫帶大陸型季風氣候，年最大降水量1079.33mm（1964年），年最小降水量1079.33mm（1965年），多年平均降水量為670.88mm，降水多集中在7、8、9 三個月，佔全年降水量的50%～60%。最高氣溫44℃（1966年6月20日），最低氣溫-17.1℃（1969年1月31日）。
流經義馬新安煤礦的主要河流有畛河，其次為寺河與北治河，屬黃河水系。畛河發源於青野地，經上孤燈、渠里、石寺、枝山頭、倉頭至狂口流入黃河，全長56km，中下遊河床寬20～30m。畛河匯水面積348km2，全長56km，歷年最大流量4280m3/s（1958年7月17日），多年平均量2.5m3/s，在特旱年的乾旱季節曾出現斷流現象。
石寺河在石寺村匯入畛河，河床寬20～30m。北治河在馬河一帶匯入畛河，河床平坦，一般旱季乾涸，雨季洪峰量可達368.58m3/s，淹沒寬度達150m左右。
二、地形地貌
義馬礦區新安煤礦位於新安縣石寺鄉，東距洛陽33km，地理坐標為東經112°45′00″～122°14′00″，北緯34°45′00″～34°54′30″。
新安礦區位於低山丘陵地區，地勢西高東低，山脈走向大致由南西向北東延伸。最高處雲夢山海拔+635m，最低處眷茲一帶海拔+200m左右，相對高差435m。西北部為低山區，由震旦系、寒武系、奧陶系組成一級分水嶺，東部由二疊系堅硬的平頂山砂岩及砂質泥岩組成不對稱的單面山地形，為二級分水嶺，北部多由二疊系砂岩、泥岩及砂質泥岩構成丘陵地帶，地層傾角平緩，岩石抗風化能力差，多形成坡緩頂圓的山丘。沖溝較為發育，水土流失嚴重。
畛河河谷地形平緩開闊，基本為U字型河谷。河谷階地具明顯的不對稱性，一般可劃分為二級階地。Ⅰ級階地為河漫灘以上第一個平台，主要由灰黃色砂粘土或砂沙土組成，一般高出河床10m左右，村莊密布，寬度幾十米至上百米，地形平坦；Ⅱ級階地多沿次一級河谷分布，一般高出河床20～40m，主要由黃土狀粒砂土或粘砂土組成，局部見砂卵石直接覆蓋於基岩上，其特點為垂直節理發育。
三、地層構造
1.地層
新安礦區屬華北型石炭系—二疊系含煤建造，出露有新元古界震旦系，古生界寒武系、奧陶系、二疊系，中生界三疊系，新生界第三系、第四系。煤系地層為下二疊統山西組。
該礦區主要可採煤層為下二疊統山西組二1煤，煤厚0～18.88m，平均厚4.22m，礦區淺部大體以二1煤層底板+150m等高線為界，深部以二1煤層底板-200m等高線為界。礦區走向長15.5km，傾向寬3.5km，面積53.583km2，可采儲量26962×104t。
2.構造
新安礦區位於新安傾伏向斜之北翼，為一平緩的單斜構造，向斜軸向近東西向，北翼傾角平緩，一般為7°～11°，南部傾角不明。向斜向西抬起收斂，向東傾沒撒開，核部被新生界覆蓋，礦區內地層大致走向為NE56°—NE30°，地層傾角西部較大為9°～11°，東部較小為7°～8°。
礦區內斷層稀少，多為斜交正斷層，除礦區邊界斷層F2、F29及礦區邊界斷層F58落差較大（50～300m）外，其他均小於20m。以下將幾條有代表性的斷層加以敘述。
（1）F58斷層（龍潭或新安平等斷層）：為斜交正斷層，系礦區西南部邊界，走向NW，傾向NE，傾角70°，落差由北向南為50～200m。
（2）F2斷層（許村斷層）：為斜交正斷層，為礦區東北部邊界斷層，走向近EW，傾向N—NE，傾角65°～70°，落差150～200m。
（3）F29斷層：為斜交正斷層，為礦區東部邊界，走問N—NW，傾向SW—W，傾角65°～70°，落差25～50m。
（4）岸上斷層：對礦區構造形態影響較大的斷層為岸上斷層，位於礦區外西南部，性質為正斷層，落差大於500m；本區位於下降盤，該斷層構成義馬水文地質分區和新安水文地質分區的分界線；義馬礦區以岸上斷層為界分義馬煤田和新安礦區；義馬煤田的開採煤層為中生界下侏羅統煤層，不存在高承壓水上採煤，煤層開采與奧灰水無關；本書所研究的是義馬新安礦區。
除上述較大的斷層外，區內小斷層及層間撓曲較多。小斷層性質多為正斷層，斷距0.25～3.6m，最大為9.47m。斷層方向有兩組，一組走向NW；一組走向NE，構成「X」型。這些斷層規模較小，其延伸長度一般在1000m范圍之內，對局部地段的喀斯特發育和喀斯特地下水的富集起著明顯的控製作用。
四、含水層與隔水層
1.含水層
根據岩性及含水性、地下水儲存與埋藏條件，在礦區內劃分7個含水層，與高承壓水上採煤有關、煤層底板以下有兩個主要含水層，由下而上為：
（1）奧陶系灰岩喀斯特裂隙承壓含水層：由冶里組白雲質灰岩與馬家溝組灰岩組成，出露面積32km2。據以往勘探鑽孔揭露，厚度64.84～119m，地表出露廣泛、補給量豐富，以礦區北部灰岩裸露區和淺埋區喀斯特發育，含水性較強，但富水性極不均勻，根據兩次抽水試驗資料K=0.01～9.02m/d。本層上距二1煤43.77～74.50m，平均53.76m，屬間接充水含水層，層間距在北方煤礦區中比較小。根據井下出水資料，奧陶系灰岩含水層構成煤層底板充水威脅，常造成礦井突水淹井事故。
（2）太原組灰岩喀斯特裂隙承壓含水層：太原組主要岩性為灰岩、硅質泥岩、砂岩、砂質泥岩及煤層組成，總厚34～55m，平均厚40m，K=0.017～113.40m/d，其中灰岩一般為3～4層，單層厚度0.2～7.5m，灰岩總厚7.04～16.35m，一般10m左右，其中L7和L1-3最為發育，L7灰岩厚1.36～6.55m，平均3.76m，頂距二1煤底板10m左右，屬直接充水含水層；L1-3灰岩由3層灰岩組成，總厚8m左右，富水性較強，屬間接充水含水層。
2.隔水層
奧陶系灰岩頂面至二1煤底板共有兩層隔水層。第一隔水層為本溪組鋁土泥岩或鋁土岩，厚3～25m，平均厚9.08m左右，據以往鑽孔揭露礦區內普遍發育，層位穩定，裂隙不發育，岩性緻密，不透水，其隔水性能良好，但其厚度太小，可能阻止不了奧陶系灰岩水與太原組灰岩水之間的水力聯系。
第二隔水層為二1煤底板至L7灰岩之間的砂質泥岩、泥岩等，裂隙多為閉合型或具有充填物，透水性極差，厚6.6～15.27m，一般厚10m左右，本礦區普遍發育，厚度較為穩定。但該段一般在采動破裂帶內，意義不是太大。
五、地下水運動特徵
寒武系、奧陶系灰岩出露面積較廣，約108km2，地表喀斯特較為發育有利於大氣降水補給，補給量豐富；同時，地表河流在流經灰岩裸露段時，亦對地下水有補給作用。大氣降水是本區地下水的主要補給水源。喀斯特地下水的徑流條件受構造及喀斯特發育方向的控制，其喀斯特發育方向為NW和NE兩組，喀斯特地下水的運移方向為由西南向東北，排泄於黃河一帶。另外有部分喀斯特水以人工方式排出。礦井突水亦是排泄方式之一。
本區為一較完整的水文地質單元——新安水文地質單元，以碳酸鹽地層為主要含水體。西南部岸上斷層為義馬水文地質單元與新安水文地質單元的分界線，屬阻水邊界；西北部碳酸鹽岩裸露區為地下水補給區，屬補給邊界。碳酸鹽岩地層向東南傾伏，深部形成滯流帶，為阻水邊界；地下水向北東方向運移，排泄於黃河。隨著國家水力樞紐工程小浪底水庫蓄水後，奧灰喀斯特地下水的排泄區演變為補給區，礦井水文地質條件發生了較大的變化，水文地質條件由簡單型變為極復雜型。
六、礦區水害特徵
義馬礦區新安煤礦是1988年建成投產的大型礦井，設計年產150×104t，1994年實產56.3×104t，突水前礦井涌水量280～300m3/h。1995年11月5日17時55分，該礦一水平12采區下山12161工作面上巷掘進巷道發生特大突水災害，最大突水量4257m3/h。雖經全力搶救，終因礦井排水能力不足，於1995年11月7日17時30分主泵房和井下變電所進水被迫放棄，致使礦井被淹，從礦井突水發生到淹井，歷時48 h。
突水發生後，共施工注漿孔11個，鑽探總進尺4164.95m，共注入石子2412.60m3，水泥4084.70t，速凝劑60t，於1996年4月18日正式完工。1996年4月23日開始排水，到1996年5月28日排水到井底，恢復井下泵房和變電所，礦井—水平涌水量280～290m3/h，恢復到突水前的正常涌水量，說明注漿堵水工作取得成功。1996年8月，礦井東翼恢復生產。
1995年11月5日發生的特大突水事故，其突水點位於12161 上巷，距皮帶巷口188m，距前方掘進面7m處，標高+32.46m。煤層下伏主要含水層為L7灰岩含水層，厚0.2～2.2m；L1-3灰岩含水層厚8.4～9.6m，上距二1煤29～35m；中奧陶世灰岩巨厚含水層，上距二1煤45～54m左右。12采區12161工作面上巷在掘進過程中未發現斷層，只在其上部的12141工作面下巷掘進中發現有3條小斷層，其落差均小於3m，其中的F3斷層在堵水段落差4.4m左右，傾向N，傾角75°～80°，在突水點正前方通過。
該次突水水源為中奧陶世灰岩喀斯特水，其依據是突水發生後，區域中奧陶世灰岩水大面積大幅度下降，其中距突水點2362m的中奧陶世灰岩供水孔，日降幅達2m左右，累積降幅達41.93m；最大突水量達4257m3/h；注漿結束後，區域中奧陶世含水層水位大幅度回升。隨著12161工作面上巷的掘進和鄰近12141工作面的采動，采動影響造成了底板的破壞，使下伏灰岩水直接導通到采空區造成了突水的發生。由此可見，中奧陶世高承壓水和F3斷層破碎帶是此次突水事故的內因，而採掘活動是誘因。
七、礦井充水條件
1.充水水源通道
對礦井的威脅主要來自於煤層底板含水層，其中太原組灰岩含水層為二1煤層底板直接充水含水層，根據歷次勘探所做的抽水試驗結果，一般單位涌水量小於0.1L/s·m，表明含水性較弱。距二1煤底板為6.6～15.27m的砂質泥岩、泥岩隔水層，一般隔水性能良好，但厚度太薄，在擾動破壞帶內。遇斷層切穿隔水層時，該層地下水可通過斷裂直接進入礦井。但從礦井實際生產情況來看，太原組灰岩出水雖然容易，但水量較小，對礦井生產影響不大。
中奧陶世灰岩含水層為二1煤底板間接充水含水層，該含水層厚度大，水量豐富，水壓高，與上覆含水層之間有一層厚9m左右的鋁土質泥岩隔水層，二1煤底板至奧灰頂面厚50m左右，中間夾有太原組灰岩含水層和兩層隔水層，一般情況下不會直接進入礦井。中奧陶世灰岩含水層頂面至二1煤底板層間距，在北方煤礦區中相比是小的，加之若遇斷層造成直接溝通，後果將是非常嚴重的。1995年11月發生的特大突水事故就是該含水層通過斷層導通進入采空區造成淹井。
2.煤層底板突水條件
煤層底板突水的關鍵，在於綜合分析底板奧灰喀斯特水的突水可能性，有的放矢地採取相應的防治措施，做到防患於未然，才能有效地防止突水事故的發生。查明奧灰富水區、主要徑流通道及導水通道的存在，在工作面開采之前，應首先查清下部奧灰喀斯特水的富水條件，劃分富水塊段，並探測、分析煤層底板中存在的原始導水通道，以及采動影響後可能形成的新的導水通道，至關重要。
煤層底板突水作為一種特殊的地質災害，受到多種因素的影響和制約。如煤層下伏含水層水量、水壓值大小；隔水層的厚度及岩性組合；底板構造狀況及采動方式等。歸納起來，發生突水的先決條件主要有兩個，即突水水源和導水通道。只有這兩個條件全部滿足時，才有可能發生突水。
沿垂直方嚮往往是在某一段標高范圍內喀斯特特別發育，水量豐富。沿水平方向在主要徑流帶，從匯水口至出水口水量豐富，且主要為動流量，因此位於該部位間的采區易出大水。這就要求對於采區下部含水層的富水性及富水帶應有請楚的認識和充分的了解。由於喀斯特發育的不均一性，在同一礦區甚至在同一采區內，沿水平和垂直方向上，灰岩含水層的富水性差異很大。