我国资源禀赋特征决定了煤炭是我国主要的能源,并且在今后相当长的一段时期内难以改变这种能源格局。在煤矿生产过程中,矿井水害是仅次于瓦斯事故的第二大灾害。煤层顶底板有多个充水含水层,特别是底板岩溶充水含水层,很多突水与它密切相关;这些充水含水层中的地下水常通过断层等突水通道进入矿井。由此可见,研究矿井突水水源识别和断层的突水机理对于保护矿工生命和财产安全具有重要的意义;对于以岩溶水为主要充水水源的矿井,动态预测矿井疏降水量是安全生产的前提,进一步探讨矿井水的处理与资源化利用,对保护水资源和生态环境有重要的意义。本文以河北省蔚县北阳庄煤矿二采区皮带巷2014年9月发生的一次突水为背景开展研究。首先系统地分析矿井水文地质条件和充水因素;其次运用水文地球化学的理论和费希尔（Fisher）判别分析方法识别该次突水的水源;接着构建含断层带的典型剖面流固耦合数值模型,并通过数值模拟的手段揭示钻孔疏放水诱导断层活化突水的机理;然后建立区域岩溶水运动的数值模型,并动态预测二采区安全开采的疏降水量;最后提出以岩溶水为主要水源的矿井水处理技术和资源化利用途径,主要的研究内容和成果如下:（1）在分析北阳庄矿地质条件的基础上,深入研究各充水含水层（岩组）的岩性、结构、渗透性和富水性。进一步通过充水含水层（岩组）之间的隔水层岩性、厚度和分布规律确定各充水含水层（岩组）之间的水力联系,并分析充水含水层（岩组）的补给、径流和排泄条件。在此基础之上,确定矿井充水水源的类型及特征,充水通道的类型和充水强度的特征。结果表明:充水含水层（岩组）之间的水力联系受控于地层的沉积结构,岩溶水与裂隙水的几乎没有水力联系,裂隙水与孔隙水水力联系不密切,仅在有天窗的地段发生水力联系。充水水源为岩溶水、裂隙水和孔隙水;充水通道主要为断层,其次为矿压破坏带、承压水导升带和导水裂隙带;充水水源中岩溶水的充水强度最强。（2）收集了3个充水水源,累计33个水样的主要水化学成分(pH、TDS、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、Na⁺+K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺)的测试结果,其中孔隙水水样8个,裂隙水水样11个和岩溶水水样14个。根据测试结果统计各充水水源水化学组分的最小值、最大值和平均值,并依据统计结果分析各充水水源的水化学特征。利用Piper三线图对上述3个充水水源的33个水样和3个突水点水样进行水化学分类,同时分析充水水源形成的水文地球化学作用,并比较突水点水样的水化学类型和充水水源的水化学类型的相似程度。选取TDS、HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、Na⁺+K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺这7个主要水化学组分作为识别指标,将上述3个已知水源类型的33个水样作为训练样本,基于费希尔（Fisher）判别分析,建立矿井突水水源识别模型。利用SPSS19软件计算各判别函数及其识别贡献,依据给定显著水平评价判别函数的有效性,并确定识别贡献较大的水化学指标。以最短距离为识别准则,根据训练样本和突水点水样的判别函数值识别突水水源。利用判别函数识别训练样本的水源类型,进一步检验判别函数的有效性。通过分析突水点附近岩溶水水化学类型的演化规律推测从疏放水到突水过程中岩溶水流场的变化。此外,根据地下水动态和地下水水温识别突水水源,并与地下水化学方法识别的结果进行对比。结果表明:各充水水源的水化学特征差异相对明显,这为水化学识别突水水源提供了条件;突水点水样的水化学类型与岩溶水的水化学类型非常相近;费希尔（Fisher）判别分析方法识别的突水水源为岩溶水,它与地下水动态和地下水水温识别的结果一致,表明识别的结果可靠;突水波及的岩溶水流场的范围非常广,突水过程中相对较新的岩溶水从远处径流到突水点。（3）从断层的力学类型、几何特征、岩性结构、胶结情况,围岩岩性和水文地质特征6个方面总结富水断层、储水断层、导水断层、阻水断层和隔水断层的形成条件,论述上述每一类断层的矿井充水特征,并划分北阳庄矿断层的水文地质类型。根据煤层底板岩石的粘土矿物分析和水理及力学试验成果,分析岩石的工程地质条件,并研究了岩石吸水后的崩解和泥化特征。在分析钻孔疏放水与F_t断层带和突水的关系基础上,然后建立以理想弹塑性理论和比奥（Biot）固结理论为基础的应力场-渗流场耦合数学模型,并利用FLAC^3D软件构建两个流固耦合数值模型,分别为天然状态和疏放水扰动状态。通过折减断层带的岩石力学参数表征疏放水对断层带的软化和崩解作用,并在数值模型中耦合平均有效应力与渗透系数之间的负指数关系。模拟断层带在天然状态和扰动状态下应力、变形与渗流特征,通过对比上述指标的变化揭示断层带活化突水机理,并根据监测点的水压确定了巷道涌（突）水的时间。结果表明:断层带和围岩的低强度和强软化性是突水的根本原因,钻孔疏放水软化断层带是断层突水的诱因;断层带在天然条件下是一个软弱带,变形集中在断层带与岩溶含水岩组相交的位置,为突水创造了条件;由于疏放水软化断层带形成扰动区,使得它的最大主应力显著降低、剪切变形增加、体积应变增大、水平位移增大,同时断层带扰动区从它的中心线向两侧围岩运动,这些因素使得它的渗透性增大,进而导致岩溶水沿着断层带扰动区向上渗流。断层带岩溶水和疏放水孔岩溶水软化疏放水钻孔围岩,形成围岩扰动区。它在水压力和应力作用下发生剪切破坏,从而增大其渗透性,进而使断层带扰动区的岩溶水沿着围岩扰动区快速渗流,并通过巷道煤壁发生涌（突）水。（4）从地质特征、边界条件、岩溶埋藏类型、岩溶发育特征和岩溶水循环5个方面系统地分析岩溶水系统的特征,其中根据地质资料、抽水试验和矿井突水资料识别了边界条件;通过渗透系数和单位涌水量的统计特征,分析岩溶发育类型及特征,据此确定岩溶水流的介质模型;通过岩溶埋藏类型及边界条件确定岩溶水的补给条件。根据岩溶水系统的特征,建立岩溶水运动的数学模型,在此基础之上,运用GMS软件建立岩溶水运动的数值模型,通过疏放水和突水过程中5个岩溶水观测孔的动态,识别模型的水文地质参数及其参数分区,并运用相对均方根误差（RRMSE）评估预测模型的可靠性,同时利用敏感性指数法（SI）评估了水文地质参数的敏感性。根据底板突水评价结果,设计北阳庄矿二采区两种疏降水方案,分别为自然条件和局部注浆。利用突水系数法计算上述两种方案安全开采的临界水位,根据开采规划,动态预测了岩溶含水岩组的疏降水量。结果表明:岩溶水系统是一个相对独立的地下水系统;岩溶水运动可以被概化为非均质各项异性平面二维非稳定流,基于等效孔隙介质方法的岩溶水数值模型是可靠的;x方向渗透系数的敏感性远大于y方向渗透系数和储水系数;两种方案都可以实现安全开采,但是局部注浆可以减少矿井疏降水量,有利于保护岩溶水资源。（5）北阳庄矿矿井水的绝大部分水源为岩溶水,矿井水的水质类型为悬浮物矿井水。根据矿井水的水质和来源特征,首先在井下实施清污分流,洁净水直接利用,然后对矿井污水进行净化处理。污水处理顺序依次为采空区净化、地面澄清、消毒、除铁及挥发酚和除氟。矿井水资源化利用途径为北阳庄矿、蔚县县城、大唐电厂、农业灌溉和壶流河水库。根据优水优用和分质供水的原则,结合各用户对水资源的需求,对矿井水资源进行了优化配置。结果表明:矿井水具有较大的利用潜力,它可以产生显著的环境效益和社会效益。