多含水层矿井煤层开采时,采空区积水受到上部复杂含水层影响,水岩作用、循环条件等发生变化。随着开采强度、规模的增加,采空区面积逐步增大,不断积聚的积水将威胁矿井安全生产,因此对多含水层矿井采空区积水的水化学特征与水源需进行系统性研究。以黄陵二号煤矿为背景矿,综合运用了野外勘探与水样采集、理论分析、水化学分析、数学模型等方法,构建了积水水源判别模型,并进行验证,应用于下峪口煤矿,主要研究结论如下:分析积水形成机制将积水区域分为3个部分;分析充水因素,充水水源包括:地表水、地下水、其他来源等,充水通道主要为导水裂隙带,充水强度取决于上覆顶板含水层富水性;分析积水主要影响因素包括:顶底板岩性特征、开采方法与回采工艺、时间因素等。运用水化学分析等方法分析了水样数据,结果表明地表水、浅部含水层（第四系、洛河组）与深部含水层（直罗组、延安组）水化学特征差异显著,深部含水层与采空区积水水化学特征相近,符合水文地球化学分带性特征。积水水质演化机理显示演化过程有多种物质参与,水岩作用剧烈。构建积水水源判别模型,运用模糊综合评判法确定积水水源为侏罗系延安组含水层;运用系统聚类分析、灰色关联度分析,结果显示:采空区积水与侏罗系延安组水体间相似度较高,灰色关联度较高,积水水源主要为侏罗系延安组含水层,少量来源为侏罗系直罗组。构建BP神经网络模型仿真分析,结果一致。对判别模型进行精确度验证,结果显示判别模型精确度较高,并推广应用于其他矿井,结果准确。