15.3.1 井田水文地质特征
开平煤田位于燕山沉降带中段之南缘，为一北东向的北翼陡南翼缓的不对称向斜构造。向斜盆地北依低山，南卧平原，绝大部分隐伏于第四纪冲积层之下。向斜北部基岩裸露地区，地面标高40～60m，南部为20m左右。区内地表水系不发育。分布于煤田东部的沙河及自西部进入煤田的陡河，均系季节性河流，平时主要起着排泄矿井水的作用。矿区内主要含水层为冲积层含水层、煤系地层砂岩裂隙承压含水层、奥陶纪灰岩含水层，除第四纪潜水层外均为承压含水层，含水丰富。煤系砂岩含水层富水性受构造发育控制，主要是裂隙含水层、奥陶纪灰岩含水层岩溶发育，含水丰富，对区域内矿井威胁较大，多座矿井发生奥灰水突水水害事故。区域内含水层的补给主要为大气降水，同时由于导水构造的存在，也造成各含水层的越流补给。
在煤系地层中，对矿井直接充水的含水层是5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层、5～12煤层间砂岩裂隙承压含水层和12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层。
5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层:该层在5煤层顶板以上，平均厚度约74.4m，岩性主要为中、细砂岩及粉砂岩。该层裂隙发育，含水较丰富。采掘过程中大都表现为淋滴水，局部表现为涌水现象。该含水层在井田东部、西南部隐伏露头区与第四纪冲积层底部砾石含水层直接接触，并接受其补给。在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。整个含水层在井田范围内具有典型的裂隙水特点，节理裂隙较为发育，充水及导水性较好，含水较为丰富，单位涌水量为0.328L/s·m，渗透系数为0.339m/d，水质类型为重碳酸－钙镁钠型或重碳酸－钠型，属软水。
5～12煤层间砂岩裂隙承压含水层:该含水层由几层互不联系的含水亚层组成，主要有5～7煤层间砂岩裂隙承压含水层、7～9煤层间砂岩裂隙承压含水层、9～11煤层间砂岩裂隙承压含水层、11～12煤层间砂岩裂隙承压含水层。其中以5～7煤层间砂岩裂隙承压含水层和9～11煤层间砂岩裂隙承压含水层富水较强。该含水层在井田东部露头区接受第四纪冲积层含水层的补给，煤层采掘过程中充水形式为顶板淋滴水和底板缓慢渗水，目前主要消耗其静储量。另外，7煤层采出后，通过回采冒落裂隙带接受上部5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层的补给。据抽水试验结果，单位涌水量为0.0022～0.845L/s·m，渗透系数为0.012～1.725m/d。水质类型变化较大，为重碳酸-钠钙镁型，重碳酸－钙型，重碳酸、硫酸-钙镁型，属软水，局部矿化度较高。
12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层:该段平均厚度约60m左右，岩性主要为中、粗砂岩，含砾粗砂岩。中部的一层含砾粗砂岩，裂隙发育、含水丰富，当开拓巷道通过该层时大多表现为裂隙出水。
该含水层在井田东部、西南部与第四纪冲积层底部卵砾石含水层直接接触，并接受其补给;在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。在井田范围内，该含水层接受奥陶纪灰岩含水层的补给，其补给途径大多是岩溶陷落柱、导水断层及导水裂隙等。由于构造发育的不均一性，导致了该含水层在井田范围内富水性的不均一。在井口区及北翼，由于岩溶陷落柱及导水构造较为发育，12～14煤层间砂岩组含水层与奥陶纪灰岩岩溶水联系密切，含水较为丰富，不易疏干。
该含水层据范45孔抽水试验结果单位涌水量为0.845L/s·m，渗透系数为1.725m/d。水质类型为重碳酸-钙镁型，局部为重碳酸-钙镁钠型和重碳酸-钠型，属软水。
煤系地层基底的奥陶纪灰岩强含水层和上覆的第四纪冲积层强含水层，煤系地层中的唐山灰岩含水层是矿井充水的间接补给水源。
第四纪冲积层含水层:第四纪冲积层厚度在井田北部为50m左右，到井田南部厚度已达400m以上。本层可分为4个含水带，第一个含水带为潜水层，其他3个含水带为承压含水层。
潜水层:本层主要由混合砂组成，分布于整个井田，为一层状孔隙含水层，厚度平均12m左右。由于地势平坦，主要接受大气降水的补给，与地表水体为互补关系。雨季接受地表水补给，旱季向地表水体排泄。潜水的流动方向大致与沙河流向一致。潜水水位埋深与地形有关，受降雨影响水位动态季节性变化明显。平水期渗透系数为1.925m/d，单位涌水量为0.364L/s·m;多雨期渗透系数为5.061m/d，单位涌水量为0.891L/s·m。水质类型为重碳酸-钙镁型，属软水。
上部砂岩含水层:该层埋藏深度23～36m，其厚度一般为13m，为承压含水层。本层主要由粗砂和细砂组成，局部有粗砂含砾，含水层顶部有一厚达3m左右的砂质粘土或粘土层。
据钻孔抽水试验结果，该含水层渗透系数为1.95～5.06m/d，单位涌水量为0.232～0.865L/s·m，水质类型为重碳酸-钙镁型，属淡水。
中部卵石层含水层:本层埋藏深度35～65m，含水丰富，分布较广，为承压含水层，主要由卵石组成。井田北部发育，厚度约13m，向南逐渐变薄，其含砂量亦愈来愈多，至范各庄乡张庄户村、大赤口村一带变成粗砂层而尖灭。据F13钻孔抽水试验结果渗透系数为12.307m/d，单位涌水量为2.339L/s·m，水质类型为重碳酸-钙钠型，属碱性淡水。
底部卵砾石含水层:本层为冲积层最底部的含水层，井田北部范区埋藏在53～170m，南部毕区埋藏在230～424m。顶部多中细砂层，底部为含砂砾石层，分布广呈多层透镜状。在井田中部约有9.33km2的底部卵石层直接与基岩接触，其厚度3～10m;毕区较厚，厚度达15m以上。井田范围内底部卵砾石层与基岩直接接触面积累计约21.24km2，占整个井田面积的68.5%。据抽水试验结果，单位涌水量为2.887L/s·m，渗透系数为35.46m/d。水质类型为重碳酸－钙镁钠型，属淡软水。
井田范围内有31.5%的面积为粘土层与基岩直接接触，在井田北部其厚度为3～6m左右，局部达10m以上;在井田南部其厚度为6～8m，局部厚达10m以上。
奥陶纪灰岩岩溶含水层:奥陶纪灰岩在井田东部、北部埋藏较浅，在西部、南部埋藏较深;在井田外部为隐伏露头，直接与第四纪冲积层接触。整个井田奥陶纪灰岩中构造裂隙和岩溶发育，但不同区域发育程度有很大差异。在塔坨向斜至井口向斜区岩溶发育且有较大溶洞存在，并造成煤系地层陷落，已相继发现了14个岩溶陷落柱;井田南翼单斜区，奥陶纪灰岩溶发育则较差，如南二、南三石门钻孔只有小的构造裂隙和溶孔。根据抽水试验和对该含水层动态长期观测资料，奥陶纪灰岩是一个互相连通的岩溶含水整体，是煤系地层的主要补给水源，又可通过导水断裂和岩溶陷落柱成为矿井的直接突水水源。
奥陶纪灰岩岩溶富水性是极不均一的，井田北部一些钻孔单位涌水量可达6.593L/s·m，渗透系数为31.87m/d，而井田南部有的钻孔单位涌水量不足0.01L/s·m;建井前该含水层原始水位可达+31～+33m，由于30年的疏降，现水位为+2.35～+4.88m之间。该含水层水位季节变化明显，年变化范围在2m左右。奥灰水水质类型为重碳酸－钙镁型，属软水。
奥陶纪灰岩距最下一个稳定可采煤层(12煤层)的间距一般为160～220m，在正常情况下对矿井无直接充水关系，但由于岩溶陷落柱及导水断裂构造的存在，将奥灰水直接导入煤系地层，可成为矿井水的直接补给水源。
该含水层由14煤层底板砂岩和唐山灰岩组成，厚度为40m。该层节理裂隙发育。
北14煤层—唐山灰岩间砂岩、灰岩裂隙承压含水层:该含水层在隐伏露头区接受冲积层含水层渗透补给，在井田中部接受下伏奥陶纪灰岩含水层越流补给。由于其裂隙发育的不均一性，其含水性由北向南，由浅至深逐渐减弱。但由于隐伏导水构造影响，局部区域含水性强。根据抽水试验结果，单位涌水量为0.036～0.665L/s·m，渗透系数为0.275～46.83m/d。水质类型为重碳酸-钙镁型，属软水。
该含水层由于处于奥陶纪灰岩强含水层与12～14煤层间砂岩含水层中间，其含水性强弱可间接反映出奥陶纪灰岩含水层对上部含水层的越流补给关系。因此，了解该含水层的含水性及水位、水温情况有助于查明奥陶纪灰岩含水层对上部含水层的补给情况。
15.3.2 断层导水性
断层是突水的一个重要指标，是潜在的突水通道。对本矿区影响较大的断层主要体现在两大断层带:
(1)F5—F8断层带。
(2)F4—F10—F11—F12断层带。
15.3.3 矿井充水条件
15.3.3.1 矿井的充水水源
(1)大气降水
矿区气候属大陆型季风气候，降雨多集中在7～9月。由于煤层地层上覆盖着巨厚的冲积层，矿井涌水量无季节性变化，不受大气降雨的直接影响。大气降雨后，大部分从地表流走，少部分渗入地下。首先形成潜水，然后再慢慢地向下渗透到底部卵砾石层，形成孔隙承压水。通过基岩隐伏露头补给煤系地层，然后经构造和裂隙渗入巷道和采空区，变成矿井涌水。
(2)地表水系
井田范围内有沙河自井田北部流向西南，河面开阔，水力坡度较小，仅为1‰～2‰。在井田北部，沙河已与地面塌陷坑连为一体。地表水体与第四纪冲积层中的潜水层水量呈互补关系。雨季地表水补给潜水，旱季潜水补给地表水。地表水体和大气降水一样，在正常情况下，只是通过渗透补给冲积层底部卵砾石含水层，间接补给煤系地层。在特殊情况下，沙河洪水泛滥，可能威胁矿井安全。
(3)老空水
由于范各庄井田采、掘工作面均按方向线布设，受地质构造影响，工作面、巷道起伏不平，一旦工作面采掘过程中出现涌水，采后便在老塘、老巷低洼处形成积水。其积水量受其涌水量大小和老空、老巷起伏程度的制约，从几十立方米至数万立方米，对相邻及下伏采掘工程构成水害威胁。如2027S老塘疏放积水25000m3，B2572老塘疏放积水超过900000m3。
老空水是长期积存起来的，多为酸性水，有较强的腐蚀性，对矿山设备危害甚大。老空区突水时，水势猛，破坏性大，如与其他水源无联系，则突水可急剧减弱。通过确定充水水源，可有利于有效地为防治水提供资料。
15.3.3.2 矿井充水通道
范各庄井田范围内充水通道主要有以下3种方式:
(1)地质构造
范各庄井田煤系地层下部以奥陶纪石灰岩为基底，上部有巨厚冲积层覆盖。井田南北两翼均为向斜构造，中间为单斜构造，有良好的储水条件，地下水极易沿岩层的孔隙、裂隙集中而达到饱和，其结果使所有含水层均为承压状态。突水与构造密切相关，断裂构造规模和力学性质以及区域内断裂构造的复杂程度是发生突水的重要因素，本区主要受3个地质构造单元的影响:北部塔坨向斜区、中部单斜区、南部毕各庄向斜区。
(2)岩溶陷落柱
岩溶陷落柱是范各庄井田煤系地层与奥纪灰岩强含水层之间的特殊导水通道，也是最难防治的充水因素。至今已经发现的14个岩溶陷落柱，分布在北二石门至南一石门的范围内，在二水平井口区较为集中。
(3)封闭不良钻孔
井田南翼毕各庄区的84－7孔(坐标:381542.21，93430.62)钻进至634.83m时发生钻杆折断事故，钻杆掉在377.69～634.83m位置，共丢失钻杆257.14m，钻孔在各煤层中的偏斜位置也不清楚。尽管采取了一些力所能及的措施，在377.69m以上封了黄土，但只是对冲积层进行了一些封堵(冲积层底面深度为368.29m)。该孔在煤系地层中仍起导水作用，属于水害隐患，采掘工程接近该孔时应给予高度重视。此外，89－J3(391135.66，93941.63)孔、95－J1(385372.1，92549.97)等长期水文观测孔已被村民破坏，地面无标志，需根据采掘工程安排，提前做好封孔工作。同时，井田内长期水文观测孔受采掘波及影响，应及时封孔处理。