关闭煤矿地下水多呈现高铁特征,闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀与原生矿物形成地下水多源铁释放体系,加大地下水污染风险,另一方面闭坑矿井水水热资源、空间资源等可以利用,本文针对绿色闭坑与关闭矿井资源利用中地下水污染防控的核心问题,以关闭煤矿地下水中铁的多源为研究对象,基于关闭矿井水文地球化学环境调查与水化学模型刻画,利用水化学分析技术以及微观表征和分析测试技术,开展了水-岩-气三相反应模拟实验,利用电化学手段,开展了以黄铁矿与锚杆为地下水铁污染源代表的电化学模拟实验,系统研究了关闭煤矿地下水中多源铁释放的动态规律,并联合使用水文地球化学数值模拟研究了释放机理与原位调控路径。主要成果如下:(1)基于15 d水-岩-气三相多源反应的模拟实验研究,揭示了关闭煤矿地下水中多源铁释放规律,黄铁矿与锚杆同时在酸性矿井水中反应后两者的氧化程度较单独反应时均有明显加剧,反应后两种材料表面氧化态Fe(Ⅲ)及S(Ⅵ)占比更高,进一步证明黄铁矿与锚杆同时存在会加速彼此在酸性矿井水中的氧化进程。(2)关闭煤矿因开放体系和封闭体系的切换,引起井下的氧化还原环境改变,是诱发多源铁释放的重要因素,从关闭煤矿地下水中多源铁释放的电化学机制探索,获得开放条件下,黄铁矿在酸性矿井水中的氧化过程包括两个过程,即黄铁矿氧化为Fe²⁺及S并进一步氧化为SO₄^2-,Fe²⁺同步氧化为Fe³⁺的过程。封闭条件下黄铁矿表面氧化过程不明显,在黄铁矿表面发生了S的还原作用。锚杆电极在两种气相条件下均发生了析氢腐蚀,但氮气环境中锚杆电极活性降低,不易发生氧化反应。处于酸性溶液中时,无论环境中氧气含量如何,锚杆均比黄铁矿更易发生氧化反应。(3)应用PHREEQC软件建立了关闭煤矿地下水多源铁释放模型,并与实验结果比对,验证模型有效性,模拟了温度、p H对关闭煤矿地下水中多源铁释放过程的影响,提出了关闭煤矿多源铁释放调控方法。结果显示,氧气(溶解氧)的匮乏极大抑制了黄铁矿在关闭煤矿地下水中的氧化反应;25℃时地下水环境的酸性可保持在较低水平,此时可通过降低环境中的氧气含量使溶液保持在弱氧化性状态;氧气充足的条件下,可调节水温至30℃以降低环境的氧化性。调节p H至4.0时可同时抑制铁、硫酸盐的产生,对控制酸性也有一定效果。锚杆与黄铁矿同时存在会大大加速二者氧化进程,可通过调控井下的温度、p H等参数,达到控制关闭煤矿闭坑条件下多源铁释放而产生污染的目的。该论文有图49幅,表17张,参考文献96篇