在我国一次能源结构中,煤炭是长期的主体能源,高强度煤炭资源开采,产生大量矿井水,矿井水直接外排,不仅浪费矿区水资源,而且污染周围环境。实现矿井水资源化是利用水资源和保护生态环境的关键。但是,我国大部分矿区矿井水中重金属尤其是Fe、Mn、Zn超标,限制了矿井水资源的再利用。因此,开展矿井水中典型重金属(Fe、Mn、Zn)的形成机理和处理技术研究,有利于矿井水资源化,实现煤矿绿色开采。本文综合应用水文地质学、地球化学、环境工程学、矿物岩石学、统计学等理论,借助X射线衍射、扫描电镜、三维荧光、红外光谱、拉曼光谱等测试分析手段,通过逐级化学提取试验、水-岩(煤)作用模拟试验、批次振荡试验,探索了我国矿井水中典型重金属的形成机理及被动处理技术。论文首先对我国矿井水中典型重金属分布特征及影响因素进行归纳和分析;其次以敏东一矿为研究区,开展矿井水中典型重金属来源、煤岩中典型重金属溶解释放规律、影响因素、形态价态变化和典型重金属被动处理技术研究,主要成果如下:(1)定义了矿井水中的典型重金属,并按照浓度大小分为高浓度、中浓度、低浓度及安全浓度四个等级,归纳了我国矿井水中典型重金属分布特征,初步分析了矿井水中典型重金属的形成原因。(2)以敏东一矿为研究区,利用多元聚类分析与煤岩浸出试验识别出矿井水中典型重金属的自然来源为Ⅲ含与煤层,人为来源为采煤机油泄漏;建立了化学质量平衡受体模型,定量解析出自然来源中Ⅲ含与煤层对矿井水中典型重金属的贡献率分别为77.64%与22.36%。(3)采集煤岩样品,检测典型重金属含量及赋存形态,并开展水-岩(煤)作用室内模拟试验,结果表明:煤与顶板砂岩中典型重金属的溶解释放受其含量与赋存形态两个内在因素共同影响,五种赋存形态中仅碳酸盐结合态与可交换态易溶于水中。利用峰值函数与指数函数定量刻画了煤、岩中典型重金属的溶解释放规律,煤与岩石中不同的溶解释放规律与煤中腐殖酸的溶解有关。(4)开展了pH、温度、Eh、粒径四种因素影响下水-岩(煤)作用室内模拟试验,结果表明:随着pH减小、温度升高、粒径减小,典型重金属的溶解释放量均增加,Eh对典型重金属溶解释放的影响与矿物种类有关,Eh升高,碳酸盐矿物(如菱铁矿)的溶解放量增加,硫化矿物(如闪锌矿)的溶解释放量减少。(5)建立了典型重金属溶解释放的动力学方程:温度升高,pH减小,典型重金属的溶解速率均加快。通过PHREEQC水文地球化学模拟试验揭示了典型重金属溶解释放过程中形态与价态的变化规律。(6)通过批次振荡试验研究了典型重金属的被动处理技术,优选出粉煤灰陶粒、腐殖土、椰壳生物炭三种吸附材料,研究了其吸附机制,确定了材料的最佳吸附条件。通过混合配比试验得出:当粉煤灰陶粒、腐殖土、椰壳生物炭的混合配比为8:1:1时,混合基质对典型重金属的去除率达到最高。