煤矿地下水库运行中发现顶板垮落岩石对矿井水具有净化作用，而水岩作用机理尚不明确。为揭示大柳塔煤矿地下水库水岩作用机理，选取水库顶板岩样和矿井水为研究对象，采用X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）对顶板岩样进行了化学组成分析以及结构分析表征，开展了岩样中5种典型矿物与矿井水的静态作用试验研究，基于矿井水电导率以及其中K+、Na+、Mg2+、Ca2+四种阳离子的浓度变化，探讨了可能的水岩作用机理，并研究了Ca2+在绿泥石上的吸附等温线行为及其影响因素。研究结果表明，该水库中的水岩作用包括顶板岩样中可溶矿物的溶解作用，钠长石、钾长石、高岭石、伊利石、绿泥石的水解作用；其中矿井水中增加的K+主要来自钾长石、伊利石的水解作用。顶板岩样对矿井水中的金属离子具有吸附作用，顶板岩样对Mg2+的吸附作用大于顶板岩样中绿泥石的水解作用所释放的Mg2+,而矿井水中Ca2+的减少主要是顶板岩样中绿泥石的吸附作用所致，矿井水中生成CaCO3的沉淀作用也能引起Ca2+的减少。此外，水岩作用可能包括Ca-Mg、K-Mg的阳离子交换。绿泥石对Ca2+的吸附过程存在多分子层的非均匀吸附，且绿泥石表面的吸附位点是不规则的，吸附位点之间的吸附并非相互独立。