本方向围绕大型煤炭基地开发中地下水环境和矿井水高效利用，发挥煤矿地下水库自净化和矿区低成本热源两大优势，聚焦地下水环境解析和污染物控制、水岩耦合净化作用、高矿化度和含特殊组分矿井水高效低成本处理技术三大研发目标，开发我国西部煤炭开发区水资源高效低成本处理与利用的关键技术，为提高我国西部煤炭开采水资源利用效率提供理论基础和技术支撑。

1. 关键科学问题

（1）煤矿地下水库水岩耦合作用机理和采煤驱动下地下水特殊组分的来源和迁移转化规律

分析煤矿区地下水水质指标，采用Piper三线图、相关性分析、Gibbs模型以及离子比例系数等方法，系统分析矿井水通过煤矿地下水库前后的水化学类型变化，开展煤矿区地下水环境因素及水化学特性研究，揭示冒落岩体与矿井水耦合作用机理和效应；研究地下水中污染物化学成分的形成及及迁移规律，研究各元素在地下水中的迁移、聚集、沉淀及分散过程，对各元素和各组分之间的比例关系，分析地下水污染物的来源和迁移转化规律。

（2）矿井水中超细颗粒、特征离子和有机物在矿物表面及层间的吸附和迁移规律

揭示煤炭开采环境下矿井水中悬浮物在多孔介质多场耦合作用下的去除机理；利用多学科交叉理论和数值模拟研究，系统分析岩体矿物组成，研究不同矿物成分与地下水特征组分（特征离子、金属离子、有机物等）的耦合作用机理，以及微观尺度下不同离子在矿物表面及层间的吸附和迁移规律。

（3）矿井水中悬浮物、溶解性固体和特征污染物的定向去除机理和高倍率浓缩中的污染物控制方法

揭示矿井水中天然离子的产生机制及迁移转化行为的地质活动响应机制、复杂成分矿井水中盐分、阻垢剂等对钙镁去除的影响机理，不同特性高通量膜分离技术对多种污染物的协同去除提升机制，以及浓缩结晶过程中材料和结构依赖的分离膜的结垢腐蚀机理与控制；人为及天然有机污染物的赋存水平及环境行为的关系、高盐度水环境中关键组分氧化还原特征调控机理及关键资源回收技术、不同水资源利用模式下特殊组分的环境风险管控机制。

2．主要研究内容

（1）采煤驱动下地下水污染过程机理及控制技术研究

针对煤炭开采地下水中污染物，系统开展特定组分/污染物溯源、迁移转化与归趋、污染过程控制研究。从空间尺度研究重要水系污染形成过程和污染特征，揭示水环境质量的时空演变规律；从微观尺度研究污染物在水-颗粒物/沉积岩/煤等水环境界面上的吸附、转化过程和机制，掌握污染物迁移转化过程机理。研究各特征污染物组分在地下水中的迁移、聚集、沉淀及分散过程，研发污染物控制技术。

（2）水-岩耦合作用机理理论及采空区净化强化技术研究

研究西部典型煤岩条件下地下水运移过程中矿井水净化规律、矿井水与赋存岩石介质的耦合作用效应和净化效果控制参数，探索超细颗粒物在多孔介质多场耦合作用下的去除机理，并利用水文地球化学、水化学、矿物学等基础理论和数值模拟分析方法，分析地下水环境下发生的溶滤-沉淀、氧化-还原、吸附-解吸以及阳离子交换等物理化学作用，研究质量平衡、组分平衡、离子平衡及分子平衡，揭示水-岩耦合作用机理，提高岩石对矿井水的净化效果，研发利用采空区空间的新型井下矿井水处理技术。

（3）矿井水污染物定向去除机理及资源化技术研究

针对矿井水中超细悬浮物、高硬和高盐特征，分析有机物胶体-超细悬浮物体系特征及失稳机理，研究掌握钙镁晶体成核、生长机制，揭示盐分、阻垢剂、有机物等对污染物定向去除的影响规律及机理，开发高矿化度矿井水高效除浊及深度除硬技术。研究矿井水中特殊组分的赋存特征、迁移转化行为及调控机理，开发多组分协同去除及关键资源回收技术。开展矿井水高倍率浓缩减量研究，掌握膜法和热法传质传热界面污染与成垢机理，构建阻垢与污染控制方法，研发高效浓缩技术。开发浓盐水采空区封存技术，研究浓盐水中离子与岩体矿物的水文地球化学作用，揭示浓盐水渗流扩散机制，形成井下-地面矿井水联合处理利用技术体系。