含瓦斯煤矿关闭后矿井内仍残余CH₄、CO₂、N₂等气体,上述气体在矿井水-煤岩作用下有可能带来瓦斯突出与地下水污染问题。本文通过室内实验和数值模拟重点针对CO₂、N₂气体开展了关闭煤矿水-岩（煤）-气反应模拟研究,揭示了闭坑条件下水-岩-气三相反应过程中矿井水质演化与煤岩矿物相变化机理,主要成果如下:（1）我国关闭高瓦斯煤矿主要分布在黑龙江、山西、湖南、江西及四川、云贵、重庆等地;高瓦斯矿井水化学特征以酸性矿井水居多,矿化度及硫酸盐含量相对较高,水化学类型有HCO₃·SO^4-Na型水、HCO₃^-Na型水、SO₄^-Ca·Mg型水、Cl·SO₄^-Na型水、Cl·HCO₃^-Na型水、Cl·HCO₃·SO^4-Na型水及SO₄^-Ca·Mg型水,其中SO₄^-Ca·Mg型水分布较多。（2）关闭煤矿水-岩（煤）-气反应室内实验结果表明:随着反应时间的增加,以CO₂/N₂为气相的水-岩反应中,溶液的pH值逐渐升高,Eh与pH呈负相关逐渐降低,溶液中HCO₃^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺、可溶性SiO₂的含量均呈现不同程度的增加,溶液中Fe的浓度逐渐下降,溶液的矿化度逐渐增加;在以CO₂为气相的水-煤反应中,溶液中Cr、As、Cd、Al、Fe、Pb等微量元素与TOC的含量逐渐增加,重金属与有机污染风险加剧;利用SEM、XRD、XRF等手段研究了三相反应过程中煤岩层主要矿物的溶解沉淀情况,高岭石、石英主要发生溶解反应,方解石在溶解的同时伴随着碳酸盐矿物的再生成,黄铁矿表面生成赤铁矿、菱铁矿、绿泥石等新矿物。（3）采用PHREEQC软件模拟了不同温度、压力、水化学条件对关闭煤矿水-岩-气三相反应平衡的影响,结果表明,随着温度的升高,溶液的pH值略有降低,CO₂的溶解度、HCO₃^-、Ca²⁺的浓度逐渐降低,方解石的溶解效应最明显;随着CO₂分压增大,溶液的pH值逐渐降低,CO₂的溶解度、HCO₃^-、Ca²⁺的浓度逐渐增大,方解石的溶解效应最明显,不同CH₄分压下溶液的水化学成分和地层矿物的溶解沉淀量基本没有变化;随着体系pH值的增大,CO₂的溶解度先上升后迅速下降,HCO₃^-的浓度逐渐升高,Ca²⁺的浓度逐渐降低,方解石、高岭石的溶解量逐渐降低,石英的沉淀量逐渐减少并发生微量溶解;随着Fe³⁺浓度的升高,溶液的pH值迅速降低,HCO₃^-的浓度逐渐降低,Ca²⁺、Fe²⁺、SO₄^2-的浓度逐渐升高,高岭石、方解石、黄铁矿的溶解量不断增大,石英的沉淀量逐渐增多;硫酸盐的加入提高了地层矿物的溶解量,其中方解石的溶解效应最明显。