永城矿区煤炭资源的大规模开发,给永城市乃至豫东地区的经济发展提供了强大的动力。但由此引发的地下水量和水质等环境地质问题加剧了地下水资源的短缺,严重制约人们的生活和生产活动。因此,开展采矿活动影响下的地下水环境变化机理研究,探索矿区水源地受污染风险,对矿区地下水环境防治提供有利的帮助。本研究是在收集研究区内水文气象、地质、水文地质等相关资料的基础上,结合野外调查和室内试验等工作手段,评价了地下水环境现状,将车集煤矿和神火工业园区供水水源地为重点研究对象,建立了采煤活动可能影响的多个含水层的水文地质概念模型。利用Visual Modflow地下水三维数值模拟软件,模拟了各含水层流动系统的演变。针对采煤活动产生的煤矸石堆放场、矿坑排水管道、采煤塌陷治理区等点、线、面源中标志污染物进行溶质运移模拟,分析了神火工业园区供水水源地受污染风险。最后提出了采煤活动中影响的地下水环境防治措施。本次研究的主要内容包括以下几个方面:1、对浅层含水层系统布置了丰、平、枯三期水位和水质监测点,并根据检测结果评价了地下水环境现状。结果表明:研究区内浅层地下水的开采主要用于农业灌溉,地下水位变化幅度约为2.0m;大部分监测点溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、氟化物超标,水质随季节季变化不大。2、通过预测采煤引起的“三带”位置,其存在贯通上覆含水层可能性不大,但回采扰动底板产生裂隙导通灰岩含水层,引起越流补给煤系地层。矿坑排水引起下伏灰岩含水层水位不断下降且水质极差,处理后尚能满足不同需求用水。通过对煤矸石周边的水质监测,监测点距离煤矸石堆越远,其总溶解性固体、硫酸盐~-和重金属锰的浓度越小。煤矸石充填的采煤塌陷治理区水质比塌陷以外区域较差。3、从研究区概念模型的构建出发,刻画了多个含水层的空间展布,论述了地下水流动系统模型的边界条件和初始条件,并利用地下水位监测资料进行模型的识别和验证,重现了煤矿建设前自然流场,分析了现状年水流动系统的补给排泄和水均衡关系,预测了未来开采30年地下水流动系统的演变。模拟结果表明,因神火工业园区供水水源地持续性开采,中深层含水层漏斗中心的水位达到-26.2m,30年后年均下降0.7-0.9m。疏干排水加大了水头压力差,灰岩含水层不断向上补给砂岩裂隙水,30年内矿区主副井处的水位将下降约4.7m/a。4、利用MT3D溶质运移模块,在水流模型的基础上建立了污染物运移模型,设定了硫酸根离子作为标志污染物,分析了煤矸石堆放场-点源、矿坑排水管道-线源、采煤塌陷治理区-面源中污染物迁移过程,圈定了不同时间节点的污染范围,论述了供水水源地取水层受污染影响的风险。(1)煤矸石堆放场持续定浓度补给,形成的椭圆态的污染晕沿着地下水流向向东南扩散,30年后污染晕面积约为58239m~2。(2)对矿坑排水管道渗透污染设置了全段小流量持续渗漏和事故节点大流量瞬时涌入两种情境。情景一进入地下水中污染物流量较小,但存在持续补给源,污染带宽度逐渐增大,30年后污染带最大宽度为426m。情景二短时大量泄漏污染物,其污染范围随时间迁移,污染晕中心峰值浓度不断降低至40.6mg/L,污染晕中心迁移距离171m。(3)塌陷区煤矸石释出污染物后,沿着水流向迁移至南侧沱河,30年污染面积将增加达50%;垂向上污染物渗透至下伏第一弱透水层后以水平扩散为主,水源地取水层基本不受此影响。5、在煤矿开采活动影响下的矿区地下水环境变化研究的基础上,分析了矿区周边水源地和民井的保护需求,提出了地下水环境的防治对策,以科学减排、综合利用为主要原则,开展地下水和土壤污染治理和修复,并加强地下水环境监测工作。本次研究对今后采煤活动中的地下水环境变化机理研究具有重要的理论参考意义,为地下水资源的开发利用及地下水环境保护管理决策提供指导性意见。