煤矿开采实践表明,煤矿从开采到关闭这一生产过程会对矿区环境造成十分严重的污染和破坏。近年来国家陆续出台了相关政策,对数万小煤矿进行了关闭和整合,闭坑矿井带来的安全与环境问题呈现愈演愈烈的趋势,其中闭坑煤矿含水层破坏问题已在多地区出现,矿井突涌水、地下水位下降、泉井干枯、含水层水质恶化、串层污染等问题时有发生,对煤矿区地下水系统造成严重影响,带来了一系列水环境安全风险。然而我国目前对于矿区含水层破坏尚无明确的技术规范和管理手段,现有的技术标准或规范不能完全适用于闭坑煤矿含水层有效的评价管理,因此亟需加强对闭坑煤矿含水层破坏的风险管理与综合研究。本文在充分搜集全国煤矿资料以及典型案例含水层破坏情况的基础上,通过总结含水层破坏的各种形式,凝练出煤矿开采含水层破坏包括地面塌陷型、水动力变化型以及污染驱动型三种模式;基于含水层破坏机理研究构建了适用于评价闭坑煤矿含水层破坏风险的指标体系;综合运用迭置指数法的原理与方法,建立了闭坑煤矿含水层破坏风险评价的综合指数模型,运用建立的模型对污染驱动型含水层破坏的典型案例-山东省淄博洪山-寨里闭坑矿区进行了综合研究和含水层破坏风险评价,并基于综合分析提出了闭坑煤矿含水层破坏风险管理对策和技术流程。本论文的主要研究成果如下:(1)闭坑煤矿含水层破坏形式与典型案例研究通过我国矿山地质环境保护与土地复垦方案编制项目工作的开展,充分搜集和调查了全国煤矿区含水层破坏情况,对2017年9995座关闭矿山进行了相关调研,并重点分析了山西国阳一矿和峰峰煤矿等典型闭坑煤矿区的含水层破坏情况。结合国内外研究现状的研究,总结了煤矿开采-关闭这一过程对煤矿采空区含水层的影响主要体现在结构层面、含水层动力层面和水化学层面。其中含水层结构破坏主要表现在煤层之上的覆岩发生垮塌、导水裂隙、离层和弯曲,导致含水层中的地下水渗漏到井下,以及对下伏含水层、隔水层破坏,导致底板突涌水等。含水层水位变化主要表现为开采阶段形成地下水降落漏斗,以及煤矿闭坑后含水层水位大幅回弹。矿区含水层水质恶化主要途径包括:闭坑煤矿地表固体废弃物、煤矸石堆淋溶污染、闭坑煤矿地面塌陷积水入渗污染、顶板导水裂隙串层污染、底板导水裂隙串层污染、封闭不良钻孔、断层和陷落柱串层污染等。(2)提出闭坑煤矿含水层破坏模式通过对全国闭坑煤矿区地质环境问题的梳理,深入研究了含水层破坏的典型案例,从矿山宏观特征,特别是出现的环境危害属性及表观表现形式的角度,结合理论分析,凝练出闭坑煤矿含水层破坏主要表现在含水层结构控制层、地下水动力层与水质恶化三个层面,对比分析了含水层破坏的各种形式,将闭坑煤矿含水层破坏分为三种模式:地面塌陷型、水动力变化型以及污染驱动型。(3)构建了闭坑煤矿含水层破坏风险评价指标体系与评价模型,提出风险管理对策及技术流程。基于含水层破坏模式、破坏风险因素的分析,综合考虑影响含水层破坏的所有可能因素,筛选出包括含水层结构破坏、地下水位变化、含水层水质恶化3个一级指标及12个二级评价指标的闭坑煤矿含水层破坏风险评价指标体系;利用聚类分析、专家咨询、统计分析的方法,对筛选出的所有指标进行了评价分级;利用层次分析法、专家打分法对所有指标的权重进行了计算与赋值;基于迭置指数法的原理与方法,采用加权求和法建立了闭坑煤矿含水层破坏风险评价的综合指数模型。(4)山东省淄博洪山-寨里闭坑矿区污染驱动型含水层破坏风险评价研究山东省淄博洪山矿区是国内典型的由于煤矿闭坑导致深部奥灰水串层污染的案例,是闭坑煤矿污染驱动型含水层破坏的典型,本研究通过野外示踪实验,运用同位素分析法,分析了矿区奥灰水含水层水质恶化的原因,其示踪实验和同位素分析结果均显示,矿区闭坑引发奥灰水串层污染,其污染途径为矿区内止水不良的供水井。运用建立的含水层破坏风险评价的综合指数模型,对洪山-淄博闭坑矿区含水层破坏进行风险评价,其结果显示,洪山矿区奥陶系石灰岩岩溶含水层破坏风险的综合指数为7.9914,说明该含水层破坏存在高风险等级。在此基础上制定了洪山-寨里矿区含水层破坏风险管理对策,包括前期调查、风险评估和风险防控三个环节。探讨了防治含水层破坏风险的具体措施:1)生产矿山的预控制;2)合理选择开采方式和预留防水煤柱;3)封堵串层污染井;4)合理利用矿坑水、控制老空积水水位;5)地下水污染的后治理。以风险评估理论为指导,提出了闭坑煤矿含水层破坏风险管理的对策及技术流程,其内容包括前期调查、风险评估以及风险防控主要环节。从矿山生命周期的角度出发,提出基于矿山生命周期含水层破坏的风险管理模型。上述研究成果首次对我国闭坑煤矿含水层破坏机理及模式进行探讨,提出了“地面塌陷型、水动力变化型、污染驱动型”三种含水层破坏模式,在此基础上构建的闭坑煤矿含水层破坏风险评价指标体系依据充分,提出的闭坑煤矿含水层破坏风险评价与管理对策对加强资源枯竭型矿区地质环境保护以及水资源保护等管理工作提供了重要的理论和技术支持。