随着现代机械化采煤工艺的应用,矿区排放的大量煤矸石在风化、降雨等外部影响因素下对生态环境造成了严重污染。本文以鄂尔多斯市某矿区的煤矸石生态处置为研究课题,采用薄片鉴定、XRD、SEM-EDS、工业分析及X射线荧光光谱法进行了煤矸石理化性质研究,通过煤矸石-水作用单因素实验、静态浸泡实验,结合研究区降雨特征和煤矸石山堆积特征,进行了煤矸石致密堆积环境下的间歇式“注水-放水”淋滤实验,利用因子分析、系统聚类分析、相关性分析及时间序列灰色模型预测等方法对实验结果进行分析,得出以下结论:(1)研究区煤矸石以砂岩和泥岩为主,整体分选性较差,磨圆度呈棱角状至次棱角状,同种类型煤矸石的常量元素种类变化幅度较小,相关性较显著。煤矸石中微量元素基于因子分析可分为四类:Cr、V、Zr一类;Zn、Ba一类;Y、Ga、Ni、Rb、Cu一类;Sr一类,其中煤矸石所含的Cr、V、Cu、Ni等微量元素超出土壤背景值2～3倍。(2)静态条件下,煤矸石污染组分在水溶液中的扩散服从Fick扩散定律,固液间浓度梯度及接触面积增大,煤矸石中污染组分的释放速率上升。Cr、M n、Fe、Co、Cu、Zn、Cd、Ba、Pb及As等元素的平均淋出率基本上在0.09%-1.60%之间;而Mo、Tl、Se、Hg、V、Ni等元素的淋出率相对较大,其中Ni元素的淋出率最大,高达43.45%,Ba元素的淋出率最小,为0.097%;16种重金属元素的平均淋出率由大至小分别为Mo>Hg>Se>Ni>V>Co>Cr>Tl>Mn>Cd>Pb>Fe>Zn>Cu>As>Ba。(3)煤矸石污染物淋出浓度呈“类波浪状”变化曲线,重金属污染物均呈现间歇性快速释放规律,各元素在淋滤后期释放速率下降,淋出浓度趋于稳定。间歇性淋滤过程中,Mn、Cr、Fe、Co、Mo及Hg等元素的淋出浓度超出地下水质量Ⅲ类水标准,其中Fe和Hg的淋出率较高,仅达到V类水标准。(4)煤矸石山的环境污染效应具有多样性、潜伏性和长期性,降低污染的关键是控制污染物扩散途径。煤矸石山的污染综合得分从前期的2.0～2.5大幅度下降至0.0～0.5,且在后期逐渐趋于-0.5,前期危害性远大于后期。有害重金属元素对环境的影响大小排序为:Hg>Cd>Cu>As>Ni>Zn>Cr>V>Pb>Mn,S矿的Hakanson潜在生态危害指数最大,其次是T矿和P矿,通过生态分类处置及覆土绿化措施,可以减少煤矸石堆积带来的污染。图[74]表[36]参[106]