煤在我国的能源结构中占主导地位,而且在很长的时间内其主体地位不会改变。在煤炭资源的开发、加工和利用过程中,已经产生地表沉陷、土壤及水体污染、大气污染、生态破坏等一系列环境问题,其中,煤、矸石及燃煤产物中微量重金属元素对土壤、水体、植物、大气构成严重的污染风险。鲁西南煤矿区是我国的14个大型煤炭生产基地之一,本论文选择鲁西南的兖州、济宁、滕州、宁汶煤矿区,基于煤田地质、地球化学、环境地质、环境影响评价以及数据统计等综合理论,综合采用ICP-MS、X-射线衍射分析、淋溶与浸出毒性实验等分析方法和实验手段,研究了鲁西南矿区煤及固体废物中重金属元素的环境地球化学特征,得到如下主要结论。(1)鲁西南煤矿区煤中重金属元素(Pb、Cu、Zn)算术平均含量均高于华北和中国煤中微量元素算术平均含量,Pb、Cu、Zn在鲁西南矿区明显富集。(2)以唐口煤矿为例,探讨了As、Pb、Cu、Zn等重金属元素在煤中的赋存状态。结果表明,Zn元素在3煤层和16煤层中多存在于有机硫化物中,在17煤层中主要以无机态形式存在,赋存于硫酸盐矿物中；Cu元素在3煤层和17煤层中主要存在于硫酸盐矿中,在16煤层煤中主要受有机硫的影响；Pb元素在3、16、17煤层中,除了以硫化物为主要载体外,还受到煤中有机硫的捕获作用；煤中硫元素及其相关矿物是As元素的存在载体。(3)研究了不同煤田煤层矸石和不同煤层(3、12下、16煤层)矸石中As、Pb、Cu、Zn、Cd分布差异,与地壳元素丰度相比,确定Hg、Cd、As、Pb、Zn为鲁西南煤矿区矸石中富集程度较高重金属元素。而化学形态分析表明重金属元素在矸石中的生物有效态含量均较低,主要赋存在残渣态中。(4)模拟研究了矸石在不同pH条件下淋溶析出和矸石浸出毒性,探讨了重金属累积毒性的潜在风险。对兖州矿区的北宿和东滩煤矿的表层土壤重金属含量研究表明,随距离矸石山由近到远,其浓度明显下降,而矿区土壤剖面中重金属元素随着土层深度的增加呈降低的趋势。以山东省土壤背景值为标准进行了矿区土壤质量评价,评价结果表明,研究区土壤污染在轻污染级～重污染级。(5)研究了电厂燃煤产物微量元素As、Pb、Cu、Zn、F的分布规律,结果表明三个电厂灰与原煤的元素分布模式基本一致,煤燃烧后大部分重金属有害元素在电厂灰中富集,通过浸溶实验探讨了微量元素As、Pb、Cu、Zn、F在坏境中的迁移和分配规律,并进行了环境风险评价,上述成果为研究区煤炭资源开采和利用过程中重金属元素的释放机理和控制提供了科学依据。