内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析

王甜甜，靳德武，杨 建

内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析

王甜甜1,2，靳德武1,2，杨 建1,2

(1. 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077；2.陕西省煤矿水害防治技术重点实验室，陕西 西安 710077)

确定矿井水中重金属污染程度及主要来源，对矿井水的再利用及矿区生态环境保护具有重要的理论意义。以内蒙古某矿区为研究对象，采集地表水、第四系潜水、承压水及矿井水水样49组，检测水体中Zn、Pb、Fe、Mn、As、Cu、Cd、Cr、Hg、Se 10种重金属浓度，分析矿井水中重金属污染特征及超标情况，利用HPI模型定量评价重金属污染程度，并综合数理统计、不同类型水样重金属浓度箱形图及煤/顶板重金属浸出试验，分析矿井水重金属主要来源。结果表明：内蒙古某矿矿井水中Zn、Pb、Fe、Mn、As 5种重金属浓度值超标，其中Fe和Zn的超标率高达100%；7个矿井水样中6个矿井水的HPI值大于临界值100，矿井水重金属污染程度较高；矿井水中的Pb、As主要来源于采煤及运输机械油类物质泄漏，Mn主要来源于Ⅲ含地下水，Fe、Zn主要来源于Ⅲ含地下水及煤层中含Fe、Zn矿物的溶滤。该结论将为矿井水中重金属污染防治提供基础与依据。

矿井水；重金属；污染程度；来源分析

重金属是普遍存在于各种环境介质中的污染物，具有稳定性高、污染持久性强、难降解、毒性大等特点，极易给周边环境带来不可逆转的损害[1]。此外，重金属还可通过食物链进行逐级迁移，最终在人体内富集，一旦超出人体免疫系统所承受的极限值，将影响人体肝肾功能，损伤消化系统及神经系统[2]，严重威胁人类健康。

随着经济的发展及人类环境意识的提高，不同介质中重金属的污染问题逐渐受到国内外学者的广泛关注。 C. M. Leung等[3]、何晓文等[4]研究了浅层地下水中重金属的分布规律及富集特征，为地下水资源的开发利用及污染防治提供依据；王艺涵等[5]、王磊等[6]分别采集青海典型内陆河流及象山港流域入湾河流水样，分析地表河流水体中重金属污染特征，且王磊等[6]利用Pearson 相关性分析研究重金属的主要来源，促进地表流域生态环境的修复及治理；陈文轩等[7]采集细河流域表层土壤样品，分析了土壤中重金属分布特征，并采用正定矩阵因子分析法分析主要重金属的来源；乔胜英等[8]对漳州市土壤重金属污染特征进行分析，并通过多元统计分析对重金属的来源进行分析，其研究成果均为土壤重金属的污染防治提供基础。

以上研究为不同介质中重金属的污染特征研究奠定基础，但主要集中在对土壤、地表水及浅层地下水中重金属的研究，关于煤矿矿井水中重金属的污染情况研究较少。煤炭是我国的主体能源，2019年原煤产量达到38.5亿t，消费量为22.2亿t，占全国一次性消费能源总量的57.7%[9-10]。然而，受地层沉积、成土母质及伴生矿物(如黄铁矿)影响，部分地区的煤与围岩中含有重金属元素，并通过水–煤及水–岩相互作用进入地下水中，随着开采活动进入巷道、工作面、中央水仓，形成含重金属矿井水[11]。此外，在巷道掘进与煤层开采过程中，掘进、采煤及运输机械设备中的油类及乳化液泄漏后进入矿井[12]，可造成矿井水重金属污染。含重金属矿井水直接外排将污染周边土壤、水体，破坏周边环境，甚至威胁矿区生态安全[13]。此外，重金属超标矿井水不可直接回用或再利用，需进行深度处理。因此，掌握矿井水中重金属的污染特征，并准确分析其主要来源，对于矿井水中重金属的污染防治及矿区生态环境保护具有十分重要的意义。

内蒙古某矿隶属呼伦贝尔煤电基地，位于内蒙古东部呼伦贝尔草原上，20世纪70年代以来，随着煤炭产业的发展，草原出现不同的生态环境问题，是国家划定的生态脆弱保护区[14]。煤炭开采可能导致重金属等污染物进入矿井水中，严重威胁草原生态环境。因此，笔者以内蒙古某矿为研究对象，采集研究区矿井水水样，分析矿井水中重金属的污染特征，并综合数理统计、地表水和地下水重金属浓度箱形图及煤层重金属浸出试验，分析矿井水中重金属的主要来源，以期为矿井水中重金属污染防治及草原生态保护提供理论支撑。

1 研究区概况

内蒙古某矿行政区域隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗，位于伊敏河下游东侧，矿区面积约49.14 km2，井田设计规模500万t/a。矿区可采煤层为伊敏组褐煤，主采煤层包括16-3上煤和16-3煤。研究区发育的地表水系为伊敏河及锡尼河，分别从内蒙古某矿西侧及东侧流过，地下水含水层从上到下依次划分为：第四系粉、中、粗砂和砂砾石孔隙含水层(第四系)，15煤层组顶板及层间砂砾岩、砂岩含水岩组(Ⅰ含水层，简称Ⅰ含)，16煤层组顶板砾岩、砂砾岩含水岩组(Ⅱ含水层，简称Ⅱ含)，16煤层间砾岩、砂砾岩含水岩组(Ⅲ含水层，简称Ⅲ含)，其中第四系为潜水含水层，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含水层为承压含水层。研究区综合水文地质柱状如图1所示。

图1 研究区综合水文地质柱状图

2 样品采集与检测

为研究内蒙古某矿矿井水中重金属污染特征，首先在井下不同位置采集矿井水样7组，包括01和05回采工作面、西翼运输大巷、中央水仓及排水沟。为分析矿井水中重金属的主要来源，分别采集伊敏河及锡尼河地表水7组、第四系12组、Ⅰ含承压水4组、Ⅱ含承压水11组、Ⅲ含承压水8组，共计49组，水样具体取样位置如图2所示。

图2 水样类型及采样点位置

水样采集选用500 mL棕色塑料瓶，样品采集前先用待取水样润洗2～3次，样品采集后加入1︰1的优级纯HNO3使pH固定至小于等于2.0，密封并粘贴标签，送往陕西工勘院环境检测有限责任公司，按照GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》检测水样中的10种重金属浓度，包括锌(Zn)、铅(Pb)、铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)、铜(Cu)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(Hg)、硒(Se)。

3 结果与讨论

3.1 矿井水重金属超标情况

对研究区7组矿井水样中10种重金属元素浓度进行检测，并与GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》及GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类限值(以下简称标准限值)进行对比，结果见表1。

10种重金属元素中，有5种重金属Cu、Cd、Cr、Hg、Se浓度值远低于标准限值，表明研究区矿井水不存在Cu、Cd、Cr、Hg、Se污染的问题。另外5种重金属Zn、Pb、Fe、Mn、As浓度值均不同程度超出标准限值，其中Fe和Zn超标率最高，超标率为100%(图3)。矿井水中Fe的超标倍数为3.06～120.07，其中05工作面2组矿井水中Fe的质量浓度达到36.02 mg/L，约为标准限值的120倍；Zn的超标倍数为1.36～6.07，其中中央水仓矿井水Zn的质量浓度达到6.07 mg/L，约为标准限值的6倍。与Fe、Zn相比，Pb、Mn和As的超标率与超标倍数均较低，其中Pb的超标率为14%，仅01工作面矿井水(0.051 mg/L)超出标准限值；Mn的超标率为71%，超标倍数为1.3～1.7；As的超标率为57%，超标倍数为1.9～5.2。

表1 矿井水中重金属质量浓度

图3 矿井水重金属超标率

3.2 矿井水重金属污染程度分析

重金属污染指数法(Heavy metal pollution index, HPI)可定量评价水体中重金属污染程度，它以加权算术平均值为基础，对水体中重金属产生的水质污染影响进行综合评价，HPI模型计算过程[15-16]如下：

式中：w为第个重金属指标的权重，w=/S，为比例常数通常取1；S为重金属指标的最大限值，可选用GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》中标准限值；q为第个重金属指标的质量等级指数，计算公式如下：

式中：m为重金属实际检测质量浓度，mg/L；I为重金属指标的理想值，可选用GB/T 14848—2017《地下水质量标准》规定的Ⅰ类限值，mg/L。

通常取HPI临界污染指数为100，当HPI＞100时，认为该水体中重金属污染程度已超出其承受的最高水平[17]。因为矿井水中5种重金属包括Zn、Pb、Fe、Mn、As浓度超出标准限值，因此，利用HPI模型对7个矿井水中5种重金属污染指数进行计算，结果见表2。7个矿井水HPI值为61.52～612.90，其中有6个矿井水中重金属的污染指数超出临界值100，HPI值由大到小为05工作面2、01工作面、地面水沟、中央水仓、05工作面1、西翼轨道大巷、01工作面密闭，总体而言，矿井水重金属污染水平较高。

表2 典型重金属污染指数(HPI)计算结果

3.3 矿井水重金属来源分析

3.3.1 矿井水中重金属相关性分析

相关性分析可以衡量水体中水化学参数的相似相异性，反映其来源的一致性及差异性[18-19]。利用SPSS软件分别计算矿井水中Zn、Pb、Fe、Mn、As 5种重金属间的Pearson相关系数(表3)。其中相关系数＞0表示两变量呈正相关，＜0表示两变量呈负相关。若||＞0.8时，为两变量间显著相关；0.5＜||≤0.8时，为两变量中度相关；0.3＜||≤0.5时，为两变量低度相关；||≤0.3时，为两变量基本不相关[20-21]。

在晚唐的动荡岁月里，镜湖周边的隐逸文人为了寻求保护与生存，并非过着完全隐逸的生活，寻求仕进与干谒权贵同样是他们生活的常态，因此在隐士心中，仕进的欲望和隐逸的愿望共存。同时，镜湖周边的权贵也急于招募文士以扩大自身幕府的实力。这两个因素共同构成了晚唐镜湖隐逸文学生态的一个侧面。这种隐逸文学生态既导致了诗人方干人格及其部分诗歌格调的衰变，也是方干营造“清丽”诗风以抒发心中痛苦的动因。晚唐诗风开始向五代乱世诗风进行转变。

表3 矿井水中5种重金属间的Pearson相关系数

注：*表示在=0.05水平上显著相关；**表示在=0.01水平上显著相关。

由相关性分析可知，矿井水中Fe和Zn的Person相关性最强，相关系数为0.873，呈现出显著相关(＜0.05），这表明矿井水中的重金属Fe和Zn之间关系密切，具有一定的同源性；Pb和As之间也呈现出显著相关，相关系数为0.899，这表明矿井水中的Pb和As具有一定的同源性，而其他重金属间的相关性不明显。矿井水中5种重金属的具体来源还需通过地表水、地下水及矿井水中重金属的浓度进行详细分析。

3.3.2 地表水、地下水及矿井水中重金属浓度分析

地表水、地下水作为矿井水的直接及间接补给来源，检测其中重金属浓度有利于分析矿井水中重金属来源，统计49组地表水、地下水和矿井水水样中Zn、Pb、Fe、Mn、As的浓度，并统计不同类型水样中重金属浓度最大值、最小值及平均值(表4)。

表4 不同类型水样中重金属质量浓度统计

显然，地表水中Pb的平均质量浓度为0.002 mg/L，As为0.001 mg/L，地下水中Pb的质量浓度为0.002～0.006 mg/L，As为0.001～0.005 mg/L，远低于矿井水中Pb与As的质量浓度值，因此，推测矿井水中的Pb和As与地表水及地下水联系不大。又因矿井水中的Pb和As具有同源性(上文相关性分析结论)，矿井水中的Pb和As主要受人类活动影响，来源于采煤过程中采煤机械及运输机械油类的泄漏，造成矿井水中Pb、As质量浓度增加，此结论与汽车尾气Pb、As浓度超标相吻合。为准确分析矿井水中Zn、Fe、Mn这3种重金属的来源，根据表4绘制质量浓度箱形图(图4)，直观对比不同类型水样中重金属浓度的最大值、最小值及平均值[22]。

由图4a可知，地表水中几乎不存在Fe，第四系及Ⅰ含、Ⅱ含地下水中Fe质量浓度很低，均低于标准限值0.3 mg/L，而Ⅲ含地下水中Fe的平均质量浓度为0.93 mg/L，为标准限值的3.1倍。矿井水中Fe平均质量浓度为9.19 mg/L，是标准限值的30.63倍，由此推测，矿井水中的Fe来自Ⅲ含地下水。而矿井水中Fe平均质量浓度是Ⅲ含地下水的9.88倍，说明Fe除来源于Ⅲ含地下水外，还有其他来源。

图4 各类型水样Fe、Mn、Zn 质量浓度箱形图

由图4c可知，地表水、Ⅰ含、Ⅱ含中的Zn的浓度均低于标准限值，而Ⅲ含中Zn的平均质量浓度为1.08 mg/L，是标准限值的1.08倍，矿井水Zn平均质量浓度为3.71 mg/L，是标准限值的3.71倍，由此说明矿井水中的Zn除了来自Ⅲ含地下水外，还有其他来源。

综合Fe、Mn、Zn质量浓度箱形图得知，矿井水中的Mn主要来源于Ⅲ含地下水，而Fe和Zn除来源于Ⅲ含外，还有其他来源，可能与煤层中含Fe、Zn矿物的溶滤有关。

3.3.3 煤层及顶板重金属浸出试验

为进一步探索矿井水中Fe、Zn的其他来源，从主采煤层工作面采集煤层及顶板样品，共计6件，并按照MT/T 1016—2006《煤和煤矸石浸出试验方法》[23]开展Fe、Mn、Zn 3种重金属浸出试验：将6个样品破碎至粒径小于6 mm，并称取g的样品，置于1 L浸取容器中，加入0.7 L去离子水浸取剂，拧紧瓶盖后固定至搅拌振荡器上，转速设置为(30±2) r/min，温度为25℃，浸取18 h后将浸取容器于试验台静置30 min，取上清液检测溶液中Fe、Zn的质量浓度(表5)。

应称取的样品质量计算公式为：

式中：为所测样品的水分。

表5 煤层及顶板Fe、Zn浸出结果

由表5可知，煤层顶板中Fe、Zn的平均浸出质量浓度为17.40 mg/L和1.04 mg/L，均超出了标准限值，进一步佐证矿井水中的Fe、Zn来自于Ⅲ含地下水，而煤层中Fe的平均浸出质量浓度为3.05 mg/L，小于顶板中Fe的浸出浓度，但仍超出标准限值，说明矿井水中的Fe来源于Ⅲ含地下水及煤层，Ⅲ含地下水是主要来源。煤层中Zn的平均浸出浓度为0.027 mg/L，低于标准限值，结合重金属相关性分析结果可知，矿井水中的Zn与Fe具有同源性，一部分来源于煤层中含Fe、Zn矿物的溶滤，但是煤层对矿井水中Zn的贡献较小。

4 结论

a. 内蒙古某矿矿井水中5种重金属包括Zn、Pb、Fe、Mn、As浓度值超出GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》及GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类限值，其中Fe和Zn 2种重金属元素超标率高达100%。

b.利用HPI模型定量评价矿井水中5种重金属的污染程度结果表明，其HPI值为61.52～612.90，7个矿井水样中6个HPI值大于临界值100，矿井水重金属污染程度较高。

c. 联合数理统计、不同类型水样重金属浓度箱形图及煤/顶板重金属浸出试验综合分析5种超标重金属的主要来源结果表明，矿井水中的Pb和As主要来源于采煤及运输机械油类物质泄漏，Mn主要来源于Ⅲ含地下水，Fe和Zn主要来源于Ⅲ含地下水及煤层中含Fe、Zn矿物的溶滤。

[1] WANG C，YANG Z F，ZHONG C，et al. Temporal-spatial variation and source apportionment of soil heavy metals in the representative river-alluviation depositional system[J]. Environmental Pollution，2016，216：18–26.

[2] 赵东杰，王学求. 滇黔桂岩溶区河漫滩土壤重金属含量、来源及潜在生态风险[J]. 中国环境科学，2020，40(4)：1609–1619.

ZHAO Dongjie，WANG Xueqiu. Distribution，sources and potential ecological risk of heavy metals in the floodplain soils of the karst area of Yunnan，Guizhou，Guangxi[J]. China Environmental Science， 2020，40(4)：1609–1619.

[3] LEUNG C M，JIAO J J. Heavy metal and trace element distributions in groundwater in natural slopes and highly urbanized spaces in Mid-Levels area，Hong Kong[J]. Water Research，2006，40(4)：753–767.

[4] 何晓文，许光泉，王伟宁. 浅层地下水重金属元素的富集特征研究[J]. 环境工程学报，2011，5(2)：322–326.

HE Xiaowen，XU Guangquan，WANG Weining. Research on accumulation characteristic of shallow groundwater metal element[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，2011，5(2)：322–326.

[5] 王艺涵，刘胤序，刘海红，等. 青海典型内陆河流域地表水化学组成及其重金属分布特征[J]. 生态学杂志，2018，37(3)：734–742.

WANG Yihan，LIU Yinxu，LIU Haihong，et al. Chemical composition and heavy metal distribution in surface water of typical inland rivers in Qinghai[J]. Chinese Journal of Ecology，2018，37(3)：734–742.

[6] 王磊，汪文东，刘懂，等. 象山港流域入湾河流水体中重金属风险评价及其来源解析[J]. 环境科学，2020，41(7)：3194–3203.

WANG Lei，WANG Wendong，LIU Dong，et al. Risk assessment and source analysis of heavy metals in the river of a typical bay watershed[J]. Environmental Science，2020，41(7)：3194–3203.

[7] 陈文轩，李茜，王珍，等. 中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价[J]. 环境科学，2020，41(6)：2822–2833.

CHEN Wenxuan，LI Qian，WANG Zhen，et al. Spatial distribution characteristics and pollution evaluation of heavy metals in arable land soil of China[J]. Environmental Science，2020，41(6)：2822–2833.

[8] 乔胜英，李望成，何方. 漳州市城市土壤重金属含量特征及控制因素[J]. 地球化学，2005，34(6)：635–642.

QIAO Shengying，LI Wangcheng，HE Fang. Characteristics and controlling factors of heavy metal contents in urban soils in Zhangzhou City，Fujian Province[J]. Geochimica，2005，34(6)：635–642.

[9] 中国煤炭工业协会. 2019煤炭行业发展年度报告[R]. 北京：中国煤炭工业协会，2019.

China National Coal Association. 2019 annual report on the development of coal industry[R]. Beijing：China National Coal Association，2019.

[10] 谢和平，吴立新，郑德志. 2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 煤炭学报，2019，44(7)：1949–1960.

XIE Heping，WU Lixin，ZHENG Dezhi. Prediction on the energy consumption and coal demand of China in 2025[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(7)：1949–1960.

[11] 王甜甜. 矿井水中典型重金属形成机理与被动处理技术研究[D]. 北京：煤炭科学研究总院，2020.

WANG Tiantian. Study on formation mechanism and passive treatment technology of typical heavy metals in mine water[D]. Beijing：China Coal Research Institute，2020.

[12] 杨建，王皓，王甜甜，等. 矿井水地下储存过程中典型污染组分去除规律：以内蒙古敏东一矿为例[J]. 煤炭学报，2020，45(8)：2918–2925.

YANG Jian，WANG Hao，WANG Tiantian，et al. Removal law of typical pollution components during underground storage of mine water：Taking Mindong No.1 Mine Inner Mongolia as an example[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(8)：2918–2925.

[13] 梁亚琴，张淑萍，李慧，等. 改性蒙脱土去除水中重金属离子研究新进展[J]. 化工进展，2018，37(8)：3179–3187.

LIANG Yaqin，ZHANG Shuping，LI Hui，et al. Progress in development of modified montmorillonite for adsorption of heavy metal ions[J]. Chemical Industry and Engineering Progress，2018，37(8)：3179–3187.

[14] 余露，白光宇，周建伟，等. 呼伦贝尔某煤矿区地境结构特征及其对草原生态恢复的意义[J]. 安全与环境工程，2019，26(4)：29–36.

YU Lu，BAI Guangyu，ZHOU Jianwei，et al. Characteristics of below ground habitat in a coal mine in Hulun Buir and its significance for prairie ecological restoration[J]. Safety and Environmental Engineering，2019，26(4)：29–36.

[15] 左航，马小玲，陈艺贞，等. 黄河上游水体中重金属分布特征及重金属污染指数研究(英文)[J]. 光谱学与光谱分析，2016，36(9)：3047–3052.

ZUO Hang，MA Xiaoling，CHEN Yizhen，et al. Studied on distribution and heavy metal pollution index of heavy metals in water from upper reaches of the Yellow River，China[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis，2016，36(9)：3047–3052.

[16] 程鹏，李叙勇. 洋河流域不同时空水体重金属污染及健康风险评价[J]. 环境工程学报，2017，11(8)：4513–4519.

CHENG Peng，LI Xuyong. Heavy metals pollution and related health risk assessment of Yang River：Spatial and temporal variation[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering，2017，11(8)：4513–4519.

[17] 杨学福，关建玲，段晋明，等. 渭河西安段水体重金属污染现状及其健康风险评价[J]. 水土保持通报，2014，34(2)：152–156.

YANG Xuefu，GUAN Jianling，DUAN Jinming，et al. Heavy metal pollution and related health risk of Weihe river in Xi’an section[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation，2014，34(2)：152–156.

[18] 胡春华，童乐，万齐远. 环鄱阳湖浅层地下水水化学特征的时空变化[J]. 环境化学，2013，32(6)：974–979.

HU Chunhua，TONG Le，WAN Qiyuan. Spatial and temporal variation of shallow groundwater chemical characteristics around Poyang Lake[J]. Environmental Chemistry，2013，32(6)：974–979.

[19] 孙斌. 多元统计方法在鄂尔多斯白垩系盆地都思兔河地下水系统水化学空间分布规律研究中的应用[D]. 长春：吉林大学，2007.

SU Bin. Application of multivariate statistics method into research on spatial distribution law of hydrochemistry in Dusituhe groundwater system in Ordos cretaceous basin[D]. Changchun：Jilin University，2007.

[20] ARMAH F A. Relationship between coliform bacteria and water chemistry in groundwater within gold mining environments in ghana[J]. Water Quality Exposure & Health，2014，5(4)：183–195.

[21] 郭巧玲，熊新芝，姜景瑞. 窟野河流域地表水–地下水的水化学特征[J]. 环境化学，2016，35(7)：1372–1380.

GUO Qiaoling，XIONG Xinzhi，JIANG Jingrui. Hydro-chemical characteristics of surface and ground water in the Kuye River basin[J]. Environmental Chemistry，2016，35(7)：1372–1380.

[22] 王甜甜，靳德武，刘基，等. 动态权–集对分析模型在矿井突水水源识别中的应用[J]. 煤炭学报，2019，44(9)：2840–2850.

WANG Tiantian，JIN Dewu，LIU Ji，et al. Application of dynamic weight-set pair analysis model in mine water inrush discrimination[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(9)：2840–2850.

[23] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 煤和煤矸石浸出试验方法 MT/T 1016—2006[S]. 北京：中国标准出版社，2006.

National Development and Reform Commission，PRC. Leaching test methods for coal and coal gangue MT/T 1016—2006[S]. Beijing： China Standards Press，2006.

Heavy metal pollution characteristics and source analysis of water drainage from a mine in Inner Mongolia

WANG Tiantian1,2, JIN Dewu1,2, YANG Jian1,2

(1. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China; 2. Shaanxi Key Laboratory of Prevention and Control Technology for Coal Mine Water Hazard, Xi’an 710077, China)

Heavy metal pollution evaluation and its source analysis are essential to mine water reuse and protection of ecological environment in mining areas. The objective of this paper is to study heavy metal pollution characteristics and source of heavy metal in mine water. A coal mine from Inner Mongolia Province was chosen as the study area and 49 water samples including surface water, quaternary groundwater, confined groundwater and mine water were collected. Primarily, we detected the concentrations of Zn, Pb, Fe, Mn, As, Cu, Cd, Cr, Hg and Se of water samples to explore heavy metal pollution characteristics and excessive situation. And then, HPI(Heavy-metal Pollution Index) model was established to evaluate the degree of mine water heavy metal pollution. At last, mathematical statistics, heavy metal concentration box-plot and heavy metal leaching tests of coal/roof were used to analyze heavy metal source. The results show that the concentration of Zn, Pb, Fe, Mn and As exceeded their standard value. And the exceeding rate of Fe and Zn both reach 100% with the highest over-standard rate. Six of the seven water samples HPI value exceed the critical value of 100. It means mine water heavy metal pollution is serious, generally. The pb and As in mine water is mainly from the leakage of oil substances of coal mining and transportation machinery, while Mn is mainly from aquifer Ⅲ, and Fe and Zn from aquifer Ⅲ, and iron and manganese bearing minerals leaching of coal seam. This conclusion will provide a basis for prevention and treatment of heavy metal pollution in mine water.

mine water; heavy metal; degree of contamination; source analysis

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TD745

A

1001-1986(2021)05-0045-07

2020-12-13；

2021-06-08

国家自然科学基金项目(41907264)，国家重点研发计划课题(2016YFC0501104，2017YFC0804103)

王甜甜，1991年生，女，河南漯河人，博士，助理研究员，从事环境地质与水文地质研发工作. E-mail：wangthpuedu@126.com

靳德武，1966年生，男，陕西蓝田人，博士，研究员，博士生导师，从事煤矿防治水技术研发工作. E-mail：jindewu@cctegxian.com

王甜甜，靳德武，杨建. 内蒙古某矿矿井水重金属污染特征及来源分析[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(5)：45–51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.005

WANG Tiantian，JIN Dewu，YANG Jian. Heavy metal pollution characteristics and source analysis of water drainage from a mine in Inner Mongolia[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(5)：45–51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986. 2021.05.005

(责任编辑 周建军)