煤炭资源开采过程中地下水资源破坏严重，是煤炭绿色开采过程中的难题，煤矿地下水库可有效保护矿井水和提高水资源循环利用。为阐明煤矿地下水库水体净化机理，测定了神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质指标，结合相关性、主成分分析等统计学方法与舒卡列夫分类、Piper三线图等水化学分析方法和离子比值法，分析了地下水库水体水化学特征及其形成机制。结果表明：煤矿地下水库自净化效果显著，出水的固体悬浮物、浊度、电导率和溶解性总固体等指标明显降低，化学需氧量、Fe3+、Mn2+平均去除率可分别达到42%、89%、94%；水化学类型由进水的Ca2+·Na+ - Cl-·SO42-型逐步向出水的Na+·Ca2+- Cl-·SO42-型转变，水库净化过程中发生了阳离子交换；多元统计分析表明溶滤作用、混合作用、外界干扰、阳离子交换等均会影响地下水库水质的净化过程，其中溶滤作用起主导作用；水体中Na+、Ca2+、Mg2+主要来自硅酸盐矿物的溶解。