矿井水深井回灌是矿井水“转移存储”处理的主要形式，根据鄂尔多斯盆地煤矿区地质和矿井水特征，从回灌目的层地下水与矿井水的匹配性、上下岩层的隔水性、回灌层的渗透性以及封闭性角度提出了矿井水回灌目的层选取依据。并以地下水达西定律和Dupuit理论为基础，建立极坐标系完整注水井稳定流数学模型，得出在稳定注水条件下，回灌量与注水层渗透系数、厚度、回灌压力、水位埋深以及回灌井直径正相关，与影响半径负相关，与回灌层埋深无关。提出了矿井水深层回灌水动力和溶质运移耦合仿真模型构建方法，并以矿井水回灌试验案例为分析对象，模拟得出矿井水回灌过程中含水层水压形成以注水井为中心的“高位水丘”，且注水压力越大，回灌量增加较为明显，模型分析结果与现场试验结果基本一致。溶质运移范围形成以注水井为中心的“圆柱状”弥散形态，特征离子浓度沿回灌井两侧变化剧烈，回灌层特征离子浓度被迅速稀释，随着时间的延伸，弥散稀释范围增加相对较小，说明矿井水回灌对深部高浓度含水层地下水水化学影响程度不大，研究成果可为西部煤矿区矿井水高效回灌处理提供科学依据。