充填复垦方法对修复采矿活动造成的采空区及塌陷区,改善矿区环境有着重大作用,已广泛应用于矿区土地复垦。充填复垦物料的选择以及其中污染物在自然条件下的释放迁移对矿区环境具有深远影响。本文结合理论分析、室内实验、数值模拟等方法,对矿区充填复垦物料的选择及其中重金属元素的释放迁移进行研究。本文首先对煤矸石和粉煤灰成分进行了分析,并制备1:0.2、1:0.4、1:0.6和1:0.8四种不同配比样品;利用土柱淋溶实验装置,对各样品中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr五种重金属元素释放-迁移规律进行研究;采用逐级提取法对不同配比样品淋溶前后重金属元素赋存状态变化进行研究;引入Hakanson生态风险评价法进行重金属元素生态风险评价,结合压实率分析,确定最佳配比物料;最后通过多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对所研究重金属元素的释放-迁移规律进行模拟,以预测其长时间范围内的释放-迁移情况。本文所得出的相关结论如下:（1）不同配比煤矸石粉煤灰样品中重金属元素含量随粉煤灰比重的增大呈上升趋势;（2）各配比样品淋出液中重金属元素在释放初期浓度较高,一开始便大量淋出,随后逐渐减小趋于稳定,淋出液中的pH值较大,溶液呈强碱性,淋溶初期EC值最大,随淋溶时间增加迅速减小并逐渐趋于稳定;（3）动力学方程Elovich、双常数方程、多项式方程、抛物线方程都能描述淋溶作用下重金属元素的释放过程,但多项式方程效果更佳;（4）将煤矸石和粉煤灰混合淋溶后赋存状态发生较大变化,惰性状态尤其是残渣态均有不同程度增加,重金属元素的释放被有效限制;（5）四种配比样品生态风险评价等级均为中低等,对环境的污染程度较低,结合潜在生态风险最小和压实率最优,四种配比中1:0.6配比样品最佳;（6）自然降水影响充填复垦物料中水分运动情况,水流运动方式为渗流。模拟降水条件下,Cu²⁺、Zn²⁺和Pb²⁺释放期较长,而Cr²⁺和Cd²⁺释放期较短,同一时刻,各重金属元素浓度最大值均出现在柱体底部。论文有图30幅,表28个,参考文献123篇。