围绕矸石充填体重金属离子对下伏含水层水资源形成的污染隐患问题，系统研究了矸石基水泥固化充填体在保护下伏含水层以及约束重金属离子析出-迁移方面的效果与特征。首先，构建矸石充填体重金属离子迁移模型，揭示复合结构阻隔层条件下矸石充填体重金属离子进行迁移运动的规律。其次，分析总结影响矸石充填体重金属离子迁移的因素，获取矸石基水泥固化充填材料重金属离子的析出浓度。最终，建立矸石基水泥固化充填体重金属离子迁移模型，得到矸石基水泥固化充填体对下伏含水层的保护效果，并揭示其重金属离子析出-迁移约束机理。结果表明：矸石充填体重金属离子的析出过程可分为前期、中期与后期，析出浓度值先增加、再降低、后平稳；矸石充填体重金属离子在复合结构阻隔层中进行迁移运动的过程可分为骤升期、缓冲期与平稳期，迁移距离整体呈现出随时间增加而不断增大的现象，迁移能力表征为随时间增加而不断降低的趋势；矸石基水泥固化充填体重金属离子的最远迁移距离相比未固化处理的矸石充填体降低了18.77%，并提前30 a进入平稳期，有效保护了水资源安全；浸泡在矿井水中的矸石基水泥固化充填体，其对重金属离子析出-迁移的约束机理表征为水泥水化产物对重金属离子的吸附、物理包裹、离子交换、化学结合与碱性固定作用。
