煤炭资源开发利用过程中会产生大量的CO2以及粉煤灰等煤基固废，在“双碳”目标下，如能采用CO2矿化煤基固废制备充填材料，并将其充填在采空区里控制岩层移动，将会“变废为宝”，推动保水开采等绿色低碳技术发展。针对矿井充填现场难以满足CO2矿化所需高温高压高钙（“三高”）条件的问题，探索在常温常压条件下，采用常规低钙粉煤灰（“三常”）研制CO2矿化煤基固废负碳充填材料（Negative Carbon Filling Material，NCFM）。在NCFM反应过程中，原材料首先发生水化反应生成C-S-H凝胶、Ca(OH)2和CaCO3，再与CO2反应后生成SiO2硅胶。在此过程中，碱性激发剂加速C-S-H凝胶和硅胶的生成，使NCFM具有快速早强特征。随着NCFM进一步水化反应，碱性激发剂会促进火山灰反应的发生，进而促使更多水化产物的生成，有利NCFM长期强度的提高。在采用坍落度测试、凝结时间测试、单轴抗压强度（UCS）测试、X射线荧光光谱（XRF）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）-X射线能谱仪（EDS）分析，以及热重分析（TGA）测试的基础上，研究了NCFM的力学性能和微观组织，阐明了NCFM的早期与长期强化机制。80%粉煤灰掺量的NCFM试样的UCS最大，3 d达2.70 MPa，28 d达5.12 MPa。NCFM的最大CO2吸收量为1.39 mg-CO2/g-NCFM。NCFM的研制提供了保水开采负碳充填材料，可推进形成CO2资源化利用、固废规模化处置、采空区再利用，以及保水开采等煤炭资源绿色化开采的协同技术途径，促进实现“碳炭置换”，助力加快能源资源领域“双碳”战略目标实现。