为探究煤矸石粉在微表处技术中应用的可行性，选取不同煤矸石粉替代微表处混合料的填料，室内成型要求的组合试件采用汉堡车辙试验、四轮加速磨耗试验和剪切疲劳试验等长期性能测试方法，研究含有不同填料的微表处混合料路用性能和层间性能，并分析不同因素对微表处长期性能的影响差异性。结果表明，煤矸石粉以替代矿粉的形式添加于微表处中，可改善微表处的高温性能、水稳性能、耐磨耗性能、长期抗滑性能和层间黏结性能，其中，高温活化煤矸石粉的改善效果较好，煤矸石粉替代量对微表处不同性能影响高于矿粉类型，但煤矸石粉替代水泥则有损微表处的路用性能和层间性能。微表处长期性能的改善效果与煤矸石粉替代矿粉的质量密切相关，煤矸石粉替代率越高，则微表处的长期性能越好；矿粉全部替代为煤矸石粉、活化煤矸石粉，微表处的高温性能、水稳性能、耐磨耗性能、长期抗滑性能和层间剪切疲劳寿命分别提高约26.8%和36.4%、33.5%和40.0%、33.4%和45.1%、4.7%和6.8%、9.5%和10.4%。研究成果为煤矸石在沥青路面养护技术中应用提供参考。