瓦斯赋存“高储低渗”是我国煤层普遍存在的特征,不利于CH₄抽采,利用CO₂气体置换驱替煤层瓦斯可以提高煤层中气体渗流速度,促进煤层CH₄解吸,提高煤矿瓦斯抽采效率。本文通过高压容量吸附装置研究不同条件下煤吸附CH₄、CO₂气体结果分析;利用自主研发物理模拟实验平台进行不同注气压力和注气温度下CO₂置换驱替煤层CH₄运移特性及渗透率变化规律实验研究。主要研究成果如下:对不同条件下CH₄与CO₂吸附特性研究进行实验研究得出,不同温压下无论是CO₂还是CH₄,随着注入压力的增大,煤体的吸附量均增大;相同压力下,温度越高吸附气体量越少;随粒径的增加,CH₄与CO₂的吸附量均减小。相同粒径条件下,CO₂的吸附特性参数大于CH₄的吸附特性参数。对置换驱替过程中煤层渗透率变化规律进行实验研究得出,不同注气压力和不同注气温度下煤层渗透率随时间的推移逐渐减小,其变化规律可以分为缓慢下降阶段、急速下降阶段和趋于稳定阶段。并且提高注气压力和提高注气温度都可以加快渗透率变化进程。置换驱替过程中二元混合气体分压不断发生变化,从而使渗透率处于一个动态变化的过程,本文建立了置换驱替过程中气体分压作用下渗透率动态变化模型。对注CO₂置换驱替CH₄运移特性进行实验研究得出,随着注气时间的增加,煤层温度升高,与提升注气压力相比,提升注气温度时煤层温度最高变化量更大。随着注气压力和注气温度的增加,相邻温度监测点之间气体运移速率增大,提升注气温度时,气体运移速率更快;注气压力为0.6MPa、0.8MPa和1.0MPa时,注气结束时解吸CH₄体积为90.2L、94.1L和97.8L。解吸效率为76.9%、80.2%和82.9%,有效扩散系数最大值依次为2.27×10^-5、3.36×10^-5、4.62×10^-5 cm~2/s。注气温度为40℃、50℃和60℃时,注气结束时解吸CH₄体积为104.95L、107.16L和109.47L。解吸效率为88.5%、90.9%和91.7%,有效扩散系数最大值依次为3.02×10^-5、4.50×10^-5、6.14×10^-5 cm~2/s。提升注气温度更有利于煤层CH₄的解吸和扩散。该论文有图50幅,表8个,参考文献87篇。