本文从煤矿井下注N₂促抽/促排煤层瓦斯的试验效果以及煤矿井下安全生产的角度出发,采用高压容量法,在实验室对阳泉15号煤层的颗粒煤样进行等压扩散和高压注气两种条件下弱吸附性N₂置换煤中CH₄实验,研究了两种实验条件下N₂置换煤中CH₄规律,并对其作用机理进行分析。阳泉15号煤对CH₄、N₂单组分气体的吸附-解吸实验表明,煤吸附CH₄能力强于吸附N₂。通过对等压扩散和高压注气两种实验条件下N₂对CH₄的置换解吸规律可以看出,高压注气条件下CH₄置换量很小,且随煤对CH₄的吸附平衡压力升高呈现先增后减的规律,CH₄的吸附平衡压力为0.84MPa时置换量达到最大值0.56cm3/g,同一甲烷吸附平衡压力下,置换量随着氮气注气压力的升高而增大,且增加量逐渐减小;等压扩散条件下CH₄置换量随煤对CH₄的吸附平衡压力的升高而增大;相同CH₄吸附平衡压力下,等压扩散条件下CH₄置换量始终大于高压注气条件下CH₄置换量。对置换气体N₂的吸附量而言,两种实验条件下均表现为随CH₄平衡压力的升高先升后降,且相同CH₄吸附平衡压力下,高压注气条件下N₂吸附量始终大于等压扩散条件下N₂吸附量。分析两种实验条件下的置换作用机理,得出高压注气条件下,N₂对煤中CH₄的置换机理是高压氮气的注入增加了煤中总压力而引起的甲烷解吸;等压扩散条件下,N₂对煤中CH₄的置换主要是气体的扩散作用和由气体扩散作用引起的甲烷分压降低以及由气体扩散引起的氮气分压升高共同作用。因而,等压扩散条件下N₂的置换量高于高压注气条件下的置换量。结合实验结果分析井下注N₂促抽/促排煤层瓦斯技术的机理得出,其作用机理主要是注气气流的载携作用和气体的扩散作用,还包含了注气气流的膨胀增透作用,以及微弱的氮气的注入使得煤层总压力升高而产生的甲烷解吸作用。