注CO₂强化煤层气抽采(CO₂-ECBM)既能显著提高煤层气开采效率,又能降低温室气体排放,对缓解全球能源危机和温室效应至关重要。为真实还原煤矿井下CH₄采收情况,探究不同因素对CO₂-ECBM过程的影响,构建了考虑煤变形、气-水运移、热传递过程的流-固-热耦合模型,并采用数值模拟手段对比研究了常规抽采与注CO₂强化煤层气抽采的煤层气产出性能,分析了注入温度、注入压力、初始含水饱和度对CO₂-ECBM工程的影响,确定了最佳CO₂注入时机。结果表明:沁水盆地3^#煤层抽采4 000 d时强化因子为1.37,这表明注CO₂强化煤层气抽采的可行性;由于孔隙压力、气体吸附/解吸以及热弹性膨胀应变竞争作用,渗透率呈现下降-上升-下降的趋势;增加注入温度和压力会提高煤储层温度,促进CH₄产出和CO₂储存,增大渗透率下降幅度;初始含水饱和度越大,越不利于气体产出与封存,渗透率下降幅度越小;延迟注入时间有助于提高CH₄采收率和闭井阈值,但会对CH₄平均产出速率造成负面影响;当CO₂开始注入时间为2 500 d时,平均产出速率为1 142.10 m³/d,示范项目的经济效益达到最佳。研究结果丰富了不同储层参数下CO₂-ECBM的增产机制,并为其注入时机优化提供了新的理论观点。