瓦斯事故是煤矿安全生产的主要威胁之一,瓦斯主要成分为CH4。CO2是造成全球温室效应的主要因素之一,利用CO2驱替煤层CH4,既可以增加CH4产量,也可以降低空气中CO2的含量,具有重要意义。本文以桑树坪煤样为主要研究对象,主要通过实验室实验、COMSOL模拟、现场工业性实验相结合的方式,分析研究CO2驱替CH4的影响因素及现场应用效果,主要研究成果如下:实验数据的基础上结合langmuir拟合方程,拟合出了不同温度条件下,CO2、CH4的等温吸附曲线,并得出了吸附常数a、b值,通过对比发现,当温度升高时,无论CO2还是CH4的a、b值都呈现下降趋势,说明温度越高煤体对CO2、CH4的吸附能力越差,通过对比CO2与CH4在同一温度下的a值,煤体对CO2的吸附能力远远大于CH4。利用自主搭建的实验平台,进行CO2驱替CH4物理相似模拟实验,开始阶段CH4浓度基本不变,未发现CO2气体;随着时间推移,CO2浓度迅速增长,CH4浓度下降;最终两种气体的浓度变化逐步放缓,趋于稳定,CH4浓度趋近于0。驱替实验过程中,随着注气压力的升高,CO2突破煤体的时间逐步缩短,实验结束时间也随之缩短,CH4的排出量和CO2的吸附量增大,驱替置换比降低。随着环境温度升高,CO2突破煤体时间延长,但是驱替完成时间无明显增长,CO2的吸附量和CH4的排出量下降,驱替置换比降低。通过对比不同注气温度的驱替结果,注气温度越高突破时间越短,实验结束越快。排出CH4量与吸附CO2量增加,驱替置换比降低。在物理相似模拟实验的基础上开展数值模拟研究,通过分析数值模拟结果,发现注气压力越高气体突破时间与浓度变化时间越短,煤体渗透率越低气体突破时间越长浓度变化越缓慢,且距离进气口越近突破时间与浓度变化时间越短。在桑树坪煤矿进行了现场实验,结果表明液态CO2的相变驱替可明显提高煤层CH4抽采效果,分析出随着驱替进行CO2压力下降,导致后期CH4抽采效果降低。