我国煤层渗透率普遍较低,不利于甲烷抽采,通过向煤层注气可改善这一局面。本文选取CO₂为促抽气体,以CH₄赋存机理、煤对CO₂和CH₄的吸附差异和煤层气体运移规律为理论基础,展开了不同CO₂注入压力、不同CO₂注入温度和不同煤层温度下的CO₂置换/驱替煤层CH₄实验,研究这些因素对CO₂置换/驱替煤层CH₄的影响规律。利用自主研发的注CO₂置换/驱替煤层CH₄实验平台,选用赵庄煤矿煤样,进行了煤体渗透率测定实验、煤体吸附实验以及不同CO₂注入压力、不同CO₂注入温度和不同煤层温度条件下的CO₂置换/驱替CH₄实验研究。结果表明:实验煤体的渗透率随注气压力的增加符合先减小后增大的规律;在低压范围内,实验煤体注CO₂后的渗透率与注CH₄后的渗透率随注气压力的增大均呈指数函数衰减,且注入CO₂气体后煤体的渗透率大于注入CH₄气体后煤体的渗透率,但二者的差值随着压力的增大而减小;煤体渗透率与煤体温度负相关,随着煤体温度的升高,煤体渗透率呈线性降低,且各温度下,注入CO₂气体后煤体的渗透率均大于注入CH₄气体后煤体的渗透率,但二者的差值随着温度的升高而减小。煤体吸附实验验证了实验煤体吸附CO₂能力是吸附CH₄能力的2³倍。注CO₂气体置换/驱替煤层CH₄实验得到的结论有:相较于煤层CH₄自然排放量,向煤层注CO₂气体后CH₄的排放量增加1.2倍以上,CH₄回收率由30.88%上升至63.55%,增加1.06倍。综合比较CH₄排放量、置换效率、驱替比、单位质量CO₂封存量以及CO₂突破时间等参数得到:在低压范围内,CO₂气体注入压力越高,置换/驱替效果越好;在低温范围内,CO₂气体注入温度越高,CO₂气体的置换/驱替效果越好;在低温范围内,煤体温度越低,置换/驱替效果越好。但由于温度对煤体吸附气体性能的影响,不同煤体温度的CH₄排放量与置换效率要综合分析。该论文有图52幅,表18个,参考文献101篇。