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中国埋深2000m以浅煤层气资源潜力巨大,但煤层渗透率一般小于0.1mD,多属于致密型煤岩储层,目前的开发技术尚未取得根本性突破。在不断完善水力压裂增产改造技术的前提下,向煤层中注入C02、N2等非烃气体,发挥埋存C02和提高煤层甲烷采收率的双重优势,具有广阔的应用前景。然而气体注入煤层后会造成煤基质膨胀,渗透性降低,同时煤岩吸附气体后力学强度也会降低,导致煤层失稳。深入研究煤岩对气体的选择性吸附机理及吸附气体后煤岩性质的变化对提高煤层甲烷采收率和优化工程作业环节具有积极意义。论文以宁武盆地9号煤岩为研究对象,基于煤岩基础物性、无机矿物和黏土矿物组成、孔隙结构分布特征分析,研究了煤岩对不同气体的选择吸附性,分子模拟方法微观上解释了煤岩对气体的选择性吸附机理,探讨了煤岩吸附气体后渗流能力及力学性质的变化情况,开展了注气驱替煤层甲烷实验并进行了数值模拟研究。认清了9号煤岩孔隙结构特征。通过薄片分析、扫描电镜和CT扫描等孔隙结构可视化分析,指出煤岩的微裂隙较发育,但连通性差。基于氮气吸附实验结果,明确了煤岩基质孔隙以纳米级孔隙为主并且孔隙结构复杂。明确了9号煤岩对不同气体的选择性吸附,分子模拟方法微观分析了选择性吸附机理。运用HKY-Ⅱ型全自动吸附气含量测试系统,测定了煤岩对N2、CH4、CO2及其二元和三元组分气体的吸附能力,分子模拟方法分析了气体吸附过程吸附热、吸附位的变化情况。结果表明,煤岩对C02的吸附性最强,其次是CH4,对N2的吸附性最弱,对于二元和三元混合气体而言,气体之间存在竞争吸附、相互干扰行为；多元组分气体吸附后气体吸附位右移,吸附能减小,造成单一组分气体在混合气体中的吸附量小于相同分压下其单独吸附时的吸附量。探讨了吸附气体对煤岩渗透率及力学性质的影响。结果表明,煤岩吸附气体后渗透率将不同幅度降低,吸附性越强的气体导致的渗透率降低幅度越大,对于二元混合气体而言,C02所占比例越大,煤岩渗透率降低幅度越大；吸附气体后煤岩塑性软化特性增强,抗拉、单轴抗压、三轴抗压强度均降低,气体的吸附性越强降低幅度越大。明确了注入C02/N2对煤层甲烷驱替效率的影响,设计了最优注气方案。结果表明,注气能提高煤层甲烷的驱替效率,解吸时间限定为1h、注气压力为4.5MPa时,二元气体的驱替效果优于纯CO2的驱替效果,N2比例越高,驱替效率增加越快,相同注入气体,注入压力越大,驱替效率增加越快；注气压力为4.5MPa时,在注气初期选择20%CO2+80%N2气体注入,N2刚开始突破时,改注80%CO2+20%N2混合气体,注入量不应超过煤层最大吸附量。研究方法及获得的认识对充分理解注气提高煤层气采收率机理及实现高效注气具有一定的指导意义。