煤层气是一种自生自储的非常规天然气,是近30年来新兴的、蕴藏量巨大的潜在能源之一。我国的煤层气资源十分丰富,但由于煤层渗透率普遍低于工业化开采条件,常规开采方法在国内的应用受到限制。针对我国煤层自身特点,建议采用二氧化碳驱替煤层瓦斯技术,以提高煤层气的采收率,同时可将二氧化碳储存于煤层中,减少对大气的污染。本文首先研究与总结了气体在煤层中的吸附、解吸以及运移机理,分析了温度、体积应力、气体压力对气体储存与运移的影响,对二氧化碳与甲烷在煤层中的置换、驱替过程进行了理论研究。在此基础上,使用大尺寸(100mm X100mm X200mm)贫瘦煤试件,进行了拟静水压力下渗透率测定试验与二氧化碳驱替甲烷试验研究。渗透试验结果表明：室温条件下,气体在煤体中的渗透率受静水压力与渗透压双重影响。煤体处于静水压力环境时,其内部收缩变形比较均匀,未有剪切破坏发生,其物理特性更接近于各向同性多孔介质,回归分析发现,渗透压力不变时,随着静水压力的增加,渗透率呈现负指数规律衰减,主要由静水压力的加载导致煤体的收缩变形作用引起；体积应力不变时,随渗透压增加渗透率的降低存在最小值,此后随着渗透压增大,渗透率开始上升。置换与驱替试验结果表明：二氧化碳对贫瘦煤中所吸附甲烷的置换比为1.43-2.17,表现为体积应力越小,置换比越高；同时温度对置换过程有重要影响,温度越高置换效果越好。在不同体积应力与驱替压力下,三个试件中,二氧化碳对瓦斯的驱替效率分别为57.1%、40.3%、43.9%,驱替效率受体积应力与驱替压力双重影响,其中体积应力下降将导致驱替效率上升,而驱替压力上升将导致驱替效率下降。同时与前人工作对比发现,驱替压力对驱替效率的影响最为显著。