论文以沁水盆地南部寺河、李村、余吾矿区3#煤储层为研究对象,以沁水盆地地质条件与煤储层特征为研究背景与实验条件设计依据,以煤层气井抽采理论与技术为指导,以“CO₂注入与煤层气强化开发实验模拟系统”为实验平台,实验模拟了不同注入压力、围压、温度条件下煤岩渗透率的变化、CO₂-ECBM驱替过程中气体产出特征,并利用COMET3数值模拟软件对实验结果进行反演与论证。实验阐释了不同约束条件下煤岩气测渗透率的变化规律,分析了深部煤储层CO₂-ECBM煤层气产出的关键影响因素与机理,基于COMET3软件平台建立煤层气抽采数学模型,探讨了CO₂-ECBM煤层气井气体产出过程及其关键影响因素,总结了CO₂-ECBM煤层气井气体产出规律。研究取得如下主要认识:（1）研究区煤储层为山西组3#煤层,基于低温液氮、压汞测试实验发现,煤储层孔隙结构以微孔、中孔为主,大孔发育较少。借助三维可视化技术对寺河与余吾煤样孔隙结构进行重构,寺河煤样的煤基质孔隙密度、孔隙网络截面、孔喉连通性特征均优于余吾煤样。在同等吸附与解吸实验条件下,寺河煤样的吸附量与解吸量均大于余吾煤样,孔隙结构差异对后期实验模拟与数值模拟结果影响显著。（2）根据研究区地质概况与煤储层特征,设计以注入压力、围压、温度为变量的煤岩渗透率实验与CO₂驱替N₂实验。实验结果表明:He气测渗透率大于N₂与CO₂测试值,注入压力与渗透率、驱替效率呈正相关关系,围压与渗透率、驱替效率呈负相关关系。注入压力增大会导致煤基质内部渗流压力增强,围压增大会导致煤基质内部孔隙结构变形收缩,注入压力、围压变化对渗透率与CO₂驱替效率影响显著。温度上升会造成煤基质受热膨胀,渗透率降低,及气体活性增强,吸附能力下降,解吸能力增强,温度对渗透率与CO₂驱替效率影响微弱。（3）基于实验模拟的规律性认识,利用COMET3模拟软件设计以渗透率0.1-1mD、孔隙度1-5%、储层压力10-12MPa为敏感参数的数值模拟实验,模拟结果显示:在单因素敏感参数的影响下,煤储层在渗透率0.1mD、孔隙度1%、储层压力10MPa条件下达到了CO₂的最佳封存效果与CH₄的最高采收效率。（4）CO₂-ECBM煤层气井气体产出过程受多因素条件耦合影响,在CO₂-ECBM煤层气井现场工程实践中,应综合考虑选址优化、煤储层自身物性、煤储层赋存条件、气体产出动力学特征、CO₂-ECBM煤层气注采工艺等多方面因素的耦合影响。