煤层瓦斯灾害是威胁矿井安全开采的重大危险源,同时煤层瓦斯是高热值的清洁能源,我国煤层气储量丰富,有效利用煤层瓦斯可以提高能源利用率,优化能源结构。二氧化碳驱替煤层瓦斯不仅是煤层气开采的重要技术,同时也在煤层瓦斯治理工作中扮演着重大作用。煤对气体的吸附解吸能力是二氧化碳驱替煤层瓦斯的基础,其孔隙结构特征是影响气体吸附能力的重要因素,而煤中可溶有机质的存在对煤孔隙结构特征产生一定影响,进而对二氧化碳高效驱替煤层瓦斯产生影响。因此,本文立足于原煤和残煤孔隙结构,采用理论分析和实验模拟相结合的方法,研究原煤和残煤孔隙结构、吸附、解吸特性的差异,分析煤中可溶有机质对煤吸附解吸二氧化碳特性的影响机理;研究驱替温度、压力对二氧化碳高效驱替煤层瓦斯的影响,并探讨煤中可溶有机质对二氧化碳驱替煤层瓦斯的影响机理。选用淮北矿区煤样进行四氢呋喃溶剂微波辅助抽提,得到残煤(可溶有机质被溶出)。采用液氮低温吸附法测试了原煤和残煤孔隙结构特征参数,经过对比分析,抽提后,煤的孔隙结构在一定程度上得到简化,煤的总孔体积增大,平均孔径增大,孔隙率变大,煤的微孔比表面积减小,微孔体积减少,中、大孔比例增大,产生了扩孔、增孔现象。借助等温吸附实验系统开展了不同温度下,原煤和残煤的二氧化碳等温吸附实验。基于Langmuir和BET吸附模型,分析了原煤和残煤吸附二氧化碳特征参数的变化规律。分析表明,原煤的饱和吸附量a值大于残煤,吸附常数b值小于残煤,经过抽提后,煤的吸附能力在一定程度上降低,但煤的相对吸附速度得到了提升;基于吸附热力学相关理论,研究了原煤和残煤的表面自由能变化值和等量吸附热的变化规律,从热力学角度分析煤中可溶有机质对煤与二氧化碳之间作用力的变化规律。抽提后,残煤的表面自由能变化值、等量吸附热均小于原煤,吸附特征温度高于原煤,降低了煤吸附二氧化碳的能力。通过解吸实验系统开展了原煤和残煤二氧化碳解吸实验,测定了各煤样原煤和残煤的解吸特性曲线,深入研究了原煤和残煤二氧化碳解吸量、解吸速率、扩散系数的变化规律。研究表明:经过抽提后,残煤的二氧化碳累积解吸量和极限解吸量均增大,解吸速率加快,有效扩散系数增大,说明了经过抽提后,简化了煤的孔隙结构,增加了有效地扩散通道,减小了扩散运移的阻力,有利于二氧化碳从煤基质中扩散出来,使二氧化碳解吸更加彻底。采用二氧化碳驱替煤层瓦斯实验装置,开展温度、压力及煤中可溶有机质对二氧化碳高效驱替煤层瓦斯实验研究,通过甲烷甲烷解吸率、置换比及残余气体含量三个指标进行驱替实验效果评价。结果表明:提高驱替温度和压力有助于提升驱替效率,提升驱替压力会增加经济成本,综合考虑得出驱替压力为煤层原始储存压力的1~1.5倍时驱替效果较为高效。抽提后,甲烷解吸率增大,有利于气体分子的扩散,煤中残余气体含量的减小,提高了煤体稳定性。残煤驱替效率高于原煤,煤中可溶有机质的存在不利于二氧化碳驱替煤层瓦斯。