注气置换煤层瓦斯技术作为一种新型的强化抽采瓦斯技术，在其作用机理、合理注气参数等方面研究不足。本文采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段，在研究注气置换煤层瓦斯作用机理的基础上，选择合适的注气气源，采用数值模拟的方法研究了注气置换煤层瓦斯的时效特性以及注气压力、抽采负压和布孔方式对其时效特性的影响，在井下进行现场试验，验证其与数值模拟结果的一致性。首先，在总结国内外研究成果的基础上，提出了注气置换煤层瓦斯5个方面的作用机理，即注入气体的置换、降低CH₄分压、筛滤吸附置换、提高煤层CH₄扩散-渗流速度和压裂增透作用机理。通过分析注CO₂和N₂在置换煤层瓦斯机理方面的效果以及煤吸附两种气体后对煤体渗透率、突出危险性的影响，得出虽然注CO₂置换煤层瓦斯的效果优于N₂，但煤吸附CO₂后会造成煤层膨胀变形，渗透率降低，突出危险性增大的现象，且CO₂在瓦斯利用系统中会导致瓦斯失燃，抽采的瓦斯失去利用价值，因此，N₂可作为该技术的优选气源。其次，建立了注气置换煤层瓦斯的数学模型，采用COMSOL Multiphysics软件模拟注气置换煤层瓦斯的时效特性及注气压力、抽采负压和布孔方式对注气效果的影响，结果表明：在一定条件下，煤层瓦斯含量随注气时间增加逐渐下降，注气孔附近靠近煤层顶底板位置为注气置换煤层瓦斯的薄弱区域；注气压力越大，煤层相同位置的瓦斯含量下降越快，消突周期越短，确定了合理注气压力为0.5MPa；抽采负压对置换煤层瓦斯效果影响不明显，确定了合理抽采负压为5-13kPa；钻孔间距越短，煤层瓦斯含量下降越快；根据模拟的合理注气参数，得出了煤层注气薄弱位置的瓦斯含量与注气时间和钻孔间距的数学关系。在石港公司进行注气置换煤层瓦斯的现场试验，通过与数值模拟结果的对比得出：相同条件下，现场实测煤层相同位置的瓦斯含量总是略小于模拟结果，并分析了造成这种差异的原因。