二氧化碳(CO2)作为主要人为温室气体,由其引发的气候变化问题,已严重威胁人类自身安全和生态系统平衡。为此,CO2减排问题备受国际关注。CO2减排有多种措施。其中,强化煤层气(CH4)采收率的深部煤层封存二氧化碳(CO2 sequestration in deep coal seams,CO2-ECBM)技术既能够减少CO2排放,又能够同步采收CH4资源。已开展的研究工作表明,在适宜CO2封存的含煤储层条件下,CO2属于超临界流体。鉴于超临界CO2流体特性及煤体自身理化特性,CO2流体不仅会与煤体发生吸附作用,还存在一系列复杂的流-固作用。上述流-固作用会改变煤体理化性质,进而影响煤层的(CO2封存效果。此外,煤层中赋存大量游离态水。相关研究已证实水分的存在会改变C O 2流体特性,进而影响CO2-ECBM。需要指出,煤层能否长期有效封存(CO2是判断成功实施CO2-ECBM技术的一个重要标准。目前针对煤体与CO2相互作用时间尺度均较短,不能合理判断煤层长期封存(CO2的稳定性。因此,本论文结合上述研究背景,探究了超临界CO2流体对六种不同变质程度水平衡煤体理化性质的作用规律,以及模拟煤层封存条件下CO2长时间(6个月)作用对四种水平衡煤体吸附CO2能力的作用规律及机理。相关研究成果有助于丰富CO2-ECBM体系,对指导CO2-ECBM有效实施具有一定参考价值。本论文的研究内容及研究结论如下:(1)研究了超临界CO2与六种水平衡煤体的相互作用及其对煤体理化性质的影响。结果表明:①六种水平衡煤体经超临界CO2作用后,其微孔结构参数无显著变化,但介/大孔孔隙结构参数变化相对明显。经超临界CO2作用后高阶无烟煤介/大孔比表面积增大,中低阶烟煤及褐煤介/大孔比表面积降低。所有煤样介/大孔孔体积及孔径均减小。②XPS分析结果表明:超临界CO2作用后的所有煤样表面含氧官能团(C-O和C=O)呈现不同程度的降低趋势,C-C/C-H官能团呈现上升的趋势。中低阶烟煤及褐煤COOH官能团含量降低,高阶无烟煤COOH含量上升。(2)研究了高压CO2流体与四种水平衡煤体长时间相互作用及其对煤体理化性质的影响。结果表明:①四种水平衡煤样经长时间高压CO2作用后,煤中矿物含量降低。②长时间高压CO2作用后,高阶无烟煤及低阶褐煤微孔比表面积及孔体积参数降低,中低阶烟煤微孔比表面积及孔体积参数上升。此外,四种实验煤样介/大孔比表面积及孔体积参数降低。③XPS分析结果表明:长时间高压CO2作用后,四种煤中C-O及C=O官能团含量均呈现下降趋势,COOH官能团含量总体上呈现上升趋势。(3)研究了长时间高压CO2作用前后干燥煤样吸附CO2静力学行为及动力学过程。①静力学研究表明:Ono-Kondo格子模型适用于描述作用前后干燥煤样对CO2的吸附静力学行为。长时间高压CO2作用改变了干燥煤样吸附CO2的能力。具体地,高阶无烟煤及低阶褐煤吸附能力降低,中低阶烟煤吸附能力升高。上述不同煤阶煤吸附CO2能力变化的差异与煤样孔隙结构及含氧官能团的变化关系密切。②动力学研究表明:双孔隙扩散模型对于描述作用前后干燥煤样吸附动力学过程具有较高的拟合精度。此外,长时间高压CO2作用后,CO2分子在煤中的扩散系数呈现不同的变化趋势,即:高阶无烟煤样中的介/大孔有效扩散系数及微孔有效扩散系数增大,低阶褐煤中的介/大孔有效扩散系数及微孔有效扩散系数减小,中低阶烟煤的介/大孔有效扩散系数及微孔有效扩散系数呈现不规律的变化趋势。(4)研究了长时间高压CO2作用前后水平衡煤体吸附CO2能力的变化规律,以及水分对煤体吸附CO2能力的影响规律。结果表明:①四种不同煤阶水平衡煤样经长时间高压CO2作用后,水平衡煤样吸附CO2能力降低。②煤中水分的存在削弱了煤体吸附CO2能力,水平衡煤样吸附CO2能力相比干燥煤样明显下降。