目前,CO₂地质存储尚处于探索研究阶段,还需要各方面基础理论的先导性研究。本文就CO₂地质储存中的体积应变及力学性质变化方面展开研究,实验以沁水盆地3号煤为主要研究对象,结合“CO₂注入与煤层气强化开发实验模拟系统”实验平台,对不同压力和温度条件影响下的超临界CO₂注入高阶煤引起的体积应变进行研究,通过三轴力学实验探讨超临界CO₂注入对高阶煤的力学性质作用机理,在实验的基础上结合表面能相关理论对超临界CO₂注入高阶煤的数学模型做了推导和论证。主要得到以下成果:（1）探讨了超临界CO₂注入高阶煤体积应变特征超临界CO₂注入高阶煤引起煤岩发生体积应变,体积应变随着压力的升高不断增大,煤岩在超临界CO₂注入条件下的膨胀速率低于低压条件,煤岩吸附超临界CO₂存在膨胀极限,实验测试得到煤岩体积应变极限约为4%左右。（2）探讨了超临界CO₂注入高阶煤力学性质变化特征超临界CO₂的注入可以弱化煤岩的力学强度,实验测试得到煤岩力学强度相对于原岩力学强度最大降低了28.21%,注入压力越大,强度降幅越大。煤岩多孔结构吸附大量的气体,释放了大量表面能,增加了煤岩的塑性,使煤岩在低应力载荷的条件下易发生变形破坏。（3）建立了超临界CO₂注入高阶煤体积应变模型结合表面能理论建立了吸附量与体积应变的关系,引入超临界CO₂密度,建立了超临界CO₂注入高阶煤体积应变数学模型,通过与实验数据进行对比发现模型相关系数较高,可反映煤岩体积应变随CO₂密度的变化规律,具有一定的可靠性和适用性。