煤自燃会浪费煤炭资源、产生有毒有害气体、引起瓦斯爆炸等，造成巨大的生命财产损失，严重威胁煤炭的安全生产。另一方面燃煤电厂烟气是主要的CO2排放源，全球变暖已经引起一系列气候变化，燃煤电厂CO2减排亟待解决。因此提出可将燃煤电厂烟气注入采空区，预防采空区遗煤自燃，节约传统惰气防灭火中制CO2或N2的成本，同时实现CO2的封存。基于以上过程，本文用分子模拟方法对电厂烟气在采空区的竞争吸附微观机理进行了深入研究，为燃煤电厂烟气注入采空区预防煤炭自燃、封存CO2技术奠定了理论基础。
　　本文建立分子尺度的三维煤大分子结构模型和气体小分子结构模型，采用巨正则系综蒙特卡罗方法，首先分子模拟计算了CO2、CH4、N2、O2单组分和两两之间二元混合气体的吸附，得到竞争吸附能力CO2＞CH4＞O2＞N2，温度、压力、体积分数、其他气体的竞争都会影响气体的吸附位和气体与煤之间相互作用，从而影响吸附量和分离选择性。
　　以此为基础，计算电厂烟气（16.5%CO2+79%N2+4.5%O2）在煤中的吸附并分析其机理。吸附量CO2＞N2＞O2，CO2/O2的分离选择性高达5.66~20.42，有利于抑制煤自燃的第一步——物理吸附O2，以及CO2的封存。机理为烟气中的O2和N2不影响CO2的吸附位，只通过分压作用竞争吸附空间，但是CO2会占据较强相互作用的吸附位，且与O2和N2竞争吸附位，使其向弱相互作用位置吸附。通过计算不同体积分数的电厂烟气注入到不同含氧量的采空区后CO2/N2/O2三元气体竞争吸附，得到当采空区中O2高于3.7%时，注入电厂烟气都可以使O2吸附量降低，降低率高达82.6%，且注入量越多封存的CO2越多。
　　为了研究H2O对煤吸附电厂烟气的影响，首先研究了单组分H2O在煤中的吸附机理。H2O的优先吸附位强于CO2，且已吸附的H2O能提供更强的次生吸附位。因此H2O/CO2/N2/O2四元混合气体在煤中吸附时，烟气中含水使CO2吸附量降低，O2几乎不变。煤中含水时，H2O占据孔隙空间使大孔被分割，从而有效孔减少，且H2O会与CO2竞争吸附位，占据CH4、O2和N2的吸附空间，使各气体尤其是CO2的吸附量降低，使烟气中CO2/O2的吸附选择性低于干煤，CO2与O2的置换分离能力差，不利于烟气的竞争吸附优势。
　　计算不同浓度的电厂烟气与CH4混合后CO2/N2/O2/CH4四元混合气体的竞争吸附，分析得到CO2与煤的相互作用最强，其优先吸附位强于CH4，且CO2会与CH4竞争吸附位，N2和O2与CH4竞争孔隙空间，从而促进CH4解吸。注入的烟气量越多，CO2、N2和O2的吸附量越大，CH4的吸附量越小。因此注入电厂烟气可以置换出CH4，同时封存CO2，从而隔绝与O2的接触，且烟气含量越大，煤与气体的吸附系统越稳定，越不易吸附O2发生自燃。