论文以沁水盆地柿庄北区块为研究区,对研究区内长平煤矿（CP）、赵庄煤矿（ZZ）和师庄煤矿（SZ）的3#煤层进行采样。工业分析结果显示煤样为低水低灰中高固定碳煤,煤阶为无烟煤。煤样的镜质组含量均超过65%,有机质类型均为Ⅲ型干酪根,Ro在2.4以上。全岩矿物分析表明煤中矿物均以黏土矿物和石英为主。压汞实验显示煤岩孔隙度介于4.7%⁶.2%之间,渗透率介于0.13⁰.76m D之间,明显具有低孔低渗的特点。低温氮吸附实验显示煤岩样品孔径介于6.379-30.159nm之间,BET比表面介于2.126-10.053 m²/g,BJH总孔体积介于0.0052-0.0134之间ml/g。纯气体等温吸附实验显示煤样对3种气体的吸附顺序是CO₂>CH₄>N₂,同时CH₄Langmuir体积SZ>CP>ZZ,N₂Langmuir体积SZ>CP>ZZ,CO₂Langmuir体积CP>SZ>ZZ,ZZ的Langmuir体积低印证了压汞实验中存在较多封闭孔的分析。多元气体吸附解吸实验显示混合气的Langmuir参数普遍低于纯CO₂气体的Langmuir参数,CO₂优先吸附形成CO₂分子层阻碍了CH₄的继续吸附,证明了CO₂相对于CH₄的竞争吸附优势,有利于CO₂驱替煤层CH₄。同时解吸实验Langmuir参数普遍低于吸附,表明煤样解吸存在滞后性。利用Simedwin分析储层渗透率与煤层扩散速率对混合气注入的影响,发现高渗储层N₂易突破,同时高CO₂组分后期CH₄产率与产量更高,故需要注入高比例CO₂混合气（95%CO₂-5%N₂）。中渗储层高CO₂组分产气高峰过于滞后,高N₂组分虽CH₄产量与产率高,却易突破至生产井,故需要注入50%CO₂-50%N₂混合气。低渗储层无论注入组分如何均不会突破,高N₂组分具有优势产量与产率,故需要注入高比例N₂混合气甚至纯N₂。扩散速率不会影响CH₄最终的产量,而是直接控制三种气体在煤层的扩散速度。煤层对CH₄的扩散速率高,CH₄产气率就高。煤层对N₂的扩散速率低会导致压力梯度运移N₂早期突破,而造成驱替CH₄效果差。CH₄的Langmuir参数直接影响CH₄的最终产量与产气率,同时CO₂和N₂的Langmuir参数越低,N₂会更早突破至生产井。以柿庄北区块为例,若储层渗透率处于极限值以下,且以封存CO₂为目标,可以注入纯CO₂,基质不会发生膨胀;以提高煤层气采收率为目标,需注入高N₂组分甚至纯N₂,增加N₂的分压作用,提高储层渗透率,获得高CH₄总产量和日产气率。若要兼顾CO₂封存和提高煤层气采收率,只能进行储层改造,以压裂等手段提高煤层渗透率,达到1md左右,可注入50%CO₂-50%N₂;达到3md以上,不但可以忽略注入前期的产气低谷,而且可以注入纯CO₂获得很高的CO₂封存量、CH₄总产量和CH₄日产气率。