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本论文从煤储层孔隙结构、煤储层岩石力学性质入手、通过多种气体的吸附、扩散和渗流实验,研究了煤中气体的“吸附‐扩散‐渗流”过程,最后运用数值模拟方法探讨了CO2‐ECBM过程中,煤储层物性的动态响应和煤层气的产出特征,对深入研究高煤阶煤层气的产出过程和产能控制作用有重要意义。压汞和低温液氮法分析表明,柳林和晋城的中、高煤级储层均以小、微孔发育为主,大、中孔含量较低。压汞法获取的体积分形维数可以有效描述大、中孔的孔径分布特征;低温液氮比表面分形维数应该在毛细凝聚为主要吸附作用时计算,其能反映煤岩的吸附性能。煤岩的分形特征与煤岩组分密切相关,受可容纳空间和泥炭堆积速率关系影响,煤相对储层发育有重要的控制作用。煤岩力学参数测试结果表明,晋城地区干燥煤样杨氏模量变化于2.25GPa9.75GPa,泊松比变化于0.120.43。受高煤阶微孔结构影响,同等条件下煤岩对二氧化碳的最大吸附量略大于甲烷,使用D-A微孔充填模型描述两者的等温吸附曲线,略优于Langmuir吸附模型。氦气在煤储层中的运移存在2MPa/m关键压力梯度,小于该压力梯度时氦气的扩散系数恒定或者为零。氦气、甲烷、二氧化碳在煤岩中的扩散系数都比较小,介于2.78×10-8cm2/s 2.22×10-6cm2/s,分别使用单孔模型描述氦气和甲烷的扩散、双孔模型描述二氧化碳的扩散、兰氏模型描述水分的扩散有最佳的拟合效果。兰氏方程可以分别描述煤岩吸附膨胀量与吸附时间和孔压的关系。在围限压力条件下,煤岩吸附气体的膨胀量,远大于煤岩受有效应力增加的收缩量,且吸附膨胀后煤岩力学性质增强。煤岩吸附膨胀效应和有效应力对渗透性影响的实质相同,即煤岩内部的孔裂隙受到力的作用逐渐减小或闭合,使用S‐D模型能够较好的预测渗透性对有效应力和基质收缩/膨胀效应的综合响应。使用SIMEDWin数值模拟了储层地质条件下晋城无烟煤CO2‐ECBM过程表明,200m是较经济有效的产注井距;采用CO2&N2‐ECBM方式时,建议在煤层气开发初期适当增加氮气组分含量,改善储层渗透性,随后采取注入纯二氧化碳方式更加经济有效。