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工业革命后，由于化石燃料的大量燃烧，大气中CO2浓度迅速上升，CO2封存技术作为一种有效的技术手段已受到世界各国的高度重视。在我国深部存在大量不可采的煤层，这些煤层为CO2地质封存提供了广阔的空间，同时煤层中还蕴含着丰富的煤层气，因此，利用CO2驱替煤层中的瓦斯既能够达到储存CO2目的又能开采出洁净的煤层气资源，一举双效。深部煤层的高温高压条件，使得注入的CO2极易达到超临界态，本文利用两种大尺寸（100×100×200mm）原煤试件，对超临界CO2在煤体中的渗透特性和驱替CH4情况进行研究，并通过两种煤样孔裂隙结构差异进行分析，主要内容如下：（1）在50℃、不同体积应力（48MPa、54MPa、60MPa）条件下，进行不同渗透压下超临界CO2渗透试验，超临界CO2渗透率随渗透压力升高而增大，随体积应力增大而减小，渗透率值介于0.0066×10-3μm2~0.0312×10-3μm2之间。（2）在超临界CO2渗透过程中，煤体中储存的CO2量与注入压力呈正相关线性关系，考虑超临界CO2密度随注入压力升高而增大，煤体中储存的超临界CO2实际体积随注入压力升高而减小。（3）在超临界CO2渗透过程中，煤体发生膨胀现象，在50℃，48MPa的体积应力条件下，煤体的体积膨胀百分比与注入压力和CO2吸附的摩尔量均呈较好的线性关系；由于注气方式、煤体内部孔裂隙分布差异、平行层理方向和垂直层理方向弹性模量不同、吸附饱和程度等原因，煤体在膨胀过程中会发生明显的各向异性。（4）在驱替试验中，1#弱粘煤试件中CH4吸附量和CO2储存量均高于2#焦煤试件，分别为2#试件的2倍和1.5倍；1体积煤体中可储存10.06~15.50体积的超临界CO2（换算为标况条件），但由于弱粘煤更强的渗透特性，1#弱粘煤和2#焦煤试件CO2储存率相当，分别为20.05%和20.09%。（5）在超临界CO2驱替前两小时内，随着CO2储存速率的迅速降低，CH4解吸速率也随之降低，在试验时间内1#弱粘煤平均的CO2储存速率为1.83ml/s是焦煤储存速率（0.79ml/s）的2.32倍，弱粘煤平均的CH4解吸速率（0.44ml/s）也是焦煤的（0.19ml/s）的2.32倍；两块煤的CO2/CH4驱替置换比也相当，介于4.01~4.13之间。（6）在CH4吸附过程中，煤体体积膨胀百分比与CH4吸附量呈较好的线性关系，24h吸附过程中，煤体体积膨胀百分比为0.91%，之后注入超临界CO2，煤体膨胀加剧，煤体径向应变增加更快，煤体径向应变增加0.29%大于轴向应变的0.22%，最终驱替结束时，煤体体积膨胀百分比为1.72%。