Для выяснения влияния влажности на эффект замещения CH₄ CO₂ в глубоких угольных пластах (CO₂-ECBM) в качестве объекта исследования выбран глубокий уголь фуканг, проведены эксперименты, включая спектроскопию ядерного магнитного резонанса ¹³C (13C-NMR), рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS), а также создана модель угольной матрицы с помощью молекулярного моделирования. Методами молекулярного моделирования изучен микроскопический механизм воздействия влаги на процесс CO₂-ECBM в глубоких угольных пластах. Результаты показали, что угольная матрица значительно расширяется после адсорбции газа, объем пор существенно уменьшается. При насыщенной адсорбции CH₄ пористость угольной матрицы снижается на 72,2% по сравнению с исходным значением; при мольном отношении CO₂ к CH₄ (ωCO2/ωCH4) равном 2, проницаемость угольной матрицы снижается на 83,8%. Повышение влажности значительно подавляет свойства угольного резервуара: по сравнению с сухим углем проницаемость угольной матрицы при влажности 1%, 3% и 5% снижается на 50,9%, 94,9% и 99,6% соответственно, что указывает на сильное препятствие для движения газа. Характеристики конкурентного адсорбирования показывают, что с увеличением ω_CO2/ω_CH4 возрастает адсорбция CO₂, а адсорбция CH₄ быстро уменьшается и замещается; при ω_CO2/ω_CH4≥1,2 скорость замещения стабилизируется; повышение влажности снижает абсолютные объемы адсорбции CO₂ и CH₄, а также соотношение закачки CO₂ к замещению, но оказывает небольшое влияние на относительную скорость замещения CH₄. Теплота адсорбции CO₂ выше, чем у CH₄, что указывает на более сильное сродство CO₂ к углю; повышение влажности увеличивает теплоту адсорбции обоих газов, но она остается ниже 42 кДж/моль, что указывает на физическую адсорбцию. Порядок взаимодействия энергии между углем и CO₂ и CH₄: ECoal‒CO2 > ECoal‒CH4 > ECO2‒CH4, CO₂ сохраняет преимущество в конкурентной адсорбции; коэффициенты диффузии CO₂ и CH₄ значительно уменьшаются с увеличением влажности и отношения ωCO2/ωCH4, при этом снижение для CH₄ больше чем для CO₂, что указывает на большую чувствительность диффузии CH₄ к влаге. Исследование раскрывает микроскопический механизм замещения CH₄ CO₂ в влажных угольных пластах, что может служить теоретической основой для эффективной эксплуатации газообразного угля и инженерной практики геологического хранения CO₂.

глубокий угольный газ; молекулярная модель; влажность; CO₂-ECBM; молекулярное моделирование