Para revelar el efecto de la humedad en el reemplazo de CH₄ por CO₂ (CO₂-ECBM) en capas profundas de carbón, se tomó como objeto de estudio el carbón profundo de Fukang. Se realizaron experimentos como espectroscopía de resonancia magnética nuclear ¹³C (¹³C-NMR) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), y se construyó un modelo de matriz de carbón con software de simulación molecular. Se investigó el mecanismo microscópico del efecto de la humedad en el proceso CO₂-ECBM en capas profundas de carbón mediante métodos de simulación molecular. Los resultados muestran que la matriz de carbón se expande notablemente tras la adsorción de gas, y el volumen de poros disminuye considerablemente. Cuando el CH₄ está saturado, la porosidad de la matriz de carbón disminuye un 72,2 % respecto al valor inicial; cuando la proporción molar CO₂/CH₄ (ωCO2/ωCH4) es 2, la permeabilidad de la matriz de carbón disminuye un 83,8 %. El aumento del contenido de agua inhibe significativamente el rendimiento del reservorio de carbón; en comparación con el carbón seco, la permeabilidad de la matriz de carbón con contenidos de agua del 1 %, 3 % y 5 % disminuye un 50,9 %, 94,9 % y 99,6 %, respectivamente, lo que indica que la humedad obstaculiza fuertemente el flujo de gas. Las características de adsorción competitiva muestran que, al aumentar la relación ω_CO2/ω_CH4, la cantidad de adsorción de CO₂ aumenta, la adsorción de CH₄ cae rápidamente y es reemplazada; la tasa de reemplazo se estabiliza cuando ω_CO2/ω_CH4≥1,2. El aumento del contenido de agua reduce las cantidades absolutas de adsorción de CO₂ y CH₄, así como la proporción de inyección a reemplazo de CO₂, pero tiene poco efecto sobre la tasa relativa de reemplazo de CH₄. El calor de adsorción de CO₂ es mayor que el de CH₄, lo que indica una mayor afinidad de CO₂ con el carbón; el aumento del contenido de agua aumenta el calor de adsorción de ambos gases, pero permanece por debajo de 42 kJ/mol, indicando que el proceso de adsorción es físico. El orden de la energía de interacción entre el carbón y CO₂ y CH₄ es: ECoal‒CO2 > ECoal‒CH4 > ECO2‒CH4, el CO₂ mantiene la ventaja en la adsorción competitiva; los coeficientes de difusión de CO₂ y CH₄ disminuyen significativamente con el aumento de la humedad y de ωCO2/ωCH4, siendo la disminución de CH₄ mayor que la de CO₂, lo que indica que la difusión de CH₄ es más sensible a la humedad. El estudio revela el mecanismo microscópico de reemplazo de CH₄ por CO₂ en capas de carbón húmedas, que puede proporcionar una base teórica para el desarrollo eficiente del gas de capa de carbón y la práctica ingenieril del almacenamiento geológico de CO₂.

gas de capa de carbón profundo; modelo molecular; contenido de agua; CO₂-ECBM; simulación molecular