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CO2注气开采（CO2-enhanced coalbed methane）,简称CO2-ECBM,不仅能通过地质封存CO2来有效缓解“温室效应”,而且有助于提高清洁能源煤层气的开采效率和产量,是目前国内外的研究热点,也是实现我国环保和能源战略的重要途径。本文研究以此为背景,利用自主研发的气体渗透率测试系统,测定煤样渗透率随围压和孔压的变化规律。利用止水条注水与煤层注气的膨胀类比关系,开展CO2注气增采上覆层变形相似模拟实验。建立应力依赖动态孔隙度和渗透率计算方法,并修正模拟软件TOUGH2-7C（ECBM）的相应模块,进行注气开采流-固-热（THM）耦合分析。建立计入裂隙法向应力和剪胀效应的各向异性渗透率模型,设计了TOUGH-FLAC集成计算模拟方法。数值模拟了不同主控因素对注气开采效率的影响规律。在模拟基础上,进行了注气开采诱发断层滑移方面的可靠性分析。实验分析和计算表明,煤样渗透率随孔压增加有上升的趋势,止水条类比实验是间接预测CO2压注覆岩变形的简便实用方法,距离注气口越近覆岩变形越明显,变形与距离呈负指数变化规律。模块修正后的TOUGH2程序计算效率和收敛性有明显改善,TOUGH-FLAC集成算法模拟渗透率和孔压变化更符合实际。非恒温注气初期,注气井口更容易发生破损和可能的气体逃逸。煤层渗透率是影响注气开采效率的首要控制参数。水力压裂和二次压裂在提高注气效率的同时,可以有效减轻注气井口的损伤,二次压裂甚至可以使累计产气量增幅32.5%。断层活化和微震频率与断层角度、渗透率密切相关,倾角越大、渗透率越小的断层越容易活化。目前参数条件下,注气250天有诱发断层滑移和微震的可能性,滑移量0.35 m、震级3.4左右。