一种混合气体置换驱替煤层中瓦斯实验装置及方法，装置包括CH4气体储罐、CO2气体储罐、N2气体储罐、真空泵、煤样夹持器、轴压泵、围压泵、CH4浓度传感器、CO2浓度传感器及流量计等；煤样位于煤样夹持器内，CH4气体储罐、CO2气体储罐、N2气体储罐和真空泵分别接入煤样夹持器作用于煤样，轴压泵和围压泵分别用于对煤样施加轴向和围压载荷；CH4浓度传感器、CO2浓度传感器及流量计分别用于测量混合气体置换驱替CH4气体时的浓度数据和流量数据。方法为：制备煤样；安装煤样；对煤样排气抽真空；对煤样进行CH4气体饱和渗透；对煤样进行调温；对煤样进行围压和轴压加载；混合CO2气体和N2气体；将CO2气体和N2气体的混合气体通入煤样对CH4气体进行置换驱替；分析数据。