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瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的主要原因之一,加强瓦斯抽采是实现煤矿安全生产的重要途径。目前瓦斯抽采的主要技术有:水力压裂、爆破致裂、钻孔与割缝卸压、开采解放层、高位裂隙带中掘巷或钻孔,以及建造多分枝水平井等。这些方法都是利用卸压产生煤体变形和解除应力屏障,使瓦斯解吸和煤渗透性增大,只能在小范围内使煤体产生变形和裂缝,取得的效果有限。通过非卸压强化瓦斯抽放的方法有外加物理场,如温度场、电场、电磁场、声场等,这些方法也有缺陷,如煤是弱导热/电/磁体。在前人研究煤瓦斯吸附特性的基础上,针对我国煤瓦斯吸附特性强这一问题,提出一种非力学改变煤瓦斯吸附特性的方法,即采用电化学方法改变煤瓦斯吸附特性来提高煤层瓦斯抽采率。本论文以山西晋城煤业集团赵庄煤矿的3号无烟煤为研究对象,通过对细粒无烟煤进行电化学改性,研究改性前后煤样的表面含氧官能团、孔隙结构、比表面积及瓦斯吸附常数的变化,初步探索电化学改变无烟煤瓦斯吸附特性的机理,并得出如下主要结论:1NaCl、CaCl2和AlCl3改性煤样中都没有产生新类型的官能团,其中-OH、>C=O和-COOH等含氧官能团峰值随着改性溶液中金属阳离子价数的增高(一价、二价、三价)而依次减弱,数量依次减少。原因是电化学作用过程中发生了电解、还原等反应,使煤样表面的含氧官能团发生还原,而价数较高的金属阳离子溶液中发生的电解还原强度较大。2由压汞法得出,改性煤样的孔隙率普遍增大,按增长幅度排列,依次为:AlC13、NaCl、CaC12改性煤样;改性煤样中微孔、过渡孔、中孔所占孔容百分比下降,而大孔所占孔容百分比升高,说明煤中微孔、过渡孔、中孔孔容减小,大孔孔容变大;由注氮法具体得出,在孔径为0～250nm范围内平均孔径增大,孔容随着改性溶液中金属阳离子价数(一价、二价和三价)的增高而降低。3由压汞法得出,改性煤样的大孔比表面积普遍降低,按降低幅度排列,依次为:AlC13、CaCl2和NaCl改性煤样;由注氮法具体得出,在0～250nm的范围内,随着改性溶液中金属阳离子价数(一价、二价和三价)的增高,煤样相应的比表面积在逐渐降低,说明微孔数量在逐渐减少。4用质量分数为4%的NaCl、CaC12和AlC13做电解液进行电化学改性试验。结果表明:原煤样、NaCl、CaCl2和AlC13改性煤样的a值分别为33.752、32.857、32.657和32.621,使得单位质量内瓦斯吸附量分别减少0.887、1.128和1.113mL,其中CaC12效果最好,瓦斯吸附量最少;原煤样、NaCl、CaC12和AlC13改性煤样的b值分别为1.352、1.317、1.307和1.296,分别减少0.035、0.042和0.055,使得改性煤样的吸附速度降低,其中AlC13改性效果最好,瓦斯吸附速度最慢。以上表明:NaCl、CaC12和AlCl3改性煤样吸附瓦斯的能力都有所降低,而CaC12和AlC13较NaCl改性效果好。5电化学作用后煤表面含氧官能团的数量减少,使诱导非极性瓦斯分子产生的诱导偶极矩ED减小,使含氧官能团和π电子产生诱导偶极Ep减小,煤与瓦斯分子间的相互作用能Ep变小,即吸附势变小。吸附势垒越低,瓦斯分子易越出吸附势垒,从宏观上看,煤吸附瓦斯的能力减弱。6电化学改性试验中发生的电解和电渗作用,使煤样中的平均孔径增大。究其原因,电解和电渗作用从两个方面使煤样产生了“扩孔效应”:一、使煤样中单个孔发生溶蚀并洗刷孔隙表面的矿物质和灰分等物质,使其数量减少,导致孔径由小变大;二、使煤样中多个距离较近的小孔贯通成几个较大的孔,导致孔径变大。