煤层注水是一种常用的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的方法，但中国大部分煤层润湿性较差，用传统的注水方法很难取得理想的效果。已有研究成果表明电化学方法可以显著改善煤层注水效果，但鲜见以瘦煤作为研究对象，且较少涉及改性后煤孔隙特征和毛细作用等对吸水效果的影响。本文对采自山西汾西矿业集团高阳煤矿11号煤层的瘦煤样进行电化学改性实验，详细研究了电化学作用后瘦煤样吸水效果的改善情况，进一步分析了电化学影响瘦煤样吸水特性的机理。论文的主要工作和得出的主要结论如下：
　　（1）搭建了电化学改性实验装置，对瘦煤样进行了电化学改性实验。改性方案为：电极分别为铜、铝和石墨，电解液分别为0.05mol·L-1、0.10mol·L-1和0.15mol·L-1的Na2SO4溶液，电位梯度为2V·cm-1，改性作用时间为120h。改性过程中发现的主要现象为：电流随时间呈先增大后减小，逐渐趋于平缓的趋势，铜、铝和石墨电极电流峰值分别为1.13A、0.25A和0.46A，原因为铜电阻率远低于铝和石墨；电解液浓度越高，通过的电流越大；实验中温度的变化与电流相似，但阳极区域温度略高于中间区域和阴极区域，石墨电极的温度大于铜电极和铝电极的温度，高浓度电解液的温度大于低浓度电解液的温度。
　　（2）对改性前后瘦煤样的吸水率进行了测试与分析。结果表明，瘦煤样的吸水率随吸水时间的变化分为三个阶段：0~12h，煤样吸水率迅速增大，吸水量占总吸水量的64.77%；12~60h，吸水速率放缓，吸水量占总吸水量的29.44%；60~120h，煤样基本饱和，吸水量占总吸水量的5.79%。自然煤样的自然吸水率约为1.61%。改性煤样的自然吸水率均有不同程度的升高，在电位梯度为2V·cm-1，电解液为0.05mol·L-1Na2SO4溶液的条件下，经铜、铝和石墨电极改性后，阳极区域煤样自然吸水率分别增大至3.35%、2.17%和3.48%，中间区域煤样自然吸水率分别增大至2.63%、2.42%和2.77%，阴极区域煤样自然吸水率分别增大至2.04%、1.94%和2.24%；在电位梯度为2V·cm-1，电极为石墨电极的条件下，经0.05mol·L-1、0.10mol·L-1和0.15mol·L-1的Na2SO4溶液改性后，阳极区域煤样自然吸水率分别增大至3.48%、4.04%和4.78%，中间区域煤样自然吸水率分别增大至2.77%、2.55%和3.24%，阴极区域煤样自然吸水率别增大至2.24%、2.75%和3.42%。揭示了电化学改性使瘦煤样吸水率增大的机理为：一是电化学作用使煤内孔裂隙更为发育，大量水分进入并贮存在孔隙中；二是改性后煤表面吸附水能力显著提升。
　　（3）对电化学改性前后瘦煤样红外光谱的波峰强度进行了测试与分析。阳极区域和中间区域改性煤样在波数3750~3550cm-1处表示-OH的波峰强度、波数1610cm-1处表示C=O的波峰强度和波数1030~1000cm-1处表示C-O、C-O-C的波峰强度均出现升高，说明煤的亲水性能改善；阴极区域煤样2910cm-1和2860cm-1处表示-CH2和-CH3的波峰强度均出现升高，氧的相对含量增加，煤表面更易于和水中氢原子组合成氢键，说明煤的吸水能力增强。揭示了电化学改性使煤表面基团改变的机理为：电化学过程中的氧化还原反应使某些基团键位发生断裂重组，改变了原本的基团分布情况。
　　（4）对电化学改性前后瘦煤样的煤-水接触角进行了测试与分析。瘦煤自然煤样的煤-水接触角为93.0°，改性煤样的煤-水接触角均有不同程度降低。其中，在电位梯度为2V·cm-1，电解液为0.05mol·L-1Na2SO4溶液的条件下，经铜、铝和石墨电极改性后，阳极区域煤样接触角分别降至82.0°、83.0°和81.5°，中间区域煤样接触角分别降至84.5°、89.0°和84.5°，阴极区域煤样接触角分别降至90.5°、90.9°和89.5°；在电位梯度为2V·cm-1，电极为石墨电极的条件下，经0.05mol·L-1、0.10mol·L-1和0.15mol·L-1的Na2SO4溶液改性后，阳极区域煤样接触角分别降至81.5°、76.5°和71.0°，中间区域煤样接触角分别降至84.5°、83.5°和77.0°，阴极区域煤样接触角分别降至89.5°、88.0°和87.5°。揭示了电化学改性改善煤-水接触角机理为：改性煤表面亲水基团增多，表面润湿性能提高，接触角降低。
　　（5）对电化学改性前后瘦煤样的孔隙结构进行了测试与分析。改性后瘦煤样的孔径分布曲线显示波峰的位置发生了变化，波峰集中出现在较大孔径处，说明电化学改性后煤孔隙的最可几孔径呈现增大趋势，有利于水的渗入和储存。在电位梯度为2V·cm-1条件下，选用石墨电极，0.15mol·L-1Na2SO4电解液改性阴极区域煤样的孔径分布改善情况最好，微孔占比为16.73%，较改性前降幅为53.25%，中大孔占比为43.04%，较改性前增幅为65.62%。揭示了电化学改性使煤孔隙结构发生改变的机理为：电化学作用会溶蚀煤孔隙内部分矿物质，通过电泳的作用下孔内杂质运移，最终脱离煤体，使改性后煤孔裂隙更加发育，最可几孔径增大。
　　（6）对电化学改性前后瘦煤样的毛细作用强度进行了测试与分析。瘦煤自然煤样平均毛细作用强度为-0.20MPa（负值表示毛细效应对细微孔隙中的水分起抑制作用），电化学改性后瘦煤样的平均毛细强度值向正方向移动。其中，在电位梯度为2V·cm-1，电解液为0.05mol·L-1Na2SO4溶液的条件下，经铜、铝和石墨电极改性后，阳极区域煤样的平均毛细强度为0.37MPa、0.33MPa和0.48MPa，中间区域煤样的平均毛细强度为0.26MPa、0.06MPa和0.28MPa，阴极区域煤样的平均毛细强度为-0.02MPa、-0.05MPa和0.02MPa；在电位梯度为2V·cm-1，电极为石墨电极的条件下，经0.05mol·L-1、0.10mol·L-1和0.15mol·L-1的Na2SO4溶液改性后，阳极区域煤样的平均毛细强度为0.48MPa、0.65MPa和1.65MPa，中间区域煤样的平均毛细强度为0.28MPa、0.34MPa和0.62MPa，阴极区域煤样的平均毛细强度为0.02MPa、0.09MPa和0.11MPa。说明改性后毛细作用进一步促进了煤内细微孔隙对水分的吸入。揭示了电化学改性使瘦煤样毛细强度增强的机理为：改性煤样亲水性增强，毛细效应对细微孔隙的水分起促进作用。