1、煤岩测试技术及在焦化工业中的应用北京今日中科智能科技有限公司陈洪博 研究员2019年9月14日目录 标准镜质体反射率报告解读 镜质体反射率与煤炭分类的关系 显微组分分类、特征、性质 煤岩组分的成因 煤岩测试技术 煤岩学在焦化中的应用1.1.仪器型号仪器型号2.2.测试条件测试条件3.3.测定依据测定依据4.4.随机反射率随机反射率5.5.最大反射率最大反射率6.6.2323标准反射率标准反射率7.7.标准差标准差S S8.8.最小值和最大值最小值和最大值9.9.测点数测点数10.10.混煤类型判断混煤类型判断11.11.直方图直方图12.12.混煤煤类和比例判别分析结果混煤煤类和比例判别分析结
2、果13.13.区间统计结果区间统计结果1 标准镜质体反射率报告解读镜质体反射率 什么是镜质体反射率？什么是镜质体反射率？在显微镜油浸物镜下，在显微镜油浸物镜下，对镜质体抛光面上限定对镜质体抛光面上限定面积内垂直入射光的反面积内垂直入射光的反射光用光电转换器测试射光用光电转换器测试其强度，与已知反射率其强度，与已知反射率的标准物质在相同条件的标准物质在相同条件下的反射率光强度进行下的反射率光强度进行对比。对比。镜质组反射率类型 最大反射率（Romax）：偏光振动方向与煤层面平行时测得的反射率，在任何切面上均可测得 最小反射率（Romin）：偏光振动方向与煤层面垂直时测得的反射率，只有在垂直层理切
3、面上方可测得 随机反射率（Roran）：非偏光下（自然光），镜质组各个方向上的反射率在理论上是一致的，此时测得的反射率值即为随机反射率，也称平均反射率煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)随机反射率与最大反射率对比 最大反射率偏光下，煤光学各向异性是其天然特征Romax测值标准偏差小，在配煤中较易辨别单种煤预测焦炭强度的几个主要方法以Romax为基础 随机反射率测定速度较快，可实现自动化不用旋转物台，不会出现测区偏离物镜中心的问题商品煤反射率分布图判别方法国家标准中使用随机反射率指标u光度计法大多测试最大反射率u图像法等
4、自动测试技术大多测试随机反射率u今日中科ZK-VR9000C煤岩自动测试技术测试随机反射率u当镜质体反射率Rmax2.50%时：Rmax=1.0645Rran煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)A.A.光的传播方向垂直屏幕光的传播方向垂直屏幕B.B.侧视图侧视图,长箭头代表光传播方向长箭头代表光传播方向偏振光的传播和振动方向关系示意图偏振光的传播和振动方向关系示意图1 晶体光学基础知识自然光的传播和振动方向关系示意图自然光的传播和振动方向关系示意图自然光与偏振光自然光自然光:在垂直光波传播方向的断面内,光波作任意方向的
5、振动，且振幅相等.偏振光偏振光：在垂直光波传播方向的断面内,光波只在某一固定方向上振动(只有一个振动面).自然光转化为偏振光的过程称偏偏振化振化煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)起偏器与检偏器偏正光的实现 偏光显微镜中偏光镜一般使用偏光片（选择性吸收原理）或尼科尔棱镜（双折射作用）使偏光显微镜中偏光镜一般使用偏光片（选择性吸收原理）或尼科尔棱镜（双折射作用）使自然光转变为偏振自然光转变为偏振 反射光起偏镜位于光线到达样品之前光路中，有些型号显微镜安装于垂直照明器之前，有反射光起偏镜位于光线到达样品之前光路中，有些型号
6、显微镜安装于垂直照明器之前，有的安装于显微镜镜臂上部横梁中的安装于显微镜镜臂上部横梁中 检偏镜位于显微镜镜臂上部横梁中物镜正上方、反射光通过玻片反射器后尚未到达目镜前检偏镜位于显微镜镜臂上部横梁中物镜正上方、反射光通过玻片反射器后尚未到达目镜前的光路中，其振动方向可以旋转的光路中，其振动方向可以旋转360煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)偏光显微镜构造1 1 目镜；目镜；2 2 双目镜筒；双目镜筒；3 3 视域光阑校准孔；视域光阑校准孔；4 4 视视域光阑调节杆；域光阑调节杆；5 5 滤光镜插孔；滤光镜插孔；6 6
7、孔径光阑校孔径光阑校准螺丝；准螺丝；7 7 孔径光阑调节杆；孔径光阑调节杆；8 8 滤热片；滤热片；9 9 物台物台调节螺丝；调节螺丝；10 10 灯电流调节钮；灯电流调节钮；11 11 电源开关；电源开关；12 12 反光反光/透光选择开关；透光选择开关；13 13 调焦旋钮；调焦旋钮；14 14 焦距焦距微调旋钮；微调旋钮；15 15 色温调节；色温调节；16 16 透光滤光镜；透光滤光镜；17 17 物台样品移动尺；物台样品移动尺；18 18 聚光镜校准螺丝；聚光镜校准螺丝；19 19 物物台固定螺丝；台固定螺丝；20 20 透光系统视域光阑；透光系统视域光阑；21 21 锥光锥光视域光
8、阑；视域光阑；22 22 聚光镜；聚光镜；23 23 物台固定孔；物台固定孔；24 24 物物镜旋座；镜旋座；25 25 垂直照明器；垂直照明器；26 26 聚光镜高度控制；聚光镜高度控制；27 27 焦距固定焦距固定煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)23温度标准反射率 根据浸油在不同温度下的折射率，将测试结果校正到23下。煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)反射率平均值及标准差计算 按单个测值计算平均值和标准差 按阶或半阶计算平均值和标准差
9、按阶或半阶计算平均值和标准差nRRnii112112nnRRnSniiniiR：平均最大或随机反射率：平均最大或随机反射率Ri：第：第i个反射率测值个反射率测值n：测点数目：测点数目S：标准差：标准差R：平均最大或随机反射率：平均最大或随机反射率Rj：第：第j阶（或半阶）的中间值阶（或半阶）的中间值Xj：第：第j阶（或半阶）的测点数阶（或半阶）的测点数S：标准差：标准差nXRRmjjj11122nnRXRSnjjj煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)测点数的规定=0.02=0.03=0.05=0.104.00100为准
10、确度，即与真值符合的程度为准确度，即与真值符合的程度不同准确度下的最少测点数不同准确度下的最少测点数最大反射率最大反射率Rmax，光度计法单煤层最大反射率测点数光度计法单煤层最大反射率测点数光度计法单煤层随机反射率测点数光度计法单煤层随机反射率测点数光度计法混配煤测定点数250点以上，若98%的测试变化范围大于0.4%，继续测定第二个粉煤光片，测点数达500点以上。新型ZK-VR9000C智能煤岩测试系统，采用自动测试技术，无论混配煤，通过自动调焦方式采集900张图像，劳动强度大大降低。煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53
11、页)重复性与再现性=0.02=0.03=0.04=0.06=0.101.902.400.060.152.403.500.080.203.500.140.35样品反射率样品反射率Rran，重复性重复性再现性再现性为准确度为准确度煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)商品煤混煤类型的判别（GB15591）编码划分指标类型反射率标准差s凹口数/个0S0.100单一煤层煤10.10s0.101具1个凹口的混煤4s0.102具2个凹口的混煤5s0.102具2个以上凹口的混煤煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤
12、岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)商品煤混煤类型的判别（GB15591）煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)区间统计的科学方法煤种煤种褐煤褐煤长焰煤弱长焰煤弱粘结粘结气煤气煤气肥煤或气肥煤或1/31/3焦煤焦煤肥煤肥煤焦煤焦煤瘦焦煤瘦焦煤瘦煤瘦煤RmaxRmax0.4-0.50.4-0.50.5-0.650.5-0.650.65-0.80.65-0.80.8-0.90.8-0.90.9-1.20.9-1.21.2-1.51.2-1.51.5-1.71.5-1.71.7-1.91.7-1.9%0 00
13、 00 00 085.085.015.015.00 00 0不建议使用该种报表方式若非要使用，请把此表分成两个表。请加注解：本报表仅供参考，不做依据煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)镜质体反射率与煤质的关系0.00.51.01.52.02.5010203040506070 C3 P1 P2 T J1-J2 J3-K1 E NVdaf,%Romax,%0.00.51.01.52.02.502468 C3 P1 P2 T J1-J2 J3-K1 E NHdaf,%Romax,%0.00.51.01.52.02.50102
14、03040 C3 P1 P2 T J1-J2 J3-K1 E NOdaf,%Romax,%0.00.51.01.52.02.55060708090100 C3 P1 P2 T J1-J2 J3-K1 E NCdaf,%Romax,%For different coal mines煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)2 镜质体反射率与煤炭分类的关系 干燥无灰基挥发分：干燥无灰基挥发分：Vdaf 烟煤的黏结指数：烟煤的黏结指数：G R.I 烟煤的胶质层最大厚度：烟煤的胶质层最大厚度：Y（区分焦煤、（区分焦煤、1/3焦煤和肥
15、焦煤和肥煤、气肥煤和气煤）煤、气肥煤和气煤）烟煤的奥阿膨胀度：烟煤的奥阿膨胀度：b（较（较少使用）少使用）干燥无灰基氢含量：干燥无灰基氢含量：Hdaf（划分无烟煤亚类）（划分无烟煤亚类）恒湿无灰基高位发热量：恒湿无灰基高位发热量：Qgr,maf（区分褐煤和长焰（区分褐煤和长焰煤）煤）低煤阶煤透光率：低煤阶煤透光率：PM（区（区分褐煤和长焰煤）分褐煤和长焰煤）0503.510.06.520.028.037.050658520Y=25.0m m11贫 煤（PM）21不 黏 煤（BN）314112贫 瘦 煤（PS）162636465152褐 煤 二 号（H M2）褐 煤 一 号（H M 1）0130
16、PM，500 2.0 3.002033035223242长 焰 煤（CY）132333431424344415253545（Q M）（SM）瘦弱 黏 煤煤（1/2ZN）气煤气 肥 煤（Q F）肥煤（FM）焦煤（JM）（1/3JM）1/3 焦 煤指 标 转 换 线（b150）（b220）数指结黏G干 燥 无 灰 基 挥 发 分Vdaf，HdafQ（W Y1）（W Y3）（W Y2）gr,maf24M J/kg1/2中 黏 煤（RN）煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)炼焦煤段各煤炭类别的性质 气煤：变质程度低、挥发分高，
17、加热时产生较高的煤气和较多的焦油；胶质体的热稳定性较差，能单独结焦，但焦炭的抗碎强度和耐磨强度低于其他炼焦用煤；焦炭多呈细长条形而易碎，并有较多的纵裂纹 气肥煤：挥发分和胶质体最大厚度都很高的强粘结性煤。结焦性由于气煤而低于肥煤，胶质体虽多但粘稠度小。单独炼焦能产生大量的的煤气和液体化学产品。1/3焦煤：中等偏高挥发分的较强粘结性炼焦煤。单独炼焦时能生成熔融性好、强度较高的焦炭。煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)炼焦煤段各煤炭类别的性质 肥煤：中等挥发分及中高挥发分的强粘结性炼焦煤。加热时能产生大量的胶质体，单独炼焦
18、时能生成熔融性好、强度高的焦炭。但单独炼焦时焦炭有较多的横裂纹，焦根部分常有峰焦。它是配煤炼焦中的基础煤。焦煤：结焦性强，加热时能产生稳定性很高的胶质体，单独单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度和耐磨强度都很高的焦炭。但单独炼焦时膨胀压力大，有时易产生推焦困难。瘦煤：中等粘结性的低挥发分炼焦煤。炼焦过程中能产生相当数量的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度较好的焦炭，但其耐磨强度较差，以作为配煤炼焦使用较好。贫瘦煤：炼焦煤中变质程度最高的一种，挥发分较低。单独炼焦时，生成的粉焦多；在配煤时配入较少量就能起到瘦煤的瘦化作用。煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)
19、煤岩测试技术及在焦化工业中的应用培训教材(PPT53页)Romax/%可能煤类（按出现频率排列）0.5褐煤、长焰煤0.50.6 长焰煤长焰煤、不粘煤、气煤0.60.7 气煤、气煤、长焰煤、不粘煤、气肥煤0.70.8 气煤气煤、气肥煤、弱粘煤、不粘煤、1/2中粘煤0.80.9 1/3焦煤焦煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、肥煤、气肥煤0.91.0 1/3焦煤焦煤、肥煤、气煤、1/2中粘煤、气肥煤1.01.1 肥煤肥煤、1/3焦煤1.11.2 肥煤肥煤、1/3焦煤、焦煤1.21.3 焦煤焦煤、肥煤、1/3焦煤1.31.4 焦煤焦煤、肥煤1.41.5 焦煤焦煤1.51.6 焦煤焦煤、瘦煤、贫瘦煤1.6亮煤暗
20、煤、丝炭 显微硬度：惰质组镜质组壳质组 耐磨硬度：惰质组和壳质组镜质组 可磨性指数：丝质体镜质组壳质组 显微脆度：镜煤和未矿化丝炭最脆，暗煤韧性大；强还原煤显微脆度大于弱还原性；煤岩组分的物理性质（二）密度：惰质组镜质组壳质组 孔隙：丝炭的总孔容比镜煤大3-4倍；丝炭孔隙以大孔为主，镜煤孔隙以微孔为主 反射率：惰质组镜质组壳质组 导电性：镜煤电阻率高于丝炭，但煤的导电性质主要取决于其它成因因素（煤级、矿物）煤岩组分化学性质 碳含量：惰质组镜质组壳质组 氢含量：壳质组镜质组惰质组 O/C：镜质组惰质组 挥发分：壳质组镜质组惰质组 水分：镜煤丝炭 矿物：暗煤和丝炭矿物含量较高煤岩组分工艺性质 粘结
21、性：镜质组壳质组惰质组 气化反应性：镜质组惰质组 活性/惰性：惰质组由于先期脱去小分子物质而变成比较惰性的成煤作用阶段划分成煤作用阶段划分植物残骸泥炭褐煤烟煤、无烟煤植物残骸泥炭褐煤烟煤、无烟煤成岩作用变质作用成岩作用变质作用泥炭化作用煤化作用泥炭化作用煤化作用成煤作用成煤作用三种显微组分的形成模式4、煤岩测试技术1.各测试项目分割化各测试项目分割化2.不能实现自动化不能实现自动化3.测试速度慢，连续测试难度大测试速度慢，连续测试难度大4.只保存结果，不保存过程，不可审核、不可追溯，不便于互动只保存结果，不保存过程，不可审核、不可追溯，不便于互动交流交流5.测试结果主观性强（组分鉴别，混煤镜质
22、体的取舍）测试结果主观性强（组分鉴别，混煤镜质体的取舍）6.很少有人能真正完全按规定流程执行很少有人能真正完全按规定流程执行7.配煤拟合需要编制配煤拟合需要编制EXCEL程序，操作复杂，对一般测试人员很难程序，操作复杂，对一般测试人员很难完成完成8.焦炭气孔无法测试焦炭气孔无法测试传统光度计法煤岩测试技术今日中科ZK-VR9000C型智能煤岩测试系统模块1：图像法自动测试反射率模块2：显微组分定量统计模块3：煤岩配煤模块4：焦炭气孔率4.2 技术特点1.自动化测试技术（图像自动采取、镜质体自动识别、报告自动生成）2.测试效率高、劳动强度低3.可审核、可重现功能4.科学的混煤判别技术5.模拟配煤
23、，指导生产6.交互式学习与显微组分鉴定技术特点特点1：自动化测试技术反射率自动测试模块软件功能（1）强大的数据处理分析功能，自动生成各种测试结果和统计结果。测试结果可给出测试原始数据列表、随机反射率平均值、最大反射率平均值、23标准反射率值、标准偏差、最大值、最小值、反射率分布直方图、混煤比例及煤种等。（2）自动识别镜质体并测试其反射率，无需人工干预。单个样品镜质体自动识别和反射率自动测定在5min内完成。（3）预设报告模板，自动生成Word格式测试报告，无需人工编辑。报告模板可按用户要求进行设计。（4）镜质体反射率工作线建立方式为根据标样图像自动建立工作线。（5）温度自动校正功能：可将不同温
24、度下测定的反射率校正到23标准温度状态，使测定结果不受温度条件影响。（6）自动读取图像采集时的环境温度，避免测试人员忘记图像采集时的环境温度。（7）商品煤混煤类型自动判别功能：依据商品煤混煤类型的判别方法(GB15591)自动判别混煤类型、凹口数、编码等参数。（8）混煤剥离与煤类判别：依据反射率分布图的特点进行混煤反射率分布图的剥离，并判断各单种煤的比例和煤种。（9）测点大小可由用户设定，1-10m均可设定。依测点大小不同，测定点数可达3-10万点。（10）检测数据及检测过程具备可重现性，测试过程和测试结果数据永久保存，可随时调阅。（11）可显示每个测点的反射率值。可显示每幅图像上所有镜质体测
25、点的反射率平均值。可输出所有测点的原始数据。可筛选出每个反射率范围对应的典型图片附在测试报告中。（12）科学的审核功能：反射率测试完成后得到的反射率直方图，不是主观的将某些认为不合理的柱子直接删除，而是筛选出该柱子所对应的原始图像和测试数据，判断其合理性之后再进行“删除与保留”的选择，避免人为因素对测试结果的干扰。（13）可准确测定高反射率无烟煤和低反射率长焰煤、褐煤的反射率。特点2：测试效率高、劳动强度低v 传统方法：显微组分传统方法：显微组分40-60min40-60min，混煤反射率，混煤反射率60-90min60-90min，合计，合计100-150min100-150min。v 本方
26、法本方法u 离线：图像自动扫描离线：图像自动扫描30-35min,30-35min,显微组分显微组分10-15min10-15min，混煤自动反射率，混煤自动反射率5-10min5-10min，合计合计45-60min45-60min。u 在线：显微组分测试和混煤镜质体反射率自动测试在扫描过程中完成，合计在线：显微组分测试和混煤镜质体反射率自动测试在扫描过程中完成，合计30-40min30-40minv 图像采集过程自动调焦，无需人工干预，该时间可统筹安排其他事项图像采集过程自动调焦，无需人工干预，该时间可统筹安排其他事项v 显微组分和反射率共用一套图像显微组分和反射率共用一套图像v 批量测试
27、以及和显微组分联合测试更具优势。批量测试以及和显微组分联合测试更具优势。对混煤/配煤的争议，利用本系统可以得到有效的解决：1）输入有争议煤类的反射率范围，实时调出相应图像2）可以有效审核属于测试误差，或者的确被混入/配入3）可有效测定低阶长焰煤和高阶无烟煤配入情况特点3：可审核、可重现功能图像和测试结果分屏显示、永久保存图像和测试结果分屏显示、永久保存长焰煤与无烟煤的配入审核特点4：科学的混煤剥离与煤类判别功能特点5：交互式学习与显微组分鉴定(显微组分、煤岩类型、焦炭光学组织）识别方案可由用户自行建立强大的交互式学习功能强大的教学功能测试模块功能：（1）按煤的显微组分组和矿物的测定方法（GB8
28、899）半自动测定煤的显微组分含量并给出其活惰比。（2）可检测显微组分含量、焦炭光学组织。（3）煤中含有无烟煤时，可单独分类并测试其含量。（4）自动统计测试结果，自动生成Word格式测试报告。报告模板可按用户要求进行设计。（5）组分定量分类方案可由测试者自行定义。（6）检测数据及检测过程具备可重现性，测试过程和测试结果数据永久保存，可随时调阅。（7）测试结果标注到图像上，便于互动交流。（8）可实时调整每屏显示图像数量，改变设置后立即生效。6 煤岩学在焦化中的应用应用分类应用分类测试项目测试项目用途用途直接测试直接测试镜质体反射率镜质体反射率判断煤种、判断煤种、鉴别混煤鉴别混煤、煤岩配煤、煤场管理、煤岩配煤、煤场管理、来煤来煤质量质量、入炉煤质量、入炉煤质量鉴别混煤的鉴别混煤的“唯一唯一”有效手段有效手段显微组分含量显微组分含量(活惰比活惰比)煤中的活性组分、惰性组分；解释煤质指标的特殊煤中的活性组分、惰性组分；解释煤质指标的特殊性性焦炭光学组织焦炭光学组织(OTI(OTI、ISO)ISO)评价焦炭的性质评价焦炭的性质焦炭气孔结构焦炭气孔结构评价焦炭的机械强度、反应性和反应后强度评价焦炭的机械强度、反应性和反应后强度显微煤岩类型显微煤岩类型各种显微组分的交互作用各种显微组分的交互作用谢谢！
