煤巖分析知識(shí)

1、煤巖測(cè)試技術(shù)及在工業(yè)中的應(yīng)用,陳洪博 研究員 2019年9月14日,目錄,標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)體反射率報(bào)告解讀 鏡質(zhì)體反射率與煤炭分類的關(guān)系 顯微組分分類、特征、性質(zhì) 煤巖組分的成因 煤巖測(cè)試技術(shù) 煤巖學(xué)在焦化中的應(yīng)用,儀器型號(hào) 測(cè)試條件 測(cè)定依據(jù) 隨機(jī)反射率 最大反射率 23標(biāo)準(zhǔn)反射率 標(biāo)準(zhǔn)差S 最小值和最大值 測(cè)點(diǎn)數(shù) 混煤類型判斷 直方圖 混煤煤類和比例判別分析結(jié)果 區(qū)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果,1 標(biāo)準(zhǔn)鏡質(zhì)體反射率報(bào)告解讀,鏡質(zhì)體反射率,什么是鏡質(zhì)體反射率？ 在顯微鏡油浸物鏡下，對(duì)鏡質(zhì)體拋光面上限定面積內(nèi)垂直入射光的反射光用光電轉(zhuǎn)換器測(cè)試其強(qiáng)度，與已知反射率的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在相同條件下的反射率光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比。,鏡質(zhì)組反射

2、率類型,最大反射率（Romax）：偏光振動(dòng)方向與煤層面平行時(shí)測(cè)得的反射率，在任何切面上均可測(cè)得 最小反射率（Romin） ：偏光振動(dòng)方向與煤層面垂直時(shí)測(cè)得的反射率，只有在垂直層理切面上方可測(cè)得 隨機(jī)反射率（Roran） ：非偏光下（自然光），鏡質(zhì)組各個(gè)方向上的反射率在理論上是一致的，此時(shí)測(cè)得的反射率值即為隨機(jī)反射率，也稱平均反射率,隨機(jī)反射率與最大反射率對(duì)比,最大反射率 偏光下，煤光學(xué)各向異性是其天然特征 Romax測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)偏差小，在配煤中較易辨別單種煤 預(yù)測(cè)焦炭強(qiáng)度的幾個(gè)主要方法以Romax為基礎(chǔ) 隨機(jī)反射率 測(cè)定速度較快，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 不用旋轉(zhuǎn)物臺(tái)，不會(huì)出現(xiàn)測(cè)區(qū)偏離物鏡中心的問題 商品煤反

3、射率分布圖判別方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中使用隨機(jī)反射率指標(biāo),光度計(jì)法大多測(cè)試最大反射率 圖像法等自動(dòng)測(cè)試技術(shù)大多測(cè)試隨機(jī)反射率 今日中科ZK-VR9000C煤巖自動(dòng)測(cè)試技術(shù)測(cè)試隨機(jī)反射率 當(dāng)鏡質(zhì)體反射率Rmax2.50%時(shí)：Rmax=1.0645Rran,A.光的傳播方向垂直屏幕,B.側(cè)視圖,長(zhǎng)箭頭代表光傳播方向,偏振光的傳播和振動(dòng)方向關(guān)系示意圖,1 晶體光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),自然光的傳播和振動(dòng)方向關(guān)系示意圖,自然光與偏振光,自然光: 在垂直光波傳播方向的斷面內(nèi),光波作任意方向的振動(dòng)，且振幅相等. 偏振光：在垂直光波傳播方向的斷面內(nèi),光波只在某一固定方向上振動(dòng)(只有一個(gè)振動(dòng)面).自然光轉(zhuǎn)化為偏振光的過程稱偏振化,

4、起偏器與檢偏器,偏正光的實(shí)現(xiàn),偏光顯微鏡中偏光鏡一般使用偏光片（選擇性吸收原理）或尼科爾棱鏡（雙折射作用）使自然光轉(zhuǎn)變?yōu)槠?反射光起偏鏡位于光線到達(dá)樣品之前光路中，有些型號(hào)顯微鏡安裝于垂直照明器之前，有的安裝于顯微鏡鏡臂上部橫梁中 檢偏鏡位于顯微鏡鏡臂上部橫梁中物鏡正上方、反射光通過玻片反射器后尚未到達(dá)目鏡前的光路中，其振動(dòng)方向可以旋轉(zhuǎn)360,偏光顯微鏡構(gòu)造,1 目鏡；2 雙目鏡筒；3 視域光闌校準(zhǔn)孔；4 視域光闌調(diào)節(jié)桿；5 濾光鏡插孔；6 孔徑光闌校準(zhǔn)螺絲；7 孔徑光闌調(diào)節(jié)桿；8 濾熱片；9 物臺(tái)調(diào)節(jié)螺絲；10 燈電流調(diào)節(jié)鈕；11 電源開關(guān)；12 反光/透光選擇開關(guān)；13 調(diào)焦旋鈕；14

5、焦距微調(diào)旋鈕；15 色溫調(diào)節(jié)；16 透光濾光鏡；17 物臺(tái)樣品移動(dòng)尺；18 聚光鏡校準(zhǔn)螺絲；19 物臺(tái)固定螺絲；20 透光系統(tǒng)視域光闌；21 錐光視域光闌；22 聚光鏡；23 物臺(tái)固定孔；24 物鏡旋座；25 垂直照明器；26 聚光鏡高度控制；27 焦距固定,23溫度標(biāo)準(zhǔn)反射率,根據(jù)浸油在不同溫度下的折射率，將測(cè)試結(jié)果校正到23下。,反射率平均值及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算,按單個(gè)測(cè)值計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,按階或半階計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,上述計(jì)算結(jié)果可自動(dòng)給出,R：平均最大或隨機(jī)反射率 Ri：第i個(gè)反射率測(cè)值 n：測(cè)點(diǎn)數(shù)目 S：標(biāo)準(zhǔn)差,R：平均最大或隨機(jī)反射率 Rj：第j階（或半階）的中間值 Xj：第j階（或半階

6、）的測(cè)點(diǎn)數(shù) S：標(biāo)準(zhǔn)差,測(cè)點(diǎn)數(shù)的規(guī)定,光度計(jì)法單煤層最大反射率測(cè)點(diǎn)數(shù),光度計(jì)法單煤層隨機(jī)反射率測(cè)點(diǎn)數(shù),光度計(jì)法混配煤測(cè)定點(diǎn)數(shù)250點(diǎn)以上，若98%的測(cè)試變化范圍大于0.4%，繼續(xù)測(cè)定第二個(gè)粉煤光片，測(cè)點(diǎn)數(shù)達(dá)500點(diǎn)以上。 新型ZK-VR9000C智能煤巖測(cè)試系統(tǒng)，采用自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，無論混配煤，通過自動(dòng)調(diào)焦方式采集900張圖像，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。,2012煤巖研究,重復(fù)性與再現(xiàn)性,商品煤混煤類型的判別（GB15591）,ZK-VR9000C煤巖自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)凹口數(shù)、編碼、混煤類型的自動(dòng)判斷,商品煤混煤類型的判別（GB15591）,區(qū)間統(tǒng)計(jì)的科學(xué)方法,不建議使用該種報(bào)表方式 若非要使用，請(qǐng)把此

7、表分成兩個(gè)表。請(qǐng)加注解：本報(bào)表僅供參考，不做依據(jù),17,鏡質(zhì)體反射率與煤質(zhì)的關(guān)系,For different coal mines,2 鏡質(zhì)體反射率與煤炭分類的關(guān)系,干燥無灰基揮發(fā)分：Vdaf 煙煤的黏結(jié)指數(shù)：G R .I 煙煤的膠質(zhì)層最大厚度：Y （區(qū)分焦煤、 1/3焦煤和肥煤、氣肥煤和氣煤） 煙煤的奧阿膨脹度：b （較少使用） 干燥無灰基氫含量：Hdaf （劃分無煙煤亞類） 恒濕無灰基高位發(fā)熱量：Qgr,maf（區(qū)分褐煤和長(zhǎng)焰煤） 低煤階煤透光率：PM （區(qū)分褐煤和長(zhǎng)焰煤）,煉焦煤段各煤炭類別的性質(zhì),氣煤：變質(zhì)程度低、揮發(fā)分高，加熱時(shí)產(chǎn)生較高的煤氣和較多的焦油；膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性較差，能單獨(dú)

8、結(jié)焦，但焦炭的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度低于其他煉焦用煤；焦炭多呈細(xì)長(zhǎng)條形而易碎，并有較多的縱裂紋 氣肥煤：揮發(fā)分和膠質(zhì)體最大厚度都很高的強(qiáng)粘結(jié)性煤。結(jié)焦性由于氣煤而低于肥煤，膠質(zhì)體雖多但粘稠度小。單獨(dú)煉焦能產(chǎn)生大量的的煤氣和液體化學(xué)產(chǎn)品。 1/3焦煤：中等偏高揮發(fā)分的較強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤。單獨(dú)煉焦時(shí)能生成熔融性好、強(qiáng)度較高的焦炭。,煉焦煤段各煤炭類別的性質(zhì),肥煤：中等揮發(fā)分及中高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煉焦煤。加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，單獨(dú)煉焦時(shí)能生成熔融性好、強(qiáng)度高的焦炭。但單獨(dú)煉焦時(shí)焦炭有較多的橫裂紋，焦根部分常有峰焦。它是配煤煉焦中的基礎(chǔ)煤。 焦煤：結(jié)焦性強(qiáng)，加熱時(shí)能產(chǎn)生穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體，單獨(dú)單獨(dú)煉焦時(shí)

9、能得到塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度都很高的焦炭。但單獨(dú)煉焦時(shí)膨脹壓力大，有時(shí)易產(chǎn)生推焦困難。 瘦煤：中等粘結(jié)性的低揮發(fā)分煉焦煤。煉焦過程中能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的膠質(zhì)體。單獨(dú)煉焦時(shí)能得到塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度較好的焦炭，但其耐磨強(qiáng)度較差，以作為配煤煉焦使用較好。 貧瘦煤：煉焦煤中變質(zhì)程度最高的一種，揮發(fā)分較低。單獨(dú)煉焦時(shí)，生成的粉焦多；在配煤時(shí)配入較少量就能起到瘦煤的瘦化作用。,鏡質(zhì)組反射率與煤種,不能僅憑反射率指標(biāo)判斷煤種。同樣的鏡質(zhì)體反射率可歸于不同煤類。,配煤擬合,軟件演示,3 顯微組分分類、特征、性質(zhì),鏡質(zhì)組,鏡質(zhì)組,惰質(zhì)組,惰質(zhì)組,惰質(zhì)組顯微組分性質(zhì),惰質(zhì)組通常被認(rèn)為是煤中第二大顯微

10、組分，但富惰質(zhì)組煤越來越多地被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用 惰質(zhì)組富碳貧氫且性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定 氣候干旱、氧化強(qiáng)烈的產(chǎn)物 惰質(zhì)組的反射率波動(dòng)大，且不易被準(zhǔn)確測(cè)定 絲質(zhì)體形態(tài)保存完好，可用于鑒定成煤植物 煤的特殊工藝性質(zhì)：HGI、反應(yīng)性等,27,殼質(zhì)組,殼質(zhì)組,28,殼質(zhì)組,殼質(zhì)組,殼質(zhì)組顯微組分性質(zhì),由植物的保護(hù)器官形成，形態(tài)保存完好 抗氧化能力強(qiáng)，受熱易變化 相對(duì)富氫，焦油產(chǎn)率高 煤的特殊性能往往與殼質(zhì)體相關(guān)性強(qiáng) 揮發(fā)分異常高 黏結(jié)性強(qiáng)，結(jié)焦性差 氣肥煤的分布?xì)べ|(zhì)體、富氫鏡質(zhì)體，變質(zhì)程度 次生殼質(zhì)體：由殼質(zhì)體或鏡質(zhì)體熱分解而成 滲出瀝青體：分布于鏡質(zhì)體裂隙中 富氫鏡質(zhì)體：腐植物質(zhì)吸收熱分解產(chǎn)物而成 微粒體：至少有一

11、部分是熱分解的固態(tài)殘余產(chǎn)物,顯微組分含量測(cè)定（GB8899）,定量統(tǒng)計(jì)：打點(diǎn)計(jì)數(shù)原理。在國(guó)標(biāo)規(guī)定的條件下，以預(yù)定的步長(zhǎng)（點(diǎn)距、行距）沿預(yù)定方向移動(dòng)樣品，并記錄十字絲交點(diǎn)下顯微組分 結(jié)果計(jì)算：去礦物基或含礦物基 設(shè)備要求：聚焦準(zhǔn)確，亮度適中，光線均勻，成像清晰 不少于500有效測(cè)點(diǎn)均勻布滿全片，點(diǎn)距一般以0.5mm0.6mm為宜，行距應(yīng)不小于點(diǎn)距。 無效點(diǎn)：膠結(jié)物、細(xì)胞腔、空洞、裂隙 當(dāng)一行結(jié)束，以預(yù)定的行距沿預(yù)定方向移動(dòng)一步,顯微組分含量測(cè)定（GB8899）,無法辨認(rèn)的微小顆粒也作為無效點(diǎn)，但應(yīng)盡量避免制樣因素和主觀因素 十字絲落在邊界上，應(yīng)從右上象限開始，按順時(shí)針方向選取首先充滿象限角的顯微

12、組分作為統(tǒng)計(jì)對(duì)象,ZK-VR9000C煤巖自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試顯微組分含量已非常便利高效,顯微組分結(jié)果的應(yīng)用,修正配煤的鏡質(zhì)體反射率結(jié)果得出的混煤比例。但非常遺憾的是目前對(duì)顯微組分的重視程度不夠,沙曲：回坡底：高陽=2:5:3,明顯感覺按鏡質(zhì)體的結(jié)果與實(shí)際配煤比例不符。,煤巖圖鑒出版計(jì)劃,今日智庫(kù)將于明年出版煤巖圖鑒，希望聯(lián)合山西焦煤 將以山西焦煤的煤巖圖像為主,煤巖組分性質(zhì)差異,36,煤巖組分與煤質(zhì)的關(guān)系,For one coal mine,煤巖組分的物理性質(zhì)（一）,光澤：鏡煤亮煤暗煤、絲炭 顯微硬度：惰質(zhì)組鏡質(zhì)組殼質(zhì)組 耐磨硬度：惰質(zhì)組和殼質(zhì)組鏡質(zhì)組 可磨性指數(shù)：絲質(zhì)體鏡質(zhì)組殼質(zhì)組 顯微脆度：

13、 鏡煤和未礦化絲炭最脆，暗煤韌性大； 強(qiáng)還原煤顯微脆度大于弱還原性；,煤巖組分的物理性質(zhì)（二）,密度：惰質(zhì)組鏡質(zhì)組殼質(zhì)組 孔隙： 絲炭的總孔容比鏡煤大3-4倍； 絲炭孔隙以大孔為主，鏡煤孔隙以微孔為主 反射率： 惰質(zhì)組鏡質(zhì)組殼質(zhì)組 導(dǎo)電性：鏡煤電阻率高于絲炭，但煤的導(dǎo)電性質(zhì)主要取決于其它成因因素（煤級(jí)、礦物）,煤巖組分化學(xué)性質(zhì),碳含量：惰質(zhì)組鏡質(zhì)組殼質(zhì)組 氫含量：殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組 O/C：鏡質(zhì)組惰質(zhì)組 揮發(fā)分：殼質(zhì)組鏡質(zhì)組惰質(zhì)組 水分：鏡煤絲炭 礦物：暗煤和絲炭礦物含量較高,煤巖組分工藝性質(zhì),粘結(jié)性：鏡質(zhì)組殼質(zhì)組惰質(zhì)組 氣化反應(yīng)性：鏡質(zhì)組惰質(zhì)組 活性/惰性：惰質(zhì)組由于先期脫去小分子物質(zhì)而變成

14、比較惰性的,成煤作用階段劃分,植物殘骸泥炭褐煤煙煤、無煙煤 成巖作用變質(zhì)作用 泥炭化作用煤化作用 成煤作用,三種顯微組分的形成模式,凝膠化作用：還原環(huán)境下，細(xì)胞壁吸水膨脹，細(xì)胞腔逐漸縮小，以致完全失去細(xì)胞結(jié)構(gòu) 絲炭化作用：氧化環(huán)境下，細(xì)胞腔中的物質(zhì)被需氧微生物破壞，細(xì)胞壁相對(duì)較穩(wěn)定,4、煤巖測(cè)試技術(shù),各測(cè)試項(xiàng)目分割化 不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 測(cè)試速度慢，連續(xù)測(cè)試難度大 只保存結(jié)果，不保存過程，不可審核、不可追溯，不便于互動(dòng)交流 測(cè)試結(jié)果主觀性強(qiáng)（組分鑒別，混煤鏡質(zhì)體的取舍） 很少有人能真正完全按規(guī)定流程執(zhí)行 配煤擬合需要編制EXCEL程序，操作復(fù)雜，對(duì)一般測(cè)試人員很難完成 焦炭氣孔無法測(cè)試,傳統(tǒng)光度計(jì)

15、法煤巖測(cè)試技術(shù),今日中科ZK-VR9000C型智能煤巖測(cè)試系統(tǒng),模塊1：圖像法自動(dòng)測(cè)試反射率 模塊2：顯微組分定量統(tǒng)計(jì) 模塊3：煤巖配煤 模塊4：焦炭氣孔率,8/16,4.2 技術(shù)特點(diǎn),自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)（圖像自動(dòng)采取、鏡質(zhì)體自動(dòng)識(shí)別、報(bào)告自動(dòng)生成） 測(cè)試效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低 可審核、可重現(xiàn)功能 科學(xué)的混煤判別技術(shù) 模擬配煤，指導(dǎo)生產(chǎn) 交互式學(xué)習(xí)與顯微組分鑒定,技術(shù)特點(diǎn),9/16,特點(diǎn)1：自動(dòng)化測(cè)試技術(shù),反射率自動(dòng)測(cè)試模塊軟件功能,（1）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析功能，自動(dòng)生成各種測(cè)試結(jié)果和統(tǒng)計(jì)結(jié)果。測(cè)試結(jié)果可給出測(cè)試原始數(shù)據(jù)列表、隨機(jī)反射率平均值、最大反射率平均值、23標(biāo)準(zhǔn)反射率值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、最大值、最小

16、值、反射率分布直方圖、混煤比例及煤種等。 （2）自動(dòng)識(shí)別鏡質(zhì)體并測(cè)試其反射率，無需人工干預(yù)。單個(gè)樣品鏡質(zhì)體自動(dòng)識(shí)別和反射率自動(dòng)測(cè)定在5min內(nèi)完成。 （3）預(yù)設(shè)報(bào)告模板，自動(dòng)生成Word格式測(cè)試報(bào)告，無需人工編輯。報(bào)告模板可按用戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （4）鏡質(zhì)體反射率工作線建立方式為根據(jù)標(biāo)樣圖像自動(dòng)建立工作線。 （5）溫度自動(dòng)校正功能：可將不同溫度下測(cè)定的反射率校正到23標(biāo)準(zhǔn)溫度狀態(tài)，使測(cè)定結(jié)果不受溫度條件影響。 （6）自動(dòng)讀取圖像采集時(shí)的環(huán)境溫度，避免測(cè)試人員忘記圖像采集時(shí)的環(huán)境溫度。 （7）商品煤混煤類型自動(dòng)判別功能：依據(jù)商品煤混煤類型的判別方法(GB15591)自動(dòng)判別混煤類型、凹口數(shù)、編碼

17、等參數(shù)。 （8）混煤剝離與煤類判別：依據(jù)反射率分布圖的特點(diǎn)進(jìn)行混煤反射率分布圖的剝離，并判斷各單種煤的比例和煤種。 （9）測(cè)點(diǎn)大小可由用戶設(shè)定，1-10m均可設(shè)定。依測(cè)點(diǎn)大小不同，測(cè)定點(diǎn)數(shù)可達(dá)3-10萬點(diǎn)。 （10）檢測(cè)數(shù)據(jù)及檢測(cè)過程具備可重現(xiàn)性，測(cè)試過程和測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)永久保存，可隨時(shí)調(diào)閱。 （11）可顯示每個(gè)測(cè)點(diǎn)的反射率值?？娠@示每幅圖像上所有鏡質(zhì)體測(cè)點(diǎn)的反射率平均值?？奢敵鏊袦y(cè)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)?？珊Y選出每個(gè)反射率范圍對(duì)應(yīng)的典型圖片附在測(cè)試報(bào)告中。 （12）科學(xué)的審核功能：反射率測(cè)試完成后得到的反射率直方圖，不是主觀的將某些認(rèn)為不合理的柱子直接刪除，而是篩選出該柱子所對(duì)應(yīng)的原始圖像和測(cè)試數(shù)據(jù)，

18、判斷其合理性之后再進(jìn)行“刪除與保留”的選擇，避免人為因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾。 （13）可準(zhǔn)確測(cè)定高反射率無煙煤和低反射率長(zhǎng)焰煤、褐煤的反射率。,特點(diǎn)2：測(cè)試效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低,傳統(tǒng)方法：顯微組分40-60min，混煤反射率60-90min，合計(jì)100-150min。 本方法 離線：圖像自動(dòng)掃描30-35min,顯微組分10-15min，混煤自動(dòng)反射率5-10min，合計(jì)45-60min。 在線：顯微組分測(cè)試和混煤鏡質(zhì)體反射率自動(dòng)測(cè)試在掃描過程中完成，合計(jì)30-40min,圖像采集過程自動(dòng)調(diào)焦，無需人工干預(yù)，該時(shí)間可統(tǒng)籌安排其他事項(xiàng) 顯微組分和反射率共用一套圖像,批量測(cè)試以及和顯微組分聯(lián)合測(cè)試更具優(yōu)勢(shì)。,11/16,對(duì)混煤/配煤的爭(zhēng)議，利用本系統(tǒng)可以得到有效的解決： 1）輸入有爭(zhēng)議煤類的反射率范圍，實(shí)時(shí)調(diào)出相應(yīng)圖像 2）可以有效審核屬于測(cè)試誤差，或者的確被混入/配入 3）可有效測(cè)定低階長(zhǎng)焰煤和高階無煙煤配入情況,特點(diǎn)3：可審核、可重現(xiàn)功能,圖像和測(cè)試結(jié)果分屏顯示、永久保存,長(zhǎng)焰煤與無煙煤的配入審核,12/16,特點(diǎn)4：科學(xué)的混煤剝離與煤類判別功能,14/16,特點(diǎn)5：交互式學(xué)習(xí)與顯微組分鑒定(顯微組分、煤巖類型、焦炭光學(xué)組織）,識(shí)別方案可由用戶自行建立