煤巖測試技術及在焦化工業中的應用北京今日中科智能科技有限公司陳洪博研究員2019年9月14日煤巖分析知識目錄標準鏡質體反射率報告解讀鏡質體反射率與煤炭分類的關系顯微組分分類、特征、性質煤巖組分的成因煤巖測試技術煤巖學在焦化中的應用煤巖分析知識儀器型號測試條件測定依據隨機反射率最大反射率23℃標準反射率標準差S最小值和最大值測點數混煤類型判斷直方圖混煤煤類和比例判別分析結果區間統計結果1標準鏡質體反射率報告解讀煤巖分析知識鏡質體反射率什么是鏡質體反射率？在顯微鏡油浸物鏡下，對鏡質體拋光面上限定面積內垂直入射光的反射光用光電轉換器測試其強度，與已知反射率的標準物質在相同條件下的反射率光強度進行對比。煤巖分析知識鏡質組反射率類型最大反射率（Romax）：偏光振動方向與煤層面平行時測得的反射率，在任何切面上均可測得最小反射率（Romin）：偏光振動方向與煤層面垂直時測得的反射率，只有在垂直層理切面上方可測得隨機反射率（Roran）：非偏光下（自然光），鏡質組各個方向上的反射率在理論上是一致的，此時測得的反射率值即為隨機反射率，也稱平均反射率煤巖分析知識隨機反射率與最大反射率對比最大反射率偏光下，煤光學各向異性是其天然特征Romax測值標準偏差小，在配煤中較易辨別單種煤預測焦炭強度的幾個主要方法以Romax為基礎隨機反射率測定速度較快，可實現自動化不用旋轉物臺，不會出現測區偏離物鏡中心的問題商品煤反射率分布圖判別方法國家標準中使用隨機反射率指標光度計法大多測試最大反射率圖像法等自動測試技術大多測試隨機反射率今日中科ZK-VR9000C煤巖自動測試技術測試隨機反射率當鏡質體反射率Rmax<2.50%時：Rmax=1.0645Rran煤巖分析知識A.光的傳播方向垂直屏幕B.側視圖,長箭頭代表光傳播方向振動面偏振光的傳播和振動方向關系示意圖1

晶體光學基礎知識自然光的傳播和振動方向關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,光波作任意方向的振動，且振幅相等.偏振光：在垂直光波傳播方向的斷面內,光波只在某一固定方向上振動(只有一個振動面).自然光轉化為偏振光的過程稱偏振化煤巖分析知識起偏器與檢偏器偏正光的實現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）使自然光轉變為偏振反射光起偏鏡位于光線到達樣品之前光路中，有些型號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目鏡前的光路中，其振動方向可以旋轉360°煤巖分析知識偏光顯微鏡構造1目鏡；2雙目鏡筒；3視域光闌校準孔；4視域光闌調節桿；5濾光鏡插孔；6孔徑光闌校準螺絲；7孔徑光闌調節桿；8濾熱片；9物臺調節螺絲；10燈電流調節鈕；11電源開關；12反光/透光選擇開關；13調焦旋鈕；14焦距微調旋鈕；15色溫調節；16透光濾光鏡；17物臺樣品移動尺；18聚光鏡校準螺絲；19物臺固定螺絲；20透光系統視域光闌；21錐光視域光闌；22聚光鏡；23物臺固定孔；24物鏡旋座；25垂直照明器；26聚光鏡高度控制；27焦距固定煤巖分析知識23℃溫度標準反射率根據浸油在不同溫度下的折射率，將測試結果校正到23℃下。煤巖分析知識反射率平均值及標準差計算按單個測值計算平均值和標準差按階或半階計算平均值和標準差上述計算結果可自動給出R：平均最大或隨機反射率Ri：第i個反射率測值n：測點數目S：標準差R：平均最大或隨機反射率Rj：第j階（或半階）的中間值Xj：第j階（或半階）的測點數S：標準差煤巖分析知識測點數的規定光度計法單煤層最大反射率測點數光度計法單煤層隨機反射率測點數光度計法混配煤測定點數250點以上，若98%的測試變化范圍大于0.4%，繼續測定第二個粉煤光片，測點數達500點以上。新型ZK-VR9000C智能煤巖測試系統，采用自動測試技術，無論混配煤，通過自動調焦方式采集900張圖像，勞動強度大大降低。煤巖分析知識重復性與再現性2012煤巖研究煤巖分析知識商品煤混煤類型的判別（GB15591）編碼劃分指標類型反射率標準差s凹口數/個0S≤0.100單一煤層煤10.10<s<0.200簡單無凹口混煤2S≥0.200復雜無凹口混煤3s>0.101具1個凹口的混煤4s>0.102具2個凹口的混煤5s>0.10>2具2個以上凹口的混煤煤巖分析知識ZK-VR9000C煤巖自動測試系統已實現凹口數、編碼、混煤類型的自動判斷商品煤混煤類型的判別（GB15591）煤巖分析知識區間統計的科學方法煤種褐煤長焰煤弱粘結氣煤氣肥煤或1/3焦煤肥煤焦煤瘦焦煤瘦煤貧煤無煙煤Rmax0.4-0.50.5-0.650.65-0.80.8-0.90.9-1.21.2-1.51.5-1.71.7-1.91.9-2.5>2.5%000085.015.00000不建議使用該種報表方式若非要使用，請把此表分成兩個表。請加注解：本報表僅供參考，不做依據煤巖分析知識鏡質體反射率與煤質的關系17

Fordifferentcoalmines煤巖分析知識2鏡質體反射率與煤炭分類的關系干燥無灰基揮發分：Vdaf煙煤的黏結指數：GR.I煙煤的膠質層最大厚度：Y

（區分焦煤、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）恒濕無灰基高位發熱量：Qgr,maf（區分褐煤和長焰煤）低煤階煤透光率：PM

（區分褐煤和長焰煤）煤巖分析知識煉焦煤段各煤炭類別的性質氣煤：變質程度低、揮發分高，加熱時產生較高的煤氣和較多的焦油；膠質體的熱穩定性較差，能單獨結焦，但焦炭的抗碎強度和耐磨強度低于其他煉焦用煤；焦炭多呈細長條形而易碎，并有較多的縱裂紋氣肥煤：揮發分和膠質體最大厚度都很高的強粘結性煤。結焦性由于氣煤而低于肥煤，膠質體雖多但粘稠度小。單獨煉焦能產生大量的的煤氣和液體化學產品。1/3焦煤：中等偏高揮發分的較強粘結性煉焦煤。單獨煉焦時能生成熔融性好、強度較高的焦炭。煤巖分析知識煉焦煤段各煤炭類別的性質肥煤：中等揮發分及中高揮發分的強粘結性煉焦煤。加熱時能產生大量的膠質體，單獨煉焦時能生成熔融性好、強度高的焦炭。但單獨煉焦時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煤。焦煤：結焦性強，加熱時能產生穩定性很高的膠質體，單獨單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度和耐磨強度都很高的焦炭。但單獨煉焦時膨脹壓力大，有時易產生推焦困難。瘦煤：中等粘結性的低揮發分煉焦煤。煉焦過程中能產生相當數量的膠質體。單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度較好的焦炭，但其耐磨強度較差，以作為配煤煉焦使用較好。貧瘦煤：煉焦煤中變質程度最高的一種，揮發分較低。單獨煉焦時，生成的粉焦多；在配煤時配入較少量就能起到瘦煤的瘦化作用。煤巖分析知識鏡質組反射率與煤種不能僅憑反射率指標判斷煤種。同樣的鏡質體反射率可歸于不同煤類。煤巖分析知識配煤擬合軟件演示煤巖分析知識3顯微組分分類、特征、性質組代號組分代號亞組分代號鏡質組V結構鏡質體T結構鏡質體1結構鏡質體2T1T2無結構鏡質體C均質鏡質體基質鏡質體團塊鏡質體膠質鏡質體C1C2C3C4碎屑鏡質體Vd

惰質組I絲質體F火焚絲質體氧化絲質體F1F2半絲質體Sf

真菌體Fu

分泌體Se

粗粒體Ma

微粒體Mi

碎屑惰質體Id

殼質組E孢粉體Sp大孢子體小孢子體Sp1Sp2角質體Cu

樹脂體Re木栓質體Sub

樹皮體Ba瀝青質體Bt

滲出瀝青體Ex熒光體Fl藻類體Alg結構藻類體層狀藻類體Alg1Alg2碎屑類脂體Ed

煤巖分析知識鏡質組鏡質組煤巖分析知識惰質組惰質組煤巖分析知識惰質組顯微組分性質惰質組通常被認為是煤中第二大顯微組分，但富惰質組煤越來越多地被發現和應用惰質組富碳貧氫且性質相對穩定氣候干旱、氧化強烈的產物惰質組的反射率波動大，且不易被準確測定絲質體形態保存完好，可用于鑒定成煤植物煤的特殊工藝性質：HGI、反應性等煤巖分析知識殼質組27殼質組煤巖分析知識殼質組28殼質組煤巖分析知識殼質組顯微組分性質由植物的保護器官形成，形態保存完好抗氧化能力強，受熱易變化相對富氫，焦油產率高煤的特殊性能往往與殼質體相關性強揮發分異常高黏結性強，結焦性差氣肥煤的分布－－殼質體、富氫鏡質體，變質程度次生殼質體：由殼質體或鏡質體熱分解而成滲出瀝青體：分布于鏡質體裂隙中富氫鏡質體：腐植物質吸收熱分解產物而成微粒體：至少有一部分是熱分解的固態殘余產物煤巖分析知識顯微組分含量測定（GB8899）定量統計：打點計數原理。在國標規定的條件下，以預定的步長（點距、行距）沿預定方向移動樣品，并記錄十字絲交點下顯微組分結果計算：去礦物基或含礦物基設備要求：聚焦準確，亮度適中，光線均勻，成像清晰不少于500有效測點均勻布滿全片，點距一般以0.5mm~0.6mm為宜，行距應不小于點距。無效點：膠結物、細胞腔、空洞、裂隙當一行結束，以預定的行距沿預定方向移動一步

煤巖分析知識顯微組分含量測定（GB8899）無法辨認的微小顆粒也作為無效點，但應盡量避免制樣因素和主觀因素十字絲落在邊界上，應從右上象限開始，按順時針方向選取首先充滿象限角的顯微組分作為統計對象煤巖分析知識ZK-VR9000C煤巖自動測試系統測試顯微組分含量已非常便利高效煤巖分析知識顯微組分結果的應用修正配煤的鏡質體反射率結果得出的混煤比例。但非常遺憾的是目前對顯微組分的重視程度不夠沙曲：回坡底：高陽=2:5:3明顯感覺按鏡質體的結果與實際配煤比例不符。

鏡質組含量回坡底68.17%沙曲45.57%高陽45.08%煤巖分析知識《煤巖圖鑒》出版計劃今日智庫將于明年出版《煤巖圖鑒》，希望聯合山西焦煤將以山西焦煤的煤巖圖像為主煤巖分析知識煤巖組分性質差異樣品Mad%Ad%Vdaf%FCdaf%原料煤7.434.4336.4363.57鏡質組6.402.3739.6060.40惰質組6.883.5425.3074.70樣品Cdaf%Hdaf%Odaf%Ndaf%Sdaf%原料煤79.774.6714.370.990.20鏡質組77.835.0315.941.010.19惰質組82.633.7712.620.800.18煤巖分析知識煤巖組分與煤質的關系36Foronecoalmine煤巖分析知識煤巖組分的物理性質（一）光澤：鏡煤>亮煤>暗煤、絲炭顯微硬度：惰質組>鏡質組>殼質組耐磨硬度：惰質組和殼質組>鏡質組可磨性指數：絲質體>鏡質組>殼質組顯微脆度：鏡煤和未礦化絲炭最脆，暗煤韌性大；強還原煤顯微脆度大于弱還原性；煤巖分析知識煤巖組分的物理性質（二）密度：惰質組>鏡質組>殼質組孔隙：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：

惰質組>鏡質組>殼質組導電性：鏡煤電阻率高于絲炭，但煤的導電性質主要取決于其它成因因素（煤級、礦物）煤巖分析知識煤巖組分化學性質碳含量：惰質組>鏡質組>殼質組氫含量：殼質組>鏡質組>惰質組O/C：鏡質組>惰質組揮發分：殼質組>鏡質組>惰質組水分：鏡煤>絲炭礦物：暗煤和絲炭礦物含量較高煤巖分析知識煤巖組分工藝性質粘結性：鏡質組>殼質組>惰質組氣化反應性：鏡質組>惰質組活性/惰性：惰質組由于先期脫去小分子物質而變成比較惰性的煤巖分析知識成煤作用階段劃分植物殘骸泥炭褐煤煙煤、無煙煤

成巖作用變質作用泥炭化作用煤化作用成煤作用煤巖分析知識三種顯微組分的形成模式凝膠化作用：還原環境下，細胞壁吸水膨脹，細胞腔逐漸縮小，以致完全失去細胞結構絲炭化作用：氧化環境下，細胞腔中的物質被需氧微生物破壞，細胞壁相對較穩定煤巖分析知識4、煤巖測試技術各測試項目分割化不能實現自動化測試速度慢，連續測試難度大只保存結果，不保存過程，不可審核、不可追溯，不便于互動交流測試結果主觀性強（組分鑒別，混煤鏡質體的取舍）很少有人能真正完全按規定流程執行配煤擬合需要編制EXCEL程序，操作復雜，對一般測試人員很難完成焦炭氣孔無法測試傳統光度計法煤巖測試技術煤巖分析知識今日中科ZK-VR9000C型智能煤巖測試系統模塊1：圖像法自動測試反射率模塊2：顯微組分定量統計模塊3：煤巖配煤模塊4：焦炭氣孔率煤巖分析知識4.2技術特點自動化測試技術（圖像自動采取、鏡質體自動識別、報告自動生成）測試效率高、勞動強度低可審核、可重現功能科學的混煤判別技術模擬配煤，指導生產交互式學習與顯微組分鑒定技術特點8/16煤巖分析知識特點1：自動化測試技術圖像自動采集鏡質體自動識別報告自動生成9/16煤巖分析知識反射率自動測試模塊軟件功能（1）強大的數據處理分析功能，自動生成各種測試結果和統計結果。測試結果可給出測試原始數據列表、隨機反射率平均值、最大反射率平均值、23℃標準反射率值、標準偏差、最大值、最小值、反射率分布直方圖、混煤比例及煤種等。（2）自動識別鏡質體并測試其反射率，無需人工干預。單個樣品鏡質體自動識別和反射率自動測定在5min內完成。（3）預設報告模板，自動生成Word格式測試報告，無需人工編輯。報告模板可按用戶要求進行設計。（4）鏡質體反射率工作線建立方式為根據標樣圖像自動建立工作線。（5）溫度自動校正功能：可將不同溫度下測定的反射率校正到23℃標準溫度狀態，使測定結果不受溫度條件影響。（6）自動讀取圖像采集時的環境溫度，避免測試人員忘記圖像采集時的環境溫度。（7）商品煤混煤類型自動判別功能：依據《商品煤混煤類型的判別方法》(GB15591)自動判別混煤類型、凹口數、編碼等參數。（8）混煤剝離與煤類判別：依據反射率分布圖的特點進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）測點大小可由用戶設定，1-10μm均可設定。依測點大小不同，測定點數可達3-10萬點。（10）檢測數據及檢測過程具備可重現性，測試過程和測試結果數據永久保存，可隨時調閱。（11）可顯示每個測點的反射率值。可顯示每幅圖像上所有鏡質體測點的反射率平均值。可輸出所有測點的原始數據。可篩選出每個反射率范圍對應的典型圖片附在測試報告中。（12）科學的審核功能：反射率測試完成后得到的反射率直方圖，不是主觀的將某些認為不合理的柱子直接刪除，而是篩選出該柱子所對應的原始圖像和測試數據，判斷其合理性之后再進行“刪除與保留”的選擇，避免人為因素對測試結果的干擾。（13）可準確測定高反射率無煙煤和低反射率長焰煤、褐煤的反射率。煤巖分析知識特點2：測試效率高、勞動強度低傳統方法：顯微組分40-60min，混煤反射率60-90min，合計100-150min。本方法離線：圖像自動掃描30-35min,顯微組分10-15min，混煤自動反射率5-10min，合計45-60min。在線：顯微組分測試和混煤鏡質體反射率自動測試在掃描過程中完成，合計30-40min圖像采集過程自動調焦，無需人工干預，該時間可統籌安排其他事項顯微組分和反射率共用一套圖像批量測試以及和顯微組分聯合測試更具優勢。煤巖分析知識對混煤/配煤的爭議，利用本系統可以得到有效的解決：1）輸入有爭議煤類的反射率范圍，實