煤岩分析知识

1、煤岩测试技术及在工业中的应用,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,仪器型号 测试条件 测定依据 随机反射率 最大反射率 23标准反射率 标准差S 最小值和最大值 测点数 混煤类型判断 直方图 混煤煤类和比例判别分析结果 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？ 在显微镜油浸物镜下，对镜质体抛光面上限定面积内垂直入射光的反射光用光电转换器测试其强度，与已知反射率的标准物质在相同条件下的反射率光强度进行对比。,镜质组反射

2、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,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

3、射率分布图判别方法国家标准中使用随机反射率指标,光度计法大多测试最大反射率 图像法等自动测试技术大多测试随机反射率 今日中科ZK-VR9000C煤岩自动测试技术测试随机反射率 当镜质体反射率Rmax2.50%时：Rmax=1.0645Rran,A.光的传播方向垂直屏幕,B.侧视图,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,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,自然光与偏振光,自然光: 在垂直光波传播方向的断面内,光波作任意方向的振动，且振幅相等. 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振化,

4、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的光路中，其振动方向可以旋转360,偏光显微镜构造,1 目镜；2 双目镜筒；3 视域光阑校准孔；4 视域光阑调节杆；5 滤光镜插孔；6 孔径光阑校准螺丝；7 孔径光阑调节杆；8 滤热片；9 物台调节螺丝；10 灯电流调节钮；11 电源开关；12 反光/透光选择开关；13 调焦旋钮；14

5、焦距微调旋钮；15 色温调节；16 透光滤光镜；17 物台样品移动尺；18 聚光镜校准螺丝；19 物台固定螺丝；20 透光系统视域光阑；21 锥光视域光阑；22 聚光镜；23 物台固定孔；24 物镜旋座；25 垂直照明器；26 聚光镜高度控制；27 焦距固定,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。,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,上述计算结果可自动给出,R：平均最大或随机反射率 Ri：第i个反射率测值 n：测点数目 S：标准差,R：平均最大或随机反射率 Rj：第j阶（或半阶）的中间值 Xj：第j阶（或半阶

6、）的测点数 S：标准差,测点数的规定,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。,2012煤岩研究,重复性与再现性,商品煤混煤类型的判别（GB15591）,ZK-VR9000C煤岩自动测试系统已实现凹口数、编码、混煤类型的自动判断,商品煤混煤类型的判别（GB15591）,区间统计的科学方法,不建议使用该种报表方式 若非要使用，请把此

7、表分成两个表。请加注解：本报表仅供参考，不做依据,17,镜质体反射率与煤质的关系,For different coal mines,2 镜质体反射率与煤炭分类的关系,干燥无灰基挥发分：Vdaf 烟煤的黏结指数：G R .I 烟煤的胶质层最大厚度：Y （区分焦煤、 1/3焦煤和肥煤、气肥煤和气煤） 烟煤的奥阿膨胀度：b （较少使用） 干燥无灰基氢含量：Hdaf （划分无烟煤亚类） 恒湿无灰基高位发热量：Qgr,maf（区分褐煤和长焰煤） 低煤阶煤透光率：PM （区分褐煤和长焰煤）,炼焦煤段各煤炭类别的性质,气煤：变质程度低、挥发分高，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

8、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。,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

9、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。,镜质组反射率与煤种,不能仅凭反射率指标判断煤种。同样的镜质体反射率可归于不同煤类。,配煤拟合,软件演示,3 显微组分分类、特征、性质,镜质组,镜质组,惰质组,惰质组,惰质组显微组分性质,惰质组通常被认为是煤中第二大显微

10、组分，但富惰质组煤越来越多地被发现和应用 惰质组富碳贫氢且性质相对稳定 气候干旱、氧化强烈的产物 惰质组的反射率波动大，且不易被准确测定 丝质体形态保存完好，可用于鉴定成煤植物 煤的特殊工艺性质：HGI、反应性等,27,壳质组,壳质组,28,壳质组,壳质组,壳质组显微组分性质,由植物的保护器官形成，形态保存完好 抗氧化能力强，受热易变化 相对富氢，焦油产率高 煤的特殊性能往往与壳质体相关性强 挥发分异常高 黏结性强，结焦性差 气肥煤的分布壳质体、富氢镜质体，变质程度 次生壳质体：由壳质体或镜质体热分解而成 渗出沥青体：分布于镜质体裂隙中 富氢镜质体：腐植物质吸收热分解产物而成 微粒体：至少有一

11、部分是热分解的固态残余产物,显微组分含量测定（GB8899）,定量统计：打点计数原理。在国标规定的条件下，以预定的步长（点距、行距）沿预定方向移动样品，并记录十字丝交点下显微组分 结果计算：去矿物基或含矿物基 设备要求：聚焦准确，亮度适中，光线均匀，成像清晰 不少于500有效测点均匀布满全片，点距一般以0.5mm0.6mm为宜，行距应不小于点距。 无效点：胶结物、细胞腔、空洞、裂隙 当一行结束，以预定的行距沿预定方向移动一步,显微组分含量测定（GB8899）,无法辨认的微小颗粒也作为无效点，但应尽量避免制样因素和主观因素 十字丝落在边界上，应从右上象限开始，按顺时针方向选取首先充满象限角的显微

12、组分作为统计对象,ZK-VR9000C煤岩自动测试系统测试显微组分含量已非常便利高效,显微组分结果的应用,修正配煤的镜质体反射率结果得出的混煤比例。但非常遗憾的是目前对显微组分的重视程度不够,沙曲：回坡底：高阳=2:5:3,明显感觉按镜质体的结果与实际配煤比例不符。,煤岩图鉴出版计划,今日智库将于明年出版煤岩图鉴，希望联合山西焦煤 将以山西焦煤的煤岩图像为主,煤岩组分性质差异,36,煤岩组分与煤质的关系,For one coal mine,煤岩组分的物理性质（一）,光泽：镜煤亮煤暗煤、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：

13、 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

14、比较惰性的,成煤作用阶段划分,植物残骸泥炭褐煤烟煤、无烟煤 成岩作用变质作用 泥炭化作用煤化作用 成煤作用,三种显微组分的形成模式,凝胶化作用：还原环境下，细胞壁吸水膨胀，细胞腔逐渐缩小，以致完全失去细胞结构 丝炭化作用：氧化环境下，细胞腔中的物质被需氧微生物破坏，细胞壁相对较稳定,4、煤岩测试技术,各测试项目分割化 不能实现自动化 测试速度慢，连续测试难度大 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 测试结果主观性强（组分鉴别，混煤镜质体的取舍） 很少有人能真正完全按规定流程执行 配煤拟合需要编制EXCEL程序，操作复杂，对一般测试人员很难完成 焦炭气孔无法测试,传统光度计

15、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,8/16,4.2 技术特点,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） 测试效率高、劳动强度低 可审核、可重现功能 科学的混煤判别技术 模拟配煤，指导生产 交互式学习与显微组分鉴定,技术特点,9/16,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

16、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

17、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，

18、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,传统方法：显微组分40-60min，混煤反射率60-90min，合计100-150min。 本方法 离线：图像自动扫描30-35min,显微组分10-15min，混煤自动反射率5-10min，合计45-60min。 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30-40min,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 显微组分和反射率共用一套图像,批量测试以及和显微组分联合测试更具优势。,11/16,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,长焰煤与无烟煤的配入审核,12/16,特点4：科学的混煤剥离与煤类判别功能,14/16,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