煤岩分析自動化讓煤炭走上高效利用之路

煤炭是我國的基礎能源。2017年2月28日，國家統計局發布的《2016年國民經濟和社會發展統計公報》數據顯示，2016年，中國原煤產量達到34.1億噸。雖然近年來中國一直在降低煤炭在能源結構中的比例，但2016年中國煤炭消費量仍佔能源消費總量的62％。此外，無論是原煤開發利用，即傳統的燃煤發電、煤炭焦化，還是近年來新開發的煤炭氣化、液化技術，均面臨能源轉換效率不高、污染物排放量大等問題，這與煤炭開掘、選礦、冶礦、深加工、運輸管理等生產環節的管理相關，其中最重要的管理手段就是對煤炭的組成、性質和化學成份進行檢測，也叫煤岩分析。通過煤岩分析，可以識別煤炭中鏡質體、惰質體、殼質體和黏土礦物，准確評價煤的性質、優劣及適宜的用途，加強對煤炭利用各環節進行精准管理，實現煤炭的高效利用，降低煤炭因管理手段粗放而產生的環境污染。

煤岩分析是評價煤質的重要手段

煤岩分析就是利用岩石學的方法來研究和表征煤炭的組成和性質。光學顯微鏡是進行煤岩分析的基本工具，通過在鏡下鑒定煤及其制品的各種顯微組分，以及煤的變質程度，來評價煤的質量。雖然煤的外觀是黑色的，但在顯微鏡下，其內部的各種組分（即鏡質體、惰質體、殼質體和礦物）會呈現不同的結構和反射色，這些組分及其特征對煤的利用性能有著顯著影響。煤岩學正是通過對這些組分的研究，來評價煤的性質，具有常規化學分析不可替代的作用。

煤岩分析應用領域廣泛

煤岩分析目前已廣泛應用於煤炭的科學研究、煤炭轉化、煤炭貿易等領域，並在各領域中發揮了重大作用。在煤炭科學研究方面，煤岩學對於煤的植物成因學說的建立起到了關鍵作用，正是由於引入了煤岩學方法，才找到了煤是由植物形成的証據，世界各國地質、煤炭、石油、冶金等領域的研究人員都非常重視煤的顯微鏡研究﹔在煤炭轉化方面，煤岩學方法是研究焦炭顯微組織、煤燃燒、氣化殘炭形態結構的基本手段，為評價煤的煉焦、燃燒、氣化等轉化工藝性質提供了基礎的信息﹔在煤炭貿易及市場監管方面，煤岩學方法是目前鑒別混煤的唯一有效手段，鏡質體反射率指標的測定如同“照妖鏡”，使得市場上以次充好的煤炭產品“現了原形”，例如，主焦煤和混配“主焦煤”，其常規的化學分析指標極為相近，難以鑒別，但利用煤岩學方法，很容易就能鑒定出來。煤岩學方法為規范煤炭貿易市場提供了科學的技術手段。反過來，煤岩學方法也為合理配煤、充分利用煤炭資源提供了技術保障。

信息化催生煤岩分析自動化

除了顯微鏡之外，煤岩分析常用到的關鍵技術為光度計技術，即把顯微鏡反射上來的光信號轉換為電信號及數字信號的技術，但這種技術在實踐中仍有很多需要改進之處。操作較繁瑣、測試用時長、效率較低等缺點使煤岩組分的鑒定存在一定的主觀性，測點少，測試結果也不可追溯，隻能通過重復測試來驗証。隨著信息化的高速發展，煤岩測試自動分析技術應運而生，國內外在煤岩圖像自動分析技術方面取得了積極進展。目前國內已經成功研發了煤岩圖像自動分析系統（英文簡稱為BRICC），其顯微組分識別精度超過國外同類軟件系統，系統功能強大，填補了國內空白。該系統主要由反射偏光顯微鏡、CCD攝像頭、XYZ三軸電動平台、圖像自動掃描採集系統、煤岩圖像自動測試系統組成，主要功能為自動測試煤及其轉化制品的顯微組分及其反射率，實現了鏡質體反射率自動測定、混煤判別、煤岩組分自動識別及定量測試、顯微煤岩類型測試、焦炭光學組織定量測試、焦炭氣孔率測定及配煤指標預測等多種功能，目前已在國內相關大學、科研機構、生產企業得到應用。

煤岩分析自動化促進煤炭的高效精准管理

與傳統的測試方法相比，煤岩圖像自動分析技術具有以下優勢：自動識別鏡質體並測試反射率﹔實現煤岩組分自動識別和測試過程可追溯﹔實現對視域中全部對象進行測試，提高了測試精度﹔通過優化計算方法，測試速度加快﹔既可以在樣品移動的同時進行實時測量，也可以在全部圖像採集完成后進行批量測定﹔採取了一系列降低隨機誤差的技術手段，保証測值准確率﹔用戶可以根據需要，在檢測、審核、應用等層級賦予不同權限，進行各自需要的運算工作，也可以選配其中特定的功能，在原有顯微鏡光度計上嫁接圖像分析系統，實現原有系統的升級改造。

隨著大數據、人工智能、雲計算等現代信息技術的高速發展，煤岩分析技術經歷了由人工測試向自動化的轉化。目前，基於圖像分析的煤岩分析智能化技術正在快速發展中，必將對煤岩學的應用產生深遠的影響，也將在煤炭利用的精准化管理中扮演越來越重要的角色，從而促進煤炭利用走上清潔高效之路。

作者：中國科協科學技術傳播中心高級工程師白露

審稿專家：天津大學精儀學院副教授朱險峰