煤岩分析自动化让煤炭走上高效利用之路

煤炭是我国的基础能源。2017年2月28日，国家统计局发布的《2016年国民经济和社会发展统计公报》数据显示，2016年，中国原煤产量达到34.1亿吨。虽然近年来中国一直在降低煤炭在能源结构中的比例，但2016年中国煤炭消费量仍占能源消费总量的62％。此外，无论是原煤开发利用，即传统的燃煤发电、煤炭焦化，还是近年来新开发的煤炭气化、液化技术，均面临能源转换效率不高、污染物排放量大等问题，这与煤炭开掘、选矿、冶矿、深加工、运输管理等生产环节的管理相关，其中最重要的管理手段就是对煤炭的组成、性质和化学成份进行检测，也叫煤岩分析。通过煤岩分析，可以识别煤炭中镜质体、惰质体、壳质体和黏土矿物，准确评价煤的性质、优劣及适宜的用途，加强对煤炭利用各环节进行精准管理，实现煤炭的高效利用，降低煤炭因管理手段粗放而产生的环境污染。

煤岩分析是评价煤质的重要手段

煤岩分析就是利用岩石学的方法来研究和表征煤炭的组成和性质。光学显微镜是进行煤岩分析的基本工具，通过在镜下鉴定煤及其制品的各种显微组分，以及煤的变质程度，来评价煤的质量。虽然煤的外观是黑色的，但在显微镜下，其内部的各种组分（即镜质体、惰质体、壳质体和矿物）会呈现不同的结构和反射色，这些组分及其特征对煤的利用性能有着显著影响。煤岩学正是通过对这些组分的研究，来评价煤的性质，具有常规化学分析不可替代的作用。

煤岩分析应用领域广泛

煤岩分析目前已广泛应用于煤炭的科学研究、煤炭转化、煤炭贸易等领域，并在各领域中发挥了重大作用。在煤炭科学研究方面，煤岩学对于煤的植物成因学说的建立起到了关键作用，正是由于引入了煤岩学方法，才找到了煤是由植物形成的证据，世界各国地质、煤炭、石油、冶金等领域的研究人员都非常重视煤的显微镜研究；在煤炭转化方面，煤岩学方法是研究焦炭显微组织、煤燃烧、气化残炭形态结构的基本手段，为评价煤的炼焦、燃烧、气化等转化工艺性质提供了基础的信息；在煤炭贸易及市场监管方面，煤岩学方法是目前鉴别混煤的唯一有效手段，镜质体反射率指标的测定如同“照妖镜”，使得市场上以次充好的煤炭产品“现了原形”，例如，主焦煤和混配“主焦煤”，其常规的化学分析指标极为相近，难以鉴别，但利用煤岩学方法，很容易就能鉴定出来。煤岩学方法为规范煤炭贸易市场提供了科学的技术手段。反过来，煤岩学方法也为合理配煤、充分利用煤炭资源提供了技术保障。

信息化催生煤岩分析自动化

除了显微镜之外，煤岩分析常用到的关键技术为光度计技术，即把显微镜反射上来的光信号转换为电信号及数字信号的技术，但这种技术在实践中仍有很多需要改进之处。操作较繁琐、测试用时长、效率较低等缺点使煤岩组分的鉴定存在一定的主观性，测点少，测试结果也不可追溯，只能通过重复测试来验证。随着信息化的高速发展，煤岩测试自动分析技术应运而生，国内外在煤岩图像自动分析技术方面取得了积极进展。目前国内已经成功研发了煤岩图像自动分析系统（英文简称为BRICC），其显微组分识别精度超过国外同类软件系统，系统功能强大，填补了国内空白。该系统主要由反射偏光显微镜、CCD摄像头、XYZ三轴电动平台、图像自动扫描采集系统、煤岩图像自动测试系统组成，主要功能为自动测试煤及其转化制品的显微组分及其反射率，实现了镜质体反射率自动测定、混煤判别、煤岩组分自动识别及定量测试、显微煤岩类型测试、焦炭光学组织定量测试、焦炭气孔率测定及配煤指标预测等多种功能，目前已在国内相关大学、科研机构、生产企业得到应用。

煤岩分析自动化促进煤炭的高效精准管理

与传统的测试方法相比，煤岩图像自动分析技术具有以下优势：自动识别镜质体并测试反射率；实现煤岩组分自动识别和测试过程可追溯；实现对视域中全部对象进行测试，提高了测试精度；通过优化计算方法，测试速度加快；既可以在样品移动的同时进行实时测量，也可以在全部图像采集完成后进行批量测定；采取了一系列降低随机误差的技术手段，保证测值准确率；用户可以根据需要，在检测、审核、应用等层级赋予不同权限，进行各自需要的运算工作，也可以选配其中特定的功能，在原有显微镜光度计上嫁接图像分析系统，实现原有系统的升级改造。

随着大数据、人工智能、云计算等现代信息技术的高速发展，煤岩分析技术经历了由人工测试向自动化的转化。目前，基于图像分析的煤岩分析智能化技术正在快速发展中，必将对煤岩学的应用产生深远的影响，也将在煤炭利用的精准化管理中扮演越来越重要的角色，从而促进煤炭利用走上清洁高效之路。

作者：中国科协科学技术传播中心高级工程师白露

审稿专家：天津大学精仪学院副教授朱险峰