煤巖分析自動(dòng)化讓煤炭走上高效利用之路

　　煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源。2017年2月28日，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2016年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2016年，中國(guó)原煤產(chǎn)量達(dá)到34.1億噸。雖然近年來(lái)中國(guó)一直在降低煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例，但2016年中國(guó)煤炭消費(fèi)量仍占能源消費(fèi)總量的62%。此外，無(wú)論是原煤開發(fā)利用，即傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電、煤炭焦化，還是近年來(lái)新開發(fā)的煤炭氣化、液化技術(shù)，均面臨能源轉(zhuǎn)換效率不高、污染物排放量大等問(wèn)題，這與煤炭開掘、選礦、冶礦、深加工、運(yùn)輸管理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理相關(guān)，其中最重要的管理手段就是對(duì)煤炭的組成、性質(zhì)和化學(xué)成份進(jìn)行檢測(cè)，也叫煤巖分析。通過(guò)煤巖分析，可以識(shí)別煤炭中鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體、殼質(zhì)體和黏土礦物，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)煤的性質(zhì)、優(yōu)劣及適宜的用途，加強(qiáng)對(duì)煤炭利用各環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)管理，實(shí)現(xiàn)煤炭的高效利用，降低煤炭因管理手段粗放而產(chǎn)生的環(huán)境污染。

　　煤巖分析是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的重要手段

　　煤巖分析就是利用巖石學(xué)的方法來(lái)研究和表征煤炭的組成和性質(zhì)。光學(xué)顯微鏡是進(jìn)行煤巖分析的基本工具，通過(guò)在鏡下鑒定煤及其制品的各種顯微組分，以及煤的變質(zhì)程度，來(lái)評(píng)價(jià)煤的質(zhì)量。雖然煤的外觀是黑色的，但在顯微鏡下，其內(nèi)部的各種組分(即鏡質(zhì)體、惰質(zhì)體、殼質(zhì)體和礦物)會(huì)呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)和反射色，這些組分及其特征對(duì)煤的利用性能有著顯著影響。煤巖學(xué)正是通過(guò)對(duì)這些組分的研究，來(lái)評(píng)價(jià)煤的性質(zhì)，具有常規(guī)化學(xué)分析不可替代的作用。

　　煤巖分析應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

　　煤巖分析目前已廣泛應(yīng)用于煤炭的科學(xué)研究、煤炭轉(zhuǎn)化、煤炭貿(mào)易等領(lǐng)域，并在各領(lǐng)域中發(fā)揮了重大作用。在煤炭科學(xué)研究方面，煤巖學(xué)對(duì)于煤的植物成因?qū)W說(shuō)的建立起到了關(guān)鍵作用，正是由于引入了煤巖學(xué)方法，才找到了煤是由植物形成的證據(jù)，世界各國(guó)地質(zhì)、煤炭、石油、冶金等領(lǐng)域的研究人員都非常重視煤的顯微鏡研究；在煤炭轉(zhuǎn)化方面，煤巖學(xué)方法是研究焦炭顯微組織、煤燃燒、氣化殘?zhí)啃螒B(tài)結(jié)構(gòu)的基本手段，為評(píng)價(jià)煤的煉焦、燃燒、氣化等轉(zhuǎn)化工藝性質(zhì)提供了基礎(chǔ)的信息；在煤炭貿(mào)易及市場(chǎng)監(jiān)管方面，煤巖學(xué)方法是目前鑒別混煤的唯一有效手段，鏡質(zhì)體反射率指標(biāo)的測(cè)定如同“照妖鏡”，使得市場(chǎng)上以次充好的煤炭產(chǎn)品“現(xiàn)了原形”，例如，主焦煤和混配“主焦煤”，其常規(guī)的化學(xué)分析指標(biāo)極為相近，難以鑒別，但利用煤巖學(xué)方法，很容易就能鑒定出來(lái)。煤巖學(xué)方法為規(guī)范煤炭貿(mào)易市場(chǎng)提供了科學(xué)的技術(shù)手段。反過(guò)來(lái)，煤巖學(xué)方法也為合理配煤、充分利用煤炭資源提供了技術(shù)保障。

　　信息化催生煤巖分析自動(dòng)化

　　除了顯微鏡之外，煤巖分析常用到的關(guān)鍵技術(shù)為光度計(jì)技術(shù)，即把顯微鏡反射上來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)及數(shù)字信號(hào)的技術(shù)，但這種技術(shù)在實(shí)踐中仍有很多需要改進(jìn)之處。操作較繁瑣、測(cè)試用時(shí)長(zhǎng)、效率較低等缺點(diǎn)使煤巖組分的鑒定存在一定的主觀性，測(cè)點(diǎn)少，測(cè)試結(jié)果也不可追溯，只能通過(guò)重復(fù)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證。隨著信息化的高速發(fā)展，煤巖測(cè)試自動(dòng)分析技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，國(guó)內(nèi)外在煤巖圖像自動(dòng)分析技術(shù)方面取得了積極進(jìn)展。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)成功研發(fā)了煤巖圖像自動(dòng)分析系統(tǒng)(英文簡(jiǎn)稱為BRICC)，其顯微組分識(shí)別精度超過(guò)國(guó)外同類軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。該系統(tǒng)主要由反射偏光顯微鏡、CCD攝像頭、XYZ三軸電動(dòng)平臺(tái)、圖像自動(dòng)掃描采集系統(tǒng)、煤巖圖像自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成，主要功能為自動(dòng)測(cè)試煤及其轉(zhuǎn)化制品的顯微組分及其反射率，實(shí)現(xiàn)了鏡質(zhì)體反射率自動(dòng)測(cè)定、混煤判別、煤巖組分自動(dòng)識(shí)別及定量測(cè)試、顯微煤巖類型測(cè)試、焦炭光學(xué)組織定量測(cè)試、焦炭氣孔率測(cè)定及配煤指標(biāo)預(yù)測(cè)等多種功能，目前已在國(guó)內(nèi)相關(guān)大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)得到應(yīng)用。

　　煤巖分析自動(dòng)化促進(jìn)煤炭的高效精準(zhǔn)管理

　　與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，煤巖圖像自動(dòng)分析技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：自動(dòng)識(shí)別鏡質(zhì)體并測(cè)試反射率；實(shí)現(xiàn)煤巖組分自動(dòng)識(shí)別和測(cè)試過(guò)程可追溯；實(shí)現(xiàn)對(duì)視域中全部對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，提高了測(cè)試精度；通過(guò)優(yōu)化計(jì)算方法，測(cè)試速度加快；既可以在樣品移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，也可以在全部圖像采集完成后進(jìn)行批量測(cè)定；采取了一系列降低隨機(jī)誤差的技術(shù)手段，保證測(cè)值準(zhǔn)確率；用戶可以根據(jù)需要，在檢測(cè)、審核、應(yīng)用等層級(jí)賦予不同權(quán)限，進(jìn)行各自需要的運(yùn)算工作，也可以選配其中特定的功能，在原有顯微鏡光度計(jì)上嫁接圖像分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原有系統(tǒng)的升級(jí)改造。

　　隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，煤巖分析技術(shù)經(jīng)歷了由人工測(cè)試向自動(dòng)化的轉(zhuǎn)化。目前，基于圖像分析的煤巖分析智能化技術(shù)正在快速發(fā)展中，必將對(duì)煤巖學(xué)的應(yīng)用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，也將在煤炭利用的精準(zhǔn)化管理中扮演越來(lái)越重要的角色，從而促進(jìn)煤炭利用走上清潔高效之路。