煉焦煤質(zhì)量的綜合評價體系及方法研究

杜 俊

(山西汾西礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 煤質(zhì)處檢測中心，山西 介休 032000)

煉焦煤質(zhì)量評價不同于動力煤的煤質(zhì)評價。煉焦煤質(zhì)量指標(biāo)的評價，不僅要看煤的常規(guī)工業(yè)分析指標(biāo)(灰分、揮發(fā)分、硫分、焦渣等)，而且還要表征煉焦煤的結(jié)焦性指標(biāo)。除此之外，很多國家和企業(yè)還采用鏡質(zhì)組反射率、反射率分布、活惰比等來表征煉焦煤的變質(zhì)程度、混煤情況和成焦性能。但煉焦煤質(zhì)量的工業(yè)指標(biāo)與煤巖指標(biāo)相近的煉焦煤所得焦炭的質(zhì)量存在較大差異，因此在煉焦煤質(zhì)量評價指標(biāo)體系中，很有必要增加直接反映煉焦煤成焦后的焦炭質(zhì)量，特別是焦炭熱性能的煤質(zhì)評價指標(biāo)[1-2]。

對煉焦煤質(zhì)量評價要符合以下要求：評價體系要綜合、全面，質(zhì)量評價指標(biāo)應(yīng)與時俱進(jìn)，適應(yīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，同時要獲得煤炭供應(yīng)商和用戶的普遍認(rèn)可；體現(xiàn)指標(biāo)間層次；指標(biāo)權(quán)重要客觀。本文即基于層次分析法對煉焦煤質(zhì)量體系進(jìn)行綜合評價。

1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將決策的目標(biāo)、考慮的因素(決策準(zhǔn)則)和決策對象按其相互關(guān)系分為最高層、中間層和最低層，如圖1所示。

圖1 煉焦煤質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)關(guān)系示意

由圖1可見，最高層是目標(biāo)層，即總目標(biāo)是對煉焦煤質(zhì)量綜合評價A。中間層是準(zhǔn)則層，根據(jù)表征煉焦煤性質(zhì)的不同，分為煉焦煤常規(guī)指標(biāo)B1、煉焦煤工藝指標(biāo)B2、煉焦煤巖相指標(biāo)B3、煉焦煤單種煤焦炭指標(biāo)B4。最低層是指標(biāo)層，每層有若干元素，層間元素的關(guān)系用相連直線表示。對中間層的幾項指標(biāo)詳細(xì)說明如下：

(1)煉焦煤常規(guī)指標(biāo)B1。這是煉焦煤質(zhì)量的基礎(chǔ)，是評價煉焦煤質(zhì)量非常重要的層次，其主要指標(biāo)包括煉焦煤的灰分C1、硫分C2、揮發(fā)分C3等。以下根據(jù)GB/T 17608-2006中冶煉用煉焦煤精煤灰分等級劃分及精煤硫分等級劃分表賦予不同的分值。見表1。

(2)煉焦煤工藝指標(biāo)B2。主要有：粘結(jié)指數(shù)D1、膠質(zhì)層最大厚度D2、奧亞膨脹度D3、基氏流動度D4、自由膨脹系數(shù)D5。詳見表2。煙煤自由膨脹度是一種通過測定煤炭的膨脹性來判斷粘結(jié)性的方法。

(3)煉焦煤巖相指標(biāo)B3。主要有：鏡質(zhì)體最大反射率E1、標(biāo)準(zhǔn)差E2、活惰比E3(見表3)。

表1 煉焦煤質(zhì)量常用控制指標(biāo)賦值表

表2 煉焦煤工藝質(zhì)量指標(biāo)賦值表

表3 煉焦煤巖相指標(biāo)賦值表

煤巖學(xué)理論認(rèn)為，煤的性質(zhì)決定了成煤前期的生物化學(xué)作用和后期的物理化學(xué)作用。對于相同原始物質(zhì)的成煤，煤巖學(xué)評定煉焦煤質(zhì)量的理論基于兩個方面：一是煤的變質(zhì)程度即煤的鏡質(zhì)組平均最大反射率；二是煤的活性組分與惰性組分的最佳比例，即最佳活惰比。目前判別煉焦煤質(zhì)量的煤巖指標(biāo)有：① 煤的鏡質(zhì)組平均最大反射率Ro，max：表征煉焦煤的變質(zhì)程度；② 鏡質(zhì)組反射率分布中的標(biāo)準(zhǔn)方差S：其大小表征煤的混合程度；③ 活惰比R/I：間接地表征煉焦煤的工藝性能或結(jié)焦性能。

2 建立煉焦煤質(zhì)量綜合評價模型

2.1 建立因素集

評價因素集是煉焦煤質(zhì)量綜合評價指標(biāo)的集合，該因素集是多層的。根據(jù)上述評價指標(biāo)體系可以得到準(zhǔn)則層和指標(biāo)的因素集。

(1)影響商品質(zhì)量評價的因素集為：

B={B1，B2，B3，B4}

(2)設(shè)影響商品質(zhì)量評價的因素子集為：

煉焦煤質(zhì)量常用控制指標(biāo)B1={C1，C2，C3}；

煉焦煤工藝質(zhì)量指標(biāo)B2={D1，D2，D3，D4，D5}；

煉焦煤煤巖指標(biāo)B3={E1，E2，E3}；

煉焦煤單種煤焦炭指標(biāo)B4={F1，F(xiàn)2}。

2.2 確定各指標(biāo)層的權(quán)重

權(quán)重用以描述各指標(biāo)對于評價目的的相對重要性。設(shè)置Bi對A的權(quán)重分別為b1、b2、b3、b4，則對應(yīng)的權(quán)重矩陣B=(b1、b2、b3、b4)；同樣，可設(shè)指標(biāo)層對準(zhǔn)則層的權(quán)重矩陣分別為：W1=(c1、c2、c3)；W2=(d1、d2、d3、d4、d5)；W3=(e1、e2、e3)；W4=(f1、f2)。對于以上權(quán)重，可以通過層次分析法得出。

2.3 建立煉焦煤指標(biāo)賦值表

指標(biāo)賦值表是對評價對象的定量描述，如表1～表4。

表4 煉焦煤單種煤焦炭指標(biāo)賦值表

3 實證研究

以汾西礦業(yè)集團(tuán)存量礦井焦煤為對象，評價焦煤的綜合質(zhì)量。

3.1 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

為了提高評價結(jié)果的可信度，采用層次分析法與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的模糊綜合評價法。層次分析法采用1—9標(biāo)度方法，逐一比較同級指標(biāo)的相對優(yōu)越程度，根據(jù)一般判斷，構(gòu)造各層次的比較判斷矩陣。

運(yùn)用德爾菲法兩兩比較構(gòu)造準(zhǔn)則層各指標(biāo)的判斷矩陣，A-Bi，B1-Ci，B2-Di，B3-Ei，B4-Fi判斷矩陣：

3.2 和積法

將判斷矩陣的每一列元素做歸一化處理：

將歸一化的判斷矩陣按行相加：

求得w1=0.058，w2=0.138，w3=0.218，w4=0.585。

所得的w=(w1，w2，…，wn)為所求得特征向量。

3.3 層次單排序和一致性檢驗

(1)判斷矩陣A-Bi。

RI為0.9，CR小于0.1，通過檢驗。

(2)判斷矩陣B1-Ci。

RI為0.58，CR小于0.1，通過檢驗。

(3)判斷矩陣B2-Di。

RI為1.12，CR小于0.1，通過檢驗。

(4)判斷矩陣B3-Ei。

RI為0.58，CR小于0.1，通過檢驗。

(5)判斷矩陣B4-Fi

一致性比率CR=0/0.58=0<0.1，通過一致性檢驗。

3.4 指標(biāo)賦值表與指標(biāo)權(quán)重的運(yùn)用

將各指標(biāo)賦值表和指標(biāo)權(quán)重相結(jié)合，應(yīng)用汾西礦業(yè)煤質(zhì)檢測中心的化驗數(shù)據(jù)對集團(tuán)下屬各存量礦井煉焦煤質(zhì)量進(jìn)行評價。綜合評價得分見表5。

4 結(jié) 論

通過利用層次分析法對汾西礦業(yè)各存量礦井的煉焦煤進(jìn)行了評價，由表5可以看出，賀西、雙柳、宜興、曙光、南關(guān)、介休精煤綜合得分均在90分以上，中興、柳灣、水峪在85～90分之間，最低為高陽精煤。從指標(biāo)權(quán)重可看出，常規(guī)指標(biāo)中的硫分、鏡質(zhì)體最大反射率和焦炭的熱強(qiáng)度對煉焦煤質(zhì)量評價權(quán)重較大，可以客觀反映各礦精煤的品質(zhì)。該得分表對煤炭的定價具有參考意義。

該方法對煉焦煤的常規(guī)指標(biāo)、焦化指標(biāo)等進(jìn)行比較，確定各指標(biāo)的影響權(quán)重，結(jié)合各指標(biāo)的賦值分，最終加權(quán)得分，比較客觀地反映了各礦焦煤的優(yōu)劣。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，質(zhì)量意識和環(huán)保意識的加強(qiáng)，對煤炭產(chǎn)品來說，質(zhì)量好壞的評價受政策因素的影響越發(fā)顯現(xiàn)，特別是硫分、煤中有毒有害微量元素的含量可能直接影響到煤炭質(zhì)量乃至經(jīng)濟(jì)效益，利用該方法可以對各種影響因素進(jìn)行評價，對評定煤炭優(yōu)劣有指導(dǎo)意義。

表5 汾西礦業(yè)煉焦煤質(zhì)量綜合評價