煤炭工业用途定量评价方法探讨

曹代勇，王婷京，魏迎春，黄岑丽，，王红东

(1. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083;2.山西省煤炭地质局,山西 太原030006)

煤炭既是燃料，也是工业原料，广泛用于冶金、电力、化工、城市煤气、铁路、建材等国民经济各部门。不同的行业、不同的用煤设备对煤质就有不同的要求。掌握各种工业用煤对煤炭质量的要求，可以指导煤炭的合理利用及综合利用，实现煤炭产品的“对路供应”[1]。但是，对于大部分的煤炭资源，它能够同时达到多种工业用煤标准，此时，就需要对多种工业用途进行综合分析评价，确定该煤的最优工业用途，或是确定应用于何种用途能充分发挥该煤的优势，从而更有效的利用煤炭资源，对相关部门进行煤炭资源有效配置有一定的指导作用。

1 煤炭的工业用途分类标准

煤炭按其工业用途可分为炼焦用煤、动力用煤、化工用煤等。炼焦用煤包括冶金焦用煤和铸造焦用煤，按照《中国煤炭分类》(GB5751-86),1/2中黏煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤均属于炼焦煤的范畴，可作为炼焦(配)煤来使用。动力用煤的主要用途包括：发电用煤、蒸汽机车用煤、建材用煤、一般工业锅炉用煤、生活用煤等，贫煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤、褐煤是主要用于动力的煤类。无烟煤则主要用于化工原料，如合成氨、烧结矿、烧石灰、制造活性炭等。

针对不同的工业用途，我国先后对各种工业用煤提出了质量要求，分别制订了冶金焦用煤技术条件(GB/T397-1998)、铸造焦用煤技术条件(GB/T17609-1998)、水煤气两段炉用煤技术条件(GB/T17610-1998)、发电粉煤锅炉用煤技术条件(GB/T7562-1998)、水泥回转窑用煤技术条件(GB/T7563-2000)、常压固定床煤气发生炉用煤质量标准(GB/T9143-2001)、高炉喷吹用无烟煤技术条件(GB/T18512-2001)、蒸汽机车用煤技术条件(GB4063-2001)、高炉喷吹用烟煤技术条件(GB/T18817-2002)、水煤浆技术条件(GB/T18855-2002)。此外，国家各行业部门还分别制订了各种用煤的行业标准，如煤炭液化用煤有关技术要求、电石炉用无烟煤质量要求、生产电极糊、人造刚玉等对无烟煤的质量要求。

2 煤炭工业用途评价

同一煤炭产品可能同时符合多种工业用途的煤质要求，基于充分发挥煤炭质量优势的目的，在实际运用中，需要对煤炭的各种用途进行综合分析。所以，对煤炭产品或煤炭资源进行工业用途评价，可分为两部分：①依据上述各种工业用途煤质量标准，对于具体煤样，确定其(所有)工业用途。②基于同一煤样可以有多种工业用途，根据各种工业用途指标，建立评价体系，采用适当的模型，对其所有工业用途评价进行评价排序，从而确定该煤样的最优用途及最有价值用途。

2.1 评价模型的探讨

煤炭资源的最有价值工业用途，是指该煤炭产品用于何种用途能充分发挥其质量优势；从定量评价的角度考虑，也就是计算该煤质与所有适合的工业用途指标的接近程度或相似度。

客观度量两个样品相似程度的判断依据主要有以下4类[2]:

(1)相关距离系数(简称相关系数)

(2)相似系数

(3)距离系数

距离系数有多种,但最常用的有两种,即绝对距离(或称海明距离)

和欧氏距离

(4)相似离度

式中，Sij是形系数；dij是值系数。

相似离度兼顾形相似情况和值相似的差异[2]，但因其受绝对距离的影响颇大，以致对全是负值的因子特点未能充分反映出来。相似系数实际上是变量间的夹角余弦，相关系数是对数据作标准化处理后的夹角余弦，是一个十分理想的形相似系数。距离系数对样品在因子数值上的差异较敏感。虽然绝对距离比欧氏距离能更好地反映总平均数值上的差异程度,但欧氏距离在相似判据中也有其实用性的一面。各种相似性判断均有其优劣，在实际应用中要根据需要选择。

对煤炭资源最优工业用途及最有价值工业用途进行评价，就是需要求出煤样的各个指标值与各用途的相应指标值的接近程度，也就是值接近，所以可以选择求绝对距离判断其相似性。

2.2 评价步骤

第一步，根据各种工业用煤对煤质的要求，确定任一煤样的所有适合工业用途。

第二步，由于不同的指标数据具有不同的量纲单位，所以首先要对数据进行初始化处理，实现数据无量纲化。初始化处理的方法有很多种，如线性比例法：

第三步，求绝对距离。

此公式是不含权重的计算方法，但在实际评价过程中，由于不同工业用途各指标所起的作用不一样，因此需要给指标赋权重。

第四步，结果排序及分析。

对所求出的绝对距离进行综合排序，绝对距离越大，说明该煤样更适用于此用途，而绝对值越小，即相似程度越接近，说明该煤样的此用途更能充分利用其煤质特性，也就是最有价值的工业用途。

3 实例应用

本文以山西大同矿区4个矿井煤质数据[3]为例(表1)，进行工业用途评价。

(1)表2是部分工业用途用煤标准，根据此标准，可以确定这五个矿井煤炭的工业用途(表3)。

(2)数据初始化。对各列取特殊值，本次计算取蒸汽机车用煤标准为特殊点(24.00、20.00、21.00、1.00、1200)，对五个矿井煤质数据以及各种工业用途煤质数据进行初始化(表3)。

表1 大同矿区4个矿井煤质数据

(3)求绝对距离。由于针对某一工业用途的各个指标所起作用不一样，首先要对表2中的五种用途指标赋权重。

同家梁矿井煤炭资源可用于这五种工业用途，以此为例，计算各个绝对距离。

Ad1=0.3(5.50-0.6)+0.4(1.62-0.81)+0.2(1.20-0.33)+0.1(1.01-0.96)=1.973

Ad2=0.4(5.50-2)+0.3(1.62-1.11)+0.3(1.20-1.11)=1.58

Ad3=0.2(5.50-1)+0.3(1.51-1)+0.3(1.62-1)+0.15(1.20-1)+0.05(1.01-1)=1.269

Ad4=0.3(5.50-1)+0.15(1.62-1)+0.2(1.20-0.5)+0.35(1.01-0.96)=1.601

Ad5=0.35(5.50-0.96)+0.35(1.51-0.75)+0.15(1.20-0.67)+0.15(1.01-0.96)=1.942

所以，Ad3

(4)结果分析。由上述的排序结果可以得出，当同家梁煤炭用于发电时为最优用途，而当其用于蒸汽机车用时，能充分发挥其煤质优势，即蒸汽机车用煤是该矿井煤炭的最有价值工业用途。同样的方法可以得出其它煤样的最优用途及最有价值工业用途(表3)。

表2 工业用途煤质标准

表3 煤质数据处理及评价结果

4 结论

由于煤炭工业用途所涉及的煤质指标很多，不同工业用途的煤质指标不同，同一煤质指标，在不同工业用途中所起的作用也不一样。因此，煤炭最优工业用途评价，无论是指标的选择、权重的赋值还是模型的建立，都有很大的难度，本文采用绝对距离模型评价煤质最优工业用途，其方法简单、直观。需要说明的是，本文只是从煤质角度探讨了煤炭工业用途的定量评价方法，在实际工作中，煤炭的用途还应该考虑市场的需求状况等条件。

[1] 张双全,吴国光. 煤化学[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[2] 阎慧芳,李社宗,黄跃青,等. 常用相似性判据的检验和综合相似系数的使用[J]. 气象科技，2003，8(4)：211-215.

[3] 常毅军. 中国煤矿煤质及应用评介[M]. 太原：山西科学技术出版社，2005.