曹代勇，王婷京，魏迎春，黃岑麗，，王紅東

(1. 中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083;2.山西省煤炭地質(zhì)局,山西 太原030006)

煤炭既是燃料，也是工業(yè)原料，廣泛用于冶金、電力、化工、城市煤氣、鐵路、建材等國民經(jīng)濟各部門。不同的行業(yè)、不同的用煤設(shè)備對煤質(zhì)就有不同的要求。掌握各種工業(yè)用煤對煤炭質(zhì)量的要求，可以指導(dǎo)煤炭的合理利用及綜合利用，實現(xiàn)煤炭產(chǎn)品的“對路供應(yīng)”[1]。但是，對于大部分的煤炭資源，它能夠同時達到多種工業(yè)用煤標(biāo)準(zhǔn)，此時，就需要對多種工業(yè)用途進行綜合分析評價，確定該煤的最優(yōu)工業(yè)用途，或是確定應(yīng)用于何種用途能充分發(fā)揮該煤的優(yōu)勢，從而更有效的利用煤炭資源，對相關(guān)部門進行煤炭資源有效配置有一定的指導(dǎo)作用。

1 煤炭的工業(yè)用途分類標(biāo)準(zhǔn)

煤炭按其工業(yè)用途可分為煉焦用煤、動力用煤、化工用煤等。煉焦用煤包括冶金焦用煤和鑄造焦用煤，按照《中國煤炭分類》(GB5751-86),1/2中黏煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤均屬于煉焦煤的范疇，可作為煉焦(配)煤來使用。動力用煤的主要用途包括：發(fā)電用煤、蒸汽機車用煤、建材用煤、一般工業(yè)鍋爐用煤、生活用煤等，貧煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤、長焰煤、褐煤是主要用于動力的煤類。無煙煤則主要用于化工原料，如合成氨、燒結(jié)礦、燒石灰、制造活性炭等。

針對不同的工業(yè)用途，我國先后對各種工業(yè)用煤提出了質(zhì)量要求，分別制訂了冶金焦用煤技術(shù)條件(GB/T397-1998)、鑄造焦用煤技術(shù)條件(GB/T17609-1998)、水煤氣兩段爐用煤技術(shù)條件(GB/T17610-1998)、發(fā)電粉煤鍋爐用煤技術(shù)條件(GB/T7562-1998)、水泥回轉(zhuǎn)窯用煤技術(shù)條件(GB/T7563-2000)、常壓固定床煤氣發(fā)生爐用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T9143-2001)、高爐噴吹用無煙煤技術(shù)條件(GB/T18512-2001)、蒸汽機車用煤技術(shù)條件(GB4063-2001)、高爐噴吹用煙煤技術(shù)條件(GB/T18817-2002)、水煤漿技術(shù)條件(GB/T18855-2002)。此外，國家各行業(yè)部門還分別制訂了各種用煤的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如煤炭液化用煤有關(guān)技術(shù)要求、電石爐用無煙煤質(zhì)量要求、生產(chǎn)電極糊、人造剛玉等對無煙煤的質(zhì)量要求。

2 煤炭工業(yè)用途評價

同一煤炭產(chǎn)品可能同時符合多種工業(yè)用途的煤質(zhì)要求，基于充分發(fā)揮煤炭質(zhì)量優(yōu)勢的目的，在實際運用中，需要對煤炭的各種用途進行綜合分析。所以，對煤炭產(chǎn)品或煤炭資源進行工業(yè)用途評價，可分為兩部分：①依據(jù)上述各種工業(yè)用途煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對于具體煤樣，確定其(所有)工業(yè)用途。②基于同一煤樣可以有多種工業(yè)用途，根據(jù)各種工業(yè)用途指標(biāo)，建立評價體系，采用適當(dāng)?shù)哪Ｐ停瑢ζ渌泄I(yè)用途評價進行評價排序，從而確定該煤樣的最優(yōu)用途及最有價值用途。

2.1 評價模型的探討

煤炭資源的最有價值工業(yè)用途，是指該煤炭產(chǎn)品用于何種用途能充分發(fā)揮其質(zhì)量優(yōu)勢；從定量評價的角度考慮，也就是計算該煤質(zhì)與所有適合的工業(yè)用途指標(biāo)的接近程度或相似度。

客觀度量兩個樣品相似程度的判斷依據(jù)主要有以下4類[2]:

(1)相關(guān)距離系數(shù)(簡稱相關(guān)系數(shù))

(2)相似系數(shù)

(3)距離系數(shù)

距離系數(shù)有多種,但最常用的有兩種,即絕對距離(或稱海明距離)

和歐氏距離

(4)相似離度

式中，Sij是形系數(shù)；dij是值系數(shù)。

相似離度兼顧形相似情況和值相似的差異[2]，但因其受絕對距離的影響頗大，以致對全是負值的因子特點未能充分反映出來。相似系數(shù)實際上是變量間的夾角余弦，相關(guān)系數(shù)是對數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化處理后的夾角余弦，是一個十分理想的形相似系數(shù)。距離系數(shù)對樣品在因子數(shù)值上的差異較敏感。雖然絕對距離比歐氏距離能更好地反映總平均數(shù)值上的差異程度,但歐氏距離在相似判據(jù)中也有其實用性的一面。各種相似性判斷均有其優(yōu)劣，在實際應(yīng)用中要根據(jù)需要選擇。

對煤炭資源最優(yōu)工業(yè)用途及最有價值工業(yè)用途進行評價，就是需要求出煤樣的各個指標(biāo)值與各用途的相應(yīng)指標(biāo)值的接近程度，也就是值接近，所以可以選擇求絕對距離判斷其相似性。

2.2 評價步驟

第一步，根據(jù)各種工業(yè)用煤對煤質(zhì)的要求，確定任一煤樣的所有適合工業(yè)用途。

第二步，由于不同的指標(biāo)數(shù)據(jù)具有不同的量綱單位，所以首先要對數(shù)據(jù)進行初始化處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無量綱化。初始化處理的方法有很多種，如線性比例法：

第三步，求絕對距離。

此公式是不含權(quán)重的計算方法，但在實際評價過程中，由于不同工業(yè)用途各指標(biāo)所起的作用不一樣，因此需要給指標(biāo)賦權(quán)重。

第四步，結(jié)果排序及分析。

對所求出的絕對距離進行綜合排序，絕對距離越大，說明該煤樣更適用于此用途，而絕對值越小，即相似程度越接近，說明該煤樣的此用途更能充分利用其煤質(zhì)特性，也就是最有價值的工業(yè)用途。

3 實例應(yīng)用

本文以山西大同礦區(qū)4個礦井煤質(zhì)數(shù)據(jù)[3]為例(表1)，進行工業(yè)用途評價。

(1)表2是部分工業(yè)用途用煤標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，可以確定這五個礦井煤炭的工業(yè)用途(表3)。

(2)數(shù)據(jù)初始化。對各列取特殊值，本次計算取蒸汽機車用煤標(biāo)準(zhǔn)為特殊點(24.00、20.00、21.00、1.00、1200)，對五個礦井煤質(zhì)數(shù)據(jù)以及各種工業(yè)用途煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行初始化(表3)。

表1 大同礦區(qū)4個礦井煤質(zhì)數(shù)據(jù)

(3)求絕對距離。由于針對某一工業(yè)用途的各個指標(biāo)所起作用不一樣，首先要對表2中的五種用途指標(biāo)賦權(quán)重。

同家梁礦井煤炭資源可用于這五種工業(yè)用途，以此為例，計算各個絕對距離。

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)結(jié)果分析。由上述的排序結(jié)果可以得出，當(dāng)同家梁煤炭用于發(fā)電時為最優(yōu)用途，而當(dāng)其用于蒸汽機車用時，能充分發(fā)揮其煤質(zhì)優(yōu)勢，即蒸汽機車用煤是該礦井煤炭的最有價值工業(yè)用途。同樣的方法可以得出其它煤樣的最優(yōu)用途及最有價值工業(yè)用途(表3)。

表2 工業(yè)用途煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

表3 煤質(zhì)數(shù)據(jù)處理及評價結(jié)果

4 結(jié)論

由于煤炭工業(yè)用途所涉及的煤質(zhì)指標(biāo)很多，不同工業(yè)用途的煤質(zhì)指標(biāo)不同，同一煤質(zhì)指標(biāo)，在不同工業(yè)用途中所起的作用也不一樣。因此，煤炭最優(yōu)工業(yè)用途評價，無論是指標(biāo)的選擇、權(quán)重的賦值還是模型的建立，都有很大的難度，本文采用絕對距離模型評價煤質(zhì)最優(yōu)工業(yè)用途，其方法簡單、直觀。需要說明的是，本文只是從煤質(zhì)角度探討了煤炭工業(yè)用途的定量評價方法，在實際工作中，煤炭的用途還應(yīng)該考慮市場的需求狀況等條件。

[1] 張雙全,吳國光. 煤化學(xué)[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2] 閻慧芳,李社宗,黃躍青,等. 常用相似性判據(jù)的檢驗和綜合相似系數(shù)的使用[J]. 氣象科技，2003，8(4)：211-215.

[3] 常毅軍. 中國煤礦煤質(zhì)及應(yīng)用評介[M]. 太原：山西科學(xué)技術(shù)出版社，2005.