煉焦煤質量的綜合評價體系及方法研究

杜 俊

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

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

對煉焦煤質量評價要符合以下要求：評價體系要綜合、全面，質量評價指標應與時俱進，適應技術和經(jīng)濟的發(fā)展需要，同時要獲得煤炭供應商和用戶的普遍認可；體現(xiàn)指標間層次；指標權重要客觀。本文即基于層次分析法對煉焦煤質量體系進行綜合評價。

1 建立層次結構模型

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

圖1 煉焦煤質量指標相關關系示意

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

(1)煉焦煤常規(guī)指標B1。這是煉焦煤質量的基礎，是評價煉焦煤質量非常重要的層次，其主要指標包括煉焦煤的灰分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B2。主要有：粘結指數(shù)D1、膠質層最大厚度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性的方法。

(3)煉焦煤巖相指標B3。主要有：鏡質體最大反射率E1、標準差E2、活惰比E3(見表3)。

表1 煉焦煤質量常用控制指標賦值表

表2 煉焦煤工藝質量指標賦值表

表3 煉焦煤巖相指標賦值表

煤巖學理論認為，煤的性質決定了成煤前期的生物化學作用和后期的物理化學作用。對于相同原始物質的成煤，煤巖學評定煉焦煤質量的理論基于兩個方面：一是煤的變質程度即煤的鏡質組平均最大反射率；二是煤的活性組分與惰性組分的最佳比例，即最佳活惰比。目前判別煉焦煤質量的煤巖指標有：① 煤的鏡質組平均最大反射率Ro，max：表征煉焦煤的變質程度；② 鏡質組反射率分布中的標準方差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焦性能。

2 建立煉焦煤質量綜合評價模型

2.1 建立因素集

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

(1)影響商品質量評價的因素集為：

B={B1，B2，B3，B4}

(2)設影響商品質量評價的因素子集為：

煉焦煤質量常用控制指標B1={C1，C2，C3}；

煉焦煤工藝質量指標B2={D1，D2，D3，D4，D5}；

煉焦煤煤巖指標B3={E1，E2，E3}；

煉焦煤單種煤焦炭指標B4={F1，F(xiàn)2}。

2.2 確定各指標層的權重

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

2.3 建立煉焦煤指標賦值表

指標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賦值表

3 實證研究

以汾西礦業(yè)集團存量礦井焦煤為對象，評價焦煤的綜合質量。

3.1 評價指標權重的確定

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

運用德爾菲法兩兩比較構造準則層各指標的判斷矩陣，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 指標賦值表與指標權重的運用

將各指標賦值表和指標權重相結合，應用汾西礦業(yè)煤質檢測中心的化驗數(shù)據(jù)對集團下屬各存量礦井煉焦煤質量進行評價。綜合評價得分見表5。

4 結 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行了評價，由表5可以看出，賀西、雙柳、宜興、曙光、南關、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。從指標權重可看出，常規(guī)指標中的硫分、鏡質體最大反射率和焦炭的熱強度對煉焦煤質量評價權重較大，可以客觀反映各礦精煤的品質。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、焦化指標等進行比較，確定各指標的影響權重，結合各指標的賦值分，最終加權得分，比較客觀地反映了各礦焦煤的優(yōu)劣。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，質量意識和環(huán)保意識的加強，對煤炭產(chǎn)品來說，質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量乃至經(jīng)濟效益，利用該方法可以對各種影響因素進行評價，對評定煤炭優(yōu)劣有指導意義。

表5 汾西礦業(yè)煉焦煤質量綜合評價