炼焦煤质量的综合评价体系及方法研究

杜 俊

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司 煤质处检测中心，山西 介休 032000)

炼焦煤质量评价不同于动力煤的煤质评价。炼焦煤质量指标的评价，不仅要看煤的常规工业分析指标(灰分、挥发分、硫分、焦渣等)，而且还要表征炼焦煤的结焦性指标。除此之外，很多国家和企业还采用镜质组反射率、反射率分布、活惰比等来表征炼焦煤的变质程度、混煤情况和成焦性能。但炼焦煤质量的工业指标与煤岩指标相近的炼焦煤所得焦炭的质量存在较大差异，因此在炼焦煤质量评价指标体系中，很有必要增加直接反映炼焦煤成焦后的焦炭质量，特别是焦炭热性能的煤质评价指标[1-2]。

对炼焦煤质量评价要符合以下要求：评价体系要综合、全面，质量评价指标应与时俱进，适应技术和经济的发展需要，同时要获得煤炭供应商和用户的普遍认可；体现指标间层次；指标权重要客观。本文即基于层次分析法对炼焦煤质量体系进行综合评价。

1 建立层次结构模型

将决策的目标、考虑的因素(决策准则)和决策对象按其相互关系分为最高层、中间层和最低层，如图1所示。

图1 炼焦煤质量指标相关关系示意

由图1可见，最高层是目标层，即总目标是对炼焦煤质量综合评价A。中间层是准则层，根据表征炼焦煤性质的不同，分为炼焦煤常规指标B1、炼焦煤工艺指标B2、炼焦煤岩相指标B3、炼焦煤单种煤焦炭指标B4。最低层是指标层，每层有若干元素，层间元素的关系用相连直线表示。对中间层的几项指标详细说明如下：

(1)炼焦煤常规指标B1。这是炼焦煤质量的基础，是评价炼焦煤质量非常重要的层次，其主要指标包括炼焦煤的灰分C1、硫分C2、挥发分C3等。以下根据GB/T 17608-2006中冶炼用炼焦煤精煤灰分等级划分及精煤硫分等级划分表赋予不同的分值。见表1。

(2)炼焦煤工艺指标B2。主要有：粘结指数D1、胶质层最大厚度D2、奥亚膨胀度D3、基氏流动度D4、自由膨胀系数D5。详见表2。烟煤自由膨胀度是一种通过测定煤炭的膨胀性来判断粘结性的方法。

(3)炼焦煤岩相指标B3。主要有：镜质体最大反射率E1、标准差E2、活惰比E3(见表3)。

表1 炼焦煤质量常用控制指标赋值表

表2 炼焦煤工艺质量指标赋值表

表3 炼焦煤岩相指标赋值表

煤岩学理论认为，煤的性质决定了成煤前期的生物化学作用和后期的物理化学作用。对于相同原始物质的成煤，煤岩学评定炼焦煤质量的理论基于两个方面：一是煤的变质程度即煤的镜质组平均最大反射率；二是煤的活性组分与惰性组分的最佳比例，即最佳活惰比。目前判别炼焦煤质量的煤岩指标有：① 煤的镜质组平均最大反射率Ro，max：表征炼焦煤的变质程度；② 镜质组反射率分布中的标准方差S：其大小表征煤的混合程度；③ 活惰比R/I：间接地表征炼焦煤的工艺性能或结焦性能。

2 建立炼焦煤质量综合评价模型

2.1 建立因素集

评价因素集是炼焦煤质量综合评价指标的集合，该因素集是多层的。根据上述评价指标体系可以得到准则层和指标的因素集。

(1)影响商品质量评价的因素集为：

B={B1，B2，B3，B4}

(2)设影响商品质量评价的因素子集为：

炼焦煤质量常用控制指标B1={C1，C2，C3}；

炼焦煤工艺质量指标B2={D1，D2，D3，D4，D5}；

炼焦煤煤岩指标B3={E1，E2，E3}；

炼焦煤单种煤焦炭指标B4={F1，F2}。

2.2 确定各指标层的权重

权重用以描述各指标对于评价目的的相对重要性。设置Bi对A的权重分别为b1、b2、b3、b4，则对应的权重矩阵B=(b1、b2、b3、b4)；同样，可设指标层对准则层的权重矩阵分别为：W1=(c1、c2、c3)；W2=(d1、d2、d3、d4、d5)；W3=(e1、e2、e3)；W4=(f1、f2)。对于以上权重，可以通过层次分析法得出。

2.3 建立炼焦煤指标赋值表

指标赋值表是对评价对象的定量描述，如表1～表4。

表4 炼焦煤单种煤焦炭指标赋值表

3 实证研究

以汾西矿业集团存量矿井焦煤为对象，评价焦煤的综合质量。

3.1 评价指标权重的确定

为了提高评价结果的可信度，采用层次分析法与模糊数学相结合的模糊综合评价法。层次分析法采用1—9标度方法，逐一比较同级指标的相对优越程度，根据一般判断，构造各层次的比较判断矩阵。

运用德尔菲法两两比较构造准则层各指标的判断矩阵，A-Bi，B1-Ci，B2-Di，B3-Ei，B4-Fi判断矩阵：

3.2 和积法

将判断矩阵的每一列元素做归一化处理：

将归一化的判断矩阵按行相加：

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

所得的w=(w1，w2，…，wn)为所求得特征向量。

3.3 层次单排序和一致性检验

(1)判断矩阵A-Bi。

RI为0.9，CR小于0.1，通过检验。

(2)判断矩阵B1-Ci。

RI为0.58，CR小于0.1，通过检验。

(3)判断矩阵B2-Di。

RI为1.12，CR小于0.1，通过检验。

(4)判断矩阵B3-Ei。

RI为0.58，CR小于0.1，通过检验。

(5)判断矩阵B4-Fi

一致性比率CR=0/0.58=0<0.1，通过一致性检验。

3.4 指标赋值表与指标权重的运用

将各指标赋值表和指标权重相结合，应用汾西矿业煤质检测中心的化验数据对集团下属各存量矿井炼焦煤质量进行评价。综合评价得分见表5。

4 结 论

通过利用层次分析法对汾西矿业各存量矿井的炼焦煤进行了评价，由表5可以看出，贺西、双柳、宜兴、曙光、南关、介休精煤综合得分均在90分以上，中兴、柳湾、水峪在85～90分之间，最低为高阳精煤。从指标权重可看出，常规指标中的硫分、镜质体最大反射率和焦炭的热强度对炼焦煤质量评价权重较大，可以客观反映各矿精煤的品质。该得分表对煤炭的定价具有参考意义。

该方法对炼焦煤的常规指标、焦化指标等进行比较，确定各指标的影响权重，结合各指标的赋值分，最终加权得分，比较客观地反映了各矿焦煤的优劣。随着经济社会的发展，质量意识和环保意识的加强，对煤炭产品来说，质量好坏的评价受政策因素的影响越发显现，特别是硫分、煤中有毒有害微量元素的含量可能直接影响到煤炭质量乃至经济效益，利用该方法可以对各种影响因素进行评价，对评定煤炭优劣有指导意义。

表5 汾西矿业炼焦煤质量综合评价