煤的镜质体随机反射率和显微组分检测能力验证实施及应用评价

杨 妮，傅 皓，马克富，杨华玉

(1.煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100013；2.国家煤炭质量检验检测中心，北京 100013)

0 引 言

煤炭广泛用于工业应用，如炼焦、燃烧、发电、气化或液化生产石化原料等。煤的性质决定其应用效果，煤的镜质体反射率是不受煤的岩石成分含量影响却能反映煤阶的1个重要指标，镜质体反射率的测定广泛应用于炼焦配煤、混煤鉴别、煤种判定、煤炭洗选、煤田地质勘探等领域[1-3]。煤岩显微组分测定是从煤炭成因、煤化作用、煤分类和煤质等方面对煤进行深入的研究。煤岩显微组分测定在炼焦配煤中预测焦炭质量、合理利用炼焦煤资源有重要作用[4-6]。因此，准确测定煤的镜质体反射率和显微组分含量对于煤炭清洁高效利用具有重要的作用。

煤的镜质体反射率和显微组分的测定结果受人为因素影响较大，其测定结果的准确度主要依赖于科研人员对显微组分的鉴别水平，要求科研工作者有很高的煤岩学知识[7]。煤岩分析领域目前暂无相关的标准物质，各实验室在该检测项目上缺少质量监控手段。另外，从煤岩分析的发展来看，各从业人员缺少交流与互动，煤岩检测技术水平参差不齐，检测结果之间将缺乏可比性，通过组织煤岩分析能力验证活动，可以反映出煤岩分析相关标准在使用过程中出现的一些问题，对标准的提升和宣贯有促进作用[8]。

能力验证是指利用实验室间比对，按照预先制定的相关准则评价参加者的能力，是实验室持续保持技术能力和改进管理体系的重要手段[9-10]。能力验证也是实验室进行质量控制的有效方式。为了帮助煤炭分析实验室持续完善和提高其对煤的镜质体反射率和显微组分测定的检测能力和技术水平，提高煤岩分析人员鉴别显微组分的能力，煤科院检测中心组织了煤岩分析能力验证活动，并对此次能力验证活动的实施及应用效果进行分析汇总，旨在推动煤岩分析检测实验室检测能力的提升，帮助各实验室发现问题并督促其改进和提高，确保实验室在该领域的质量控制得到保障。

1 实验部分

1.1 仪器设备

Leica DM2500P偏光显微镜，J&M MSP200显微分光光度计，抛光机。

1.2 实验方法

1.2.1煤岩分析样品的准备

样品的采集和制备按照相关国家标准进行，制备出粒度小于1 mm的煤样100瓶，每瓶质量约100 g左右。

1.2.2样品测定方法

在煤岩分析测定前，先将制备好的样品用堆锥四分法缩分出10～20 g，按照GB/T 16773—2008《煤岩分析样品制备方法》制成煤砖，并进行研磨、抛光后进行试验[11]。目前，煤镜质体反射率测定方法有两种，GB/T 6948—2008《煤的镜质体反射率显微镜测定方法》和GB/T 40485—2021《煤的镜质体随机反射率自动测定-图像分析法》，即人工光度计法和自动测定-图像分析法[12-13]。图像分析法是对不同反光能力的图像进行灰度分级，建立灰度与反射率之间的关系测定显微组分反射率并计算各组分的含量，在我国普及程度还不高，多数实验室还是采用人工测定方法，此次试验采用人工测定方法。显微组分测定按照GB/T 8899—2013《煤的显微组分组合矿物测定方法》进行[14]。

2 结果与讨论

2.1 能力验证实施

此次能力验证为每个实验室提供1份样品，组织机构通过样品的均匀性和稳定性检验后，每个样品有唯一编码。样品用塑料瓶储存，常温下快递运输至各实验室。为了保密，给每个报名参加的实验室随机赋予1个唯一代码，向每个实验室发送检测样品和作业指导书，规定实验室在一定期限内提交检测结果。根据煤岩行业惯例，每个样品制备1个粉煤光片，镜质体随机反射率和显微组分(镜质组、惰质组、壳质组、矿物)测定采用单次结果进行报出。

2.1.1样品均匀性试验

采用简单随机抽样方法，从制备的100瓶样品中随机抽取10瓶进行均匀性检验，按照国家标准测定镜质组随机反射率和显微组分含量。煤的镜质体反射率测定是在一定量的煤粒上进行，经统计计算出其平均值作为最后结果报出。由于单煤层的镜质体颗粒之间光学性质差异较小，测定结果呈正太分布，而混煤中差异较大，测定结果的平均值与不同煤种的比例有关，很难用统一的数值衡量检测结果准确性，故此次能力验证样品选取单煤层煤作为试验样品。组织机构对随机抽取的10个样品的均匀性检测结果见表1，并对测定结果进行样品均值和标准差计算，以标准差作为样本间标准差ss。

表1 样品的均匀性检验结果分析

按照GB/T 28043—2019的规定，如果ss≤0.3σpt，则认为能力验证样品具备充分均匀性的。σpt为能力验证评定标准差，根据参加者测定结果统计得到，事先未知，而此次能力验证是首次组织，没有以往的参考值，因此，以镜质组随机反射率测定结果为评价指标，当均匀性检验标准差小于再现性标准差时，可判断能力验证样品具备充分均匀性。GB/T 6948—2008规定的再现性限R为0.08%，再现性标准差sR在95%概率下为0.002 83%，均匀性检验的标准差为0.015%，均匀性检验标准差小于再现性标准差，且从表中数据可知，10次结果的极差为0.05%，也小于再现性限，因此可认为能力验证样品具备充分均匀性。

2.1.2稳定性评估

由于煤的镜质体反射率和煤岩组分是煤阶的参数，煤岩分析样品在短期内(能力验证计划周期)不会发生变化，该特殊性质决定了煤岩分析样品具有较好的稳定性。在以往煤岩样品的检测过程中也发现，煤岩分析样品在实验室放置数月后其反射率测定结果也不会发生变化。由此，此次能力验证样品将不再进行稳定性监测。

2.1.3结果评价原则

参加此次能力验证的检测结果，按照公式(1)计算z比分数进行评价：

(1)

2.2 能力验证结果和评价

2.2.1参加实验室汇总

此次参加煤的镜质体随机反射率检测的实验室共21家，参加显微组分检测共13家实验室。由于此次煤岩分析能力验证是首次组织，与其他煤炭检测项目相比，参加的实验室数量较少，主要涵盖了与煤炭相关的领域，各地区能力验证参加机构的数量主要与煤炭行业的发展现状以及煤炭相关产业的分布有关。

2.2.2检测结果统计分析

经统计分析，此次能力验证结果满足单峰、近似正态分布，所有实验室对镜质组随机反射率的测定结果统计如图1所示。

图1 镜质体随机反射率检测结果统计

按照GB/T 28043—2019《利用实验室间比对进行能力验证的统计方法》，采用稳健分析中“算法A”进行统计分析，以稳健均值(x*)作为指定值xpt，稳健标准差(s*)作为能力评定标准差σpt，具体的稳健均值和能力评定标准差的计算参见CNAS-GL002：2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》。

指定值的标准不确定度计算按式(2)计算：

(2)

式中，p为参加实验室数。

(3)

由于镜质体反射率参加实验室数共21家，u(xpt)<0.3σpt，可以忽略指定值的不确定度对能力评定标准差的影响；参加显微组分测定的实验室共13家，不能忽略指定值不确定度的影响，当ss>0.3σpt时，不能忽略样本间标准差。表2列出此次煤岩分析能力验证结果的稳健统计参数。

表2 检测项目的稳健统计分析汇总

2.2.3检测结果的总体评价

对所有参加实验室的上报结果进行统计分析,其中镜质体随机反射率的参加实验室总数为21家,只有1家实验室结果为不满意,其他均为满意结果,满意率为95.24%。显微组分测定参加实验室共13家,其中镜质组和矿物测定中各有1家实验室为不满意结果,其余均为满意,满意率为92.31%,壳质组测定的满意率为100%,惰质组测定中有1家有问题,1家为不满意,满意率为84.62%。

2.3 影响检测结果的原因和分析

参加此次煤岩能力验证的实验室均按照GB/T 6948—2008和GB/T 8899—2013进行试验，从2个项目的测定结果来看，只有1个实验室的结果为不满意，总体满意率较高。由于此次能力验证计划在煤岩分析领域属于首次尝试，各实验室未开展结果比对和交流的经验，不满意结果的实验室可能是由于煤岩分析人员从业培训和煤岩知识不够深入，需开展自查自纠，对于煤岩项目的检测，需要实验员进行系统的培训和深入学习，掌握煤岩测定技巧，提高显微组分鉴别水平。通过对影响煤岩分析检测结果的因素进行总结，分析几方面主要的因素，给参加者以技术建议，帮助实验室及时改正。

2.3.1粉煤光片的质量

粉煤光片的抛光质量对测定结果有较大的影响，尤其是对镜质体反射率的测定[17]。在制片和抛光过程中，严格按照GB/T 16773—2008中规定的步骤，确保煤样的代表性符合要求，胶黏剂和煤样的配比合适。采用热胶法制片时，控制加热温度不能太高。在磨片和抛光过程中，应确保抛光好的煤砖表面平整，无明显突起和凹陷，在显微镜下能清晰观察到煤粒界限，且各组分能明显区分，无明显划痕和污点。

2.3.2仪器的稳定性

煤的镜质体反射率的测定属于对比测量，采用反射率标准物质进行标准曲线的绘制后，测定镜质体反射光强度并与标准片进行比对。反射率的测定是一定数量的测定结果的统计值，仪器的稳定性和测定结果的精密度呈正相关，即稳定性差会导致测定结果的精密度变差。选择精密度较高的稳压电源，确保显微镜和光度计的稳定性符合相关技术要求，测定之前对显微镜和光度计预热较长时间，使光度计的信号值达到较优的状态。在测定过程中，每隔一段时间用与样品反射率值接近的标准物质重新检查仪器，保证测定结果的准确性。

2.3.3人员的影响

煤岩分析对实验员有较高的要求，需要实验员具有一定的煤岩学知识及对显微组分的优质鉴别能力，才能保证测定结果的准确度和精密度符合要求。煤的镜质体随机反射率测定主要是在基质镜质体和均质镜质体上进行，此次能力验证样品属于中煤阶煤，煤的显微组分区分较明显，镜质体、惰质体和壳质体在油浸反射光下的颜色和形态各不相同，且不存在过渡组分，矿物含量较少，属于较易测定的样品[18-20]。此次煤岩分析能力验证结果表明，大部分实验室测定结果可达到结果满意，只有个别实验室在部分显微组分识别方面与指定值相差较大，由此也说明实验员对显微组分的鉴别能力可严重影响测试结果的准确性。

2.3.4其他因素

除了以上主要的影响因素外，室温、浸油、反射率标准物质、样品等其他因素均会对测定结果有影响。温度的变化会对浸油的折射率产生影响，要求室温在18～28 ℃以确保浸油的良好工作温度。在仪器标定时，使用表面无损伤和无明显划痕的反射率标准物质，将其表面清洁后滴上新的浸油后再进行反射率的测定。样品的性质也会影响反射率和显微组分测定结果，在制备煤岩分析样品时不能过度破碎，以防在显微组分判定过程中由于粒度太小而造成组分判定错误，且在镜质体反射率测定选择测区时易导致无法选择合适面积区域以供测定。

3 结论及建议

(1)此次煤岩分析能力验证结果反映了我国部分实验室在煤的镜质体随机反射率和显微组分测定项目的检测水平。参加镜质体随机反射率检测的实验室共21家，结果满意率为95.24%，总体结果较好；参加显微组分检测的实验室共13家，镜质组、惰质组、壳质组和矿物的组分含量检测结果满意率均在80%以上。

(2)结果表明，参加的实验室大部分能够准确测定煤的镜质体随机反射率和显微组分含量，除个别实验室的检测人员在组分鉴别上与整体结果存在较大差异外，其余各家实验室在仪器设备、人员能力、质量控制等方面均能符合相关标准的要求。

(3)建议评定结果为不满意的实验室应加强对标准的宣贯培训和煤岩学基础知识的学习，找出差距和问题，及时制定相应的措施并整改，保证实验室检测质量可控。