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煤岩显微组分组图像自动识别系统与关键技术 被引量:18
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作者 宋孝忠 张群 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3085-3097,共13页
煤化程度和显微组分组成决定着煤的物理化学性质和工艺性质。煤的镜质组反射率和显微组分的煤岩自动化测定,不仅可以减少传统人工测定产生的差异,而且速度快、效率高,使煤岩测定结果应用于煤炭分类、煤炭加工利用等领域成为可能。国内... 煤化程度和显微组分组成决定着煤的物理化学性质和工艺性质。煤的镜质组反射率和显微组分的煤岩自动化测定,不仅可以减少传统人工测定产生的差异,而且速度快、效率高,使煤岩测定结果应用于煤炭分类、煤炭加工利用等领域成为可能。国内外在煤岩自动化测定方面开展过大量研究工作,实现了镜质组反射率自动测定。但是由于煤岩显微组成和煤化程度影响的复杂性,显微组分的自动识别和图像分析测定仍然面临诸多难题。针对以上问题:①研制了煤岩显微图像自动采集硬件平台,具有显微镜自动聚焦、自动扫描和显微图像自动采集三大功能模块,建立了煤岩显微组分组图像自动识别工作流程;②开发了显微图像去噪预处理技术,可实现黏结剂与壳质组有效分割、受下方煤颗粒反射影响变亮黏结剂等的有效剔除,形成了基于Prewitt算子的煤岩显微组分假边界图像剔除技术;③开发出基于K均值聚类的煤岩显微组分组图像自动分割和识别技术;④形成了烟煤的煤岩显微组分组图像自动识别系统。应用本文研发的技术,对我国不同变质阶段烟煤的代表性煤样进行煤岩显微图像自动采集和显微组分组自动识别测定,并将测定结果与国内资深煤岩专家人工鉴定的标准结果进行比对。结果表明,两种方法测定的45个样品镜质组、惰质组、壳质组的极差平均值分别仅有2.3%,2.3%,1.5%;按照国家标准GB/T 18510—2001给出的准确度分析方法,获得3个显微组分组的统计量t c<t t。 展开更多
关键词 显微组分组 自动识别 图像分析 K均值聚类算法 软件系统
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煤变质程度对瓦斯吸附能力的控制作用 被引量:11
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作者 张慧杰 张浪 +1 位作者 汪东 侯金玲 《煤矿安全》 北大核心 2017年第7期5-8,12,共5页
为研究煤的变质程度对瓦斯吸附特性的影响,在已有研究成果的基础上,采用长焰煤、气煤和无烟煤干燥煤样进行等温吸附试验,通过压汞试验得到孔隙结构和连通性特征,研究了煤的孔隙发育特征对瓦斯吸附能力的控制作用,并从煤的大分子结构、... 为研究煤的变质程度对瓦斯吸附特性的影响,在已有研究成果的基础上,采用长焰煤、气煤和无烟煤干燥煤样进行等温吸附试验,通过压汞试验得到孔隙结构和连通性特征,研究了煤的孔隙发育特征对瓦斯吸附能力的控制作用,并从煤的大分子结构、平衡水分含量、显微组分3个因素出发阐述了煤的变质程度对瓦斯吸附能力的影响。结果表明,煤的孔隙发育特征、大分子结构、平衡水分含量、显微组分等因素综合影响瓦斯吸附能力,其中煤的孔隙发育特征起主控作用,不同变质程度煤的吸附能力与孔隙结构特征变化规律一致,煤的大分子结构通过改变有效比表面积、煤分子结构与甲烷分子的吸附作用以及水分含量影响吸附能力,平衡水分含量和显微组分主要通过改变比表面积影响吸附能力。 展开更多
关键词 煤变质程度 孔隙发育特征 兰氏体积 大分子结构 平衡水分含量 显微组分
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准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系研究 被引量:9
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作者 张宇宏 白向飞 +1 位作者 丁华 王越 《煤质技术》 2016年第6期1-6,共6页
采取了准东煤田部分生产井田煤样,研究了准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系,认为准东煤显微组分以惰质组为主,惰质组(去矿物基)含量为80%左右,惰质组分以半丝质体和丝质体为主,镜质组分为以基质镜质体为主。煤中的壳质体含量较... 采取了准东煤田部分生产井田煤样,研究了准东煤田煤岩特征与煤质及其工艺性能的关系,认为准东煤显微组分以惰质组为主,惰质组(去矿物基)含量为80%左右,惰质组分以半丝质体和丝质体为主,镜质组分为以基质镜质体为主。煤中的壳质体含量较低,主要以孢粉体、角质体和木栓质体为主,而矿物以黏土矿物为主。准东煤镜质组含量与煤的挥发分产率成正比,与哈氏可磨性指数成反比。准东煤高惰质组含量是准东煤高发热量的有利条件,其焦油产率较低与准东煤中的高惰质组含量有关。准东煤惰质组含量高并以丝质体、半丝质体为主的特点导致准东煤孔隙结构发育,其孔隙结构发育是准东煤高全水分含量、高反应活性的主要成因因素。 展开更多
关键词 准东煤 煤岩特征 煤质 工艺性能 显微组分 惰质组含量 丝质体
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煤岩显微图像假边界对显微组分组自动识别的影响 被引量:8
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作者 宋孝忠 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期45-50,共6页
在利用图像分析技术进行煤岩自动化检测过程中,发现煤岩显微图像中各种成分的边界表现为"镶边"状的灰度过渡区,过渡区像素点灰度不能反映其两侧显微成分的真实灰度。为了分析这种假边界对煤岩显微组分组识别检测的影响,通过... 在利用图像分析技术进行煤岩自动化检测过程中,发现煤岩显微图像中各种成分的边界表现为"镶边"状的灰度过渡区,过渡区像素点灰度不能反映其两侧显微成分的真实灰度。为了分析这种假边界对煤岩显微组分组识别检测的影响,通过对全国大量煤岩样品所采集显微图像分析的基础上,对各种相邻成分间假边界的特征、成因进行了分析。假边界一般多呈环状、条带状"镶边"形态,呈现出与相邻成分灰度相衔接的灰度斜坡特征,假边界灰度斜坡宽度与煤岩显微图像中各种成分的组合类型相关。假边界的形成是由于煤中各种成分的硬度及韧性差异引起突起高低不同,成像时在不同成分的边界呈现灰度斜坡。选取10个不同变质阶段代表性煤样,利用Prewitt算子对样本假边界进行边缘检测提取,提取的假边界过渡区像素占比整体煤颗粒图像的10%~27%;并将测定结果与国内资深煤岩专家人工鉴定的标准结果进行比对,结果表明,剔除假边界后测定的镜质组、惰质组、壳质组的极差远低于未剔除假边界的极差,更为接近人工鉴定结果。 展开更多
关键词 显微图像 显微组分组 假边界 灰度斜坡 边缘检测 自动图像识别
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煤的显微组分定义与分类(ICCP system 1994)解析Ⅲ:腐植体 被引量:5
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作者 代世峰 刘晶晶 +5 位作者 唐跃刚 姜尧发 任德贻 赵峰华 邵龙义 赵蕾 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2623-2636,共14页
国际煤地质学杂志(International Journal of Coal Geology)在2005年发表了褐煤腐植体显微组分的分类方案。由于我国没有低阶煤中腐植体的显微组分分类方案,因此“ICCP System 1994”中关于腐植体的显微组分的定义和分类方案对我国学者... 国际煤地质学杂志(International Journal of Coal Geology)在2005年发表了褐煤腐植体显微组分的分类方案。由于我国没有低阶煤中腐植体的显微组分分类方案,因此“ICCP System 1994”中关于腐植体的显微组分的定义和分类方案对我国学者更具有特殊的意义。该显微组分分类方案(ICCP system 1994)在原分类方案的基础上,对腐植体显微组分的分类进行了修订,以便能够使其与其他显微组分,特别是镜质体分类中的相关术语更相匹配。该分类方案将腐植体显微组分为3个亚组,分别是结构腐植体亚组、碎屑腐植体亚组、凝胶腐植体亚组;每个显微组分亚组又分为2个显微组分,显微组分可以进一步分为显微亚组分以至显微组分种。虽然本分类方案主要针对的褐煤(指腐植体平均随机反射率低于0.4%的低阶煤,或称之木质褐煤),但适合于褐煤和亚烟煤,主要是因为镜质体和腐植体,以及次级的显微组分亚组之间具有对应的关系,因此,“ICCP system 1994”分类方案的腐植体和镜质体2种分类体系可以并行使用。目前,在显微组分以及细化的分类方面,研究者可根据低阶煤的性质和分析目的,选择腐植体和镜质体2个分类体系中的其中一种使用。这与新的ISO煤的分类方法一致。在ISO分类中,也涵盖了低阶煤,并且提出,对于低阶煤可联合使用腐植体和镜质体2种分类方法。 展开更多
关键词 腐植体 显微组分 分类 结构腐植体 碎屑腐植体 凝胶腐植体 ICCP system 1994
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基于DeeplabV3+改进的煤岩显微组分组自动化测试模型 被引量:1
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作者 胡晋玮 奚峥皓 +2 位作者 徐国忠 李忠峰 刘翔 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期27-36,共10页
煤岩显微组分组的识别对分析煤炭化学性质起到关键作用。人工识别方法费时费力,且专业性要求较高。现有的计算机辅助识别有效方法多以深度学习语义分割模型为手段,但因煤岩显微图像组成复杂,且存在过渡组分,因此无法准确识别煤岩显微组... 煤岩显微组分组的识别对分析煤炭化学性质起到关键作用。人工识别方法费时费力,且专业性要求较高。现有的计算机辅助识别有效方法多以深度学习语义分割模型为手段,但因煤岩显微图像组成复杂,且存在过渡组分,因此无法准确识别煤岩显微组分组。针对此问题,提出改进的DeeplabV3+语义分割模型,在改进模型中引入Swin Transformer骨干网络和SkNet网络。首先,针对煤岩显微图像各个组分组交错杂糅且存在过渡组分,特征提取困难,利用Swin Transformer骨干网络作为基础特征提取网络,提升模型对煤岩显微图像每种组分组的特征提取能力,并使得分割网络获得特征间信息交互的能力;其次,针对在模型中空洞空间卷积池化金字塔模块对特征利用率低的问题,将SkNet网络融入空洞空间卷积池化金字塔模块,强化空洞空间卷积池化金字塔模块对重要特征的提取能力,并抑制非必要特征对最终预测结果的干扰;最后,将改进的DeeplabV3+模型与现有先进算法通过实验进行性能比较,结果表明:改进的DeeplabV3+语义分割模型在煤岩显微图像测试集上的像素准确率为92.06%,与随机森林方法、U-Net语义分割模型和DeeplabV3+语义分割模型相比像素准确率分别提高了9.48%、6.90%和3.40%;改进的DeeplabV3+语义分割模型与人工点测方法测试结果相近。改进的DeeplabV3+语义分割模型较现有煤岩显微组分组自动识别模型性能更优,可作为一种强大的计算机辅助人工识别煤岩显微组分组的手段。 展开更多
关键词 煤岩显微图像 显微组分组 自动化测试 语义分割模型 Swin Transformer SkNet
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石马洼煤显微组分结构特征的红外光谱分析 被引量:5
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作者 王华 杜美利 张国涛 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期5-11,共7页
通过显微组分富集物的红外光谱分段分峰拟合对比和结构参数对比,分析镜质组和惰质组结构上的差异.分段分峰拟合对比结果:两者羟基氢键的分配既有相似之处,又有区别;镜质组较惰质组含有更高比例的CH2,CHx和CO基团吸收峰,同时含有更低... 通过显微组分富集物的红外光谱分段分峰拟合对比和结构参数对比,分析镜质组和惰质组结构上的差异.分段分峰拟合对比结果:两者羟基氢键的分配既有相似之处,又有区别;镜质组较惰质组含有更高比例的CH2,CHx和CO基团吸收峰,同时含有更低比例的R3CH,CC和—O—基团吸收峰;惰质组较镜质组芳环结构的取代方式更复杂.结构参数对比结果:镜质组芳香度和缩合环指数均较惰质组低;脂氢与芳氢比,镜质组较惰质组要高;氧化程度参数,镜质组较惰质组更高;芳构化参数比较,惰质组缩合比较镜质组缩合比高,而脂肪比较镜质组脂肪比低.因此可得出:石马洼煤惰质组较镜质组芳构化程度更高,脂肪链长度较短,支链较多,且氧化程度较弱. 展开更多
关键词 傅立叶变换红外光谱法 煤结构 显微组分 官能团 结构参数
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Coking properties of thermal soluble constituents of coals by N-methyl-2-pyrrolidone solvent 被引量:2
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作者 Hai-bin Zuo Si-yang Long +1 位作者 Jing-song Wang Wen-tao Guo 《Journal of Iron and Steel Research International》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第4期378-386,共9页
Four types of coals, KL, XB, ZS and GD with different coal ranks, were dissolved with the organic solvent N-methyl-2- pyrrolidone at 350 ℃ and around 3.0 MPa pressure to obtain thermal soluble constituents (TSCs). ... Four types of coals, KL, XB, ZS and GD with different coal ranks, were dissolved with the organic solvent N-methyl-2- pyrrolidone at 350 ℃ and around 3.0 MPa pressure to obtain thermal soluble constituents (TSCs). The yield, component and maceral group were investigated as well as their coking properties, including caking index and thermoplasticity. The results indicated that the yields of the four coals were of the following order: KL 〉 XB 〉 ZS 〉 GD. Based on the yield and the vitrinite content, coals were ranked from high to low. The ash contents of TSCs were significantly less than that of raw coals, and the TSCs contain more light components, leading to an increase in volatile matter. The patterns of Fourier transform infrared spectroscopy indicated that carbonyl was enriched in TSCs. Regarding the maceral group, TSCs were mainly composed of vitrinite which is the main reactive material and converts into binder phase in cokemaking process. Higher caking index values and fluidity were obtained in TSCs compared with the raw coals. The coking experiments with different amounts of TSCs addition were carried out. The results demonstrated that the proper TSCs addition could enhance the coke strength due to its high caking index and good fluidity. 展开更多
关键词 Thermal soluble constituent Coking property maceral group FLUIDITY Coal
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不同风化程度煤的结构与生物产气效果的变化特征 被引量:1
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作者 郭红玉 李赛赛 +3 位作者 沈野 李云嵩 许小凯 刘小磊 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1510-1517,共8页
为探究风化煤的结构与生物产气效果的变化特征,拓宽风化煤的利用途径,选取内蒙古乌海、山西晋城和太原西山不同风化程度的煤样,以矿井水为菌种来源进行生物产气模拟试验,并从煤的显微组分与官能团方面解释生物产气效果。结果表明:随风... 为探究风化煤的结构与生物产气效果的变化特征,拓宽风化煤的利用途径,选取内蒙古乌海、山西晋城和太原西山不同风化程度的煤样,以矿井水为菌种来源进行生物产气模拟试验,并从煤的显微组分与官能团方面解释生物产气效果。结果表明:随风化程度加深,煤样镜质组边界与裂隙周围存在的氧化边缘越来越明显,裂隙增大,脂碳、芳碳和羰基的分峰占比下降,芳香结构被破坏,羧基的分峰占比明显增加,含氧官能团的分峰占比整体提升,羧基的分峰占比增加会使产气总量明显增加;煤样受到严重风化后,即使其生物产气总量继续增加,但CH_(4)体积分数可能会出现下降趋势。 展开更多
关键词 环境工程学 风化煤 显微组分 官能团 生物产气
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低阶煤显微组分含氧官能团的分布特征与差异 被引量:12
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作者 何鑫 王文峰 +2 位作者 章新喜 杨奕涛 孙浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2804-2812,共9页
含氧官能团组成是决定低阶煤显微组分分选策略及分离效率的关键因素,同时对其在后续加工转化过程中的反应活性具有重要影响,因此探明低阶煤显微组分中含氧官能团的分布特征与差异尤为必要。结合元素分析、XPS、^(13)C-NMR与化学滴定法... 含氧官能团组成是决定低阶煤显微组分分选策略及分离效率的关键因素,同时对其在后续加工转化过程中的反应活性具有重要影响,因此探明低阶煤显微组分中含氧官能团的分布特征与差异尤为必要。结合元素分析、XPS、^(13)C-NMR与化学滴定法等分析手段,分别从表面和内部结构层面探究了神华(富镜质组)与准东(富惰质组)低阶煤中显微组分的含氧官能团分布特征与差异。研究结果如下:元素分析结果显示准东煤显微组分的O含量高于神华煤,2种低阶煤镜质组的原子比O/C值均高于惰质组。但XPS测试中2显微组分的表面原子比O/C值十分接近,说明惰质组中含氧官能团相对集中在外表面,而镜质组的含氧基团则在外表面和内部孔隙的分布更加均匀。XPS定量分析结果表明C=O(羰基或O—C—O)与COOH分别为镜质组与惰质组表面特有的含氧官能团,而—O—与—OH分别为镜质组与惰质组表面主导型含氧基团。^(13)C-NMR测试结果显示,神华煤惰质组及准东煤显微组分中不同含氧官能团占比排序一致:芳香族含氧基团>羰基>COOH>脂肪族含氧基团,而神华煤镜质组中排序如下:芳香族含氧基团>脂肪族含氧基团>羰基>COOH。其中镜质组的COOH比例较低,而脂肪族含氧基团在惰质组中分布最少,甚至在准东煤惰质组中完全消失。化学滴定结果指出酸性含氧官能团更易富集在惰质组表面,不同酸性含氧基团的含量分布在具体显微组分类别中具有较大差异,其中准东煤惰质组具有突出的酚羟基含量。 展开更多
关键词 低阶煤 显微组分 含氧官能团 XPS 13 C-NMR
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基于空洞卷积自注意力机制的煤岩显微组分组识别模型
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作者 吴明阳 奚峥皓 +1 位作者 陈军然 徐国忠 《北京化工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期120-129,共10页
基于深度学习的识别模型是目前解决煤岩显微组分组识别问题的主要手段,但这些模型在计算过程中参数不断堆叠,导致模型的算力需求增加,影响模型的训练效率。针对上述问题,构建了一种基于空洞卷积自注意力(DCSA)机制的改进Swin-Transforme... 基于深度学习的识别模型是目前解决煤岩显微组分组识别问题的主要手段,但这些模型在计算过程中参数不断堆叠,导致模型的算力需求增加,影响模型的训练效率。针对上述问题,构建了一种基于空洞卷积自注意力(DCSA)机制的改进Swin-Transformer模型——DA-ViT。首先,为了在加强煤岩显微组分组图像的局部特征信息的同时保留其二维空间信息,提出了DCSA机制,通过对煤岩显微图像的大尺寸卷积核进行多尺度分解,加强了煤岩显微图像不同区域像素之间的联系,显著降低了图像注意力的参数量,降低率为81.18%。然后,为了加强煤岩显微组分组图像间的形态特征关联性,将DCSA和改进的Swin-Transformer框架相结合,提出了DA-ViT识别模型。实验验证结果表明,与现有的其他识别模型相比,DA-ViT模型在提高预测结果准确率的同时,可显著降低模型的算力需求,其像素准确率(PA)和平均交并比(mIoU)的最大值分别为92.14%和63.18%,模型参数总量(Params)和浮点运算次数(FLOPs)的最小值分别为4.95×106和8.99×109。 展开更多
关键词 空洞卷积 自注意力机制 煤岩显微组分组 识别模型
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