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图像分析法测定煤的显微组分 张代林,任世彪 安徽工业大学 化工与环境学院,安徽 马鞍山 243002 摘 要通过Optimas615图像处理与分析软件,对6种单种炼焦煤样的煤岩显微组分图进行分割 和统计,确定出最佳的灰度阈值,并用该灰度阈值对单种煤各显微组分进行阈值分割和识别,实现 了用图像分析法对单种煤煤岩显微组分的测定。与传统数点测定方法相比,图像分析法具有准确性 高、重现性好等优点。 关键词图像分析;煤;显微组分 中图分类号 TQ53316 文献标识码 A 文章编号 0253 - 2336 2003 06 - 0023 - 02 Image analyzing to determine macerals of coal ZHANG Dai2lin , REN Shi2biao School of Chemical Engineering and Environment , Anhui University of Technology , Ma’anshan 243002,China Abstract With Optimas 615 the image analyzing and processing software , maceral imagesof 6 singal coking coals were segmented and counted , and the best threshold value wasobtained. Segmented and identified the image of every maceral with the value , it was achieved to determine the parametersof every maceral with the of image analyzing. Comparing with the tradifional s , this has the advantages with more precise and representative etc. Key words image analysis; coal ; macerals 基金项目安徽省教育厅青年教师科研资助项目2002jq108 煤的显微组分的测定方法有溶剂抽提法、煤岩 显微组分定量法、煤岩显微光度计测定法、图像分 析测定法和最大流动度测定法等[1 ,2]。中国目前广 为使用的是煤岩显微组分定量法。由于煤岩显微组 分定量法受人为因素影响较大,不同研究者往往因 其对煤岩显微成分的结构、形态、颜色的辨别能力 不完全相同,对煤岩显微组分的定量结果也有所差 异。同时,这一方法对研究者的测定技术要求较 高,且测定过程繁琐[3]。用图像分析法既可以快 速正确的测出煤的显微组分,且不需要很高的测定 技术要求,操作简单,完全克服了煤岩显微组分定 量法的缺点和不足。 1 实 验 111 图像分析系统 在带有扫描物台的日本Nicon偏光光学显微镜 上安装数码相机和光学显微镜接口,在计算机上安 装图像采集卡,通过图像采集卡将数码相机捕捉到 的焦炭气孔结构图像直接数字化,并采集到计算机 中进行图像分析。设备系统硬件组成如图1所示。 图1 图像分析系统硬件组成 112 图像采集 将制好的煤光片在显微镜下以50倍的油物镜 进行观测调焦,物台扫描间隔是横向015 mm ,纵 向110 mm ,扫描区域为1 cm2,调焦后用Opti2 mas615软件每隔20 s时间自动采集一幅图像,每 个煤光片采集200幅图像。 113 图像分析法测定煤的显微组分 由于煤显微结构图主要是由镜质组、半镜质 组、惰质组以及矿物质组成的灰度图像,故只要能 对镜质组、半镜质组、惰质组以及矿物质进行分割 和分类,就可以通过图像的形态分析计算出各显微 组分的面积,进而可以求出各组分在煤显微组分中 所占的百分比。煤中各显微组分的识别主要是通过 各组分的亮度灰度级不同而进行分割和分类 的。在本文中,所采集的图像是RGB模式的彩色 32 第31卷第6期 煤 炭 科 学 技 术 2003年6月 图像,故对各组分的分割和分类都是采用红、绿、 蓝三色同时阈值分割,其效果和准确度都比以前所 报导的用单色阈值分割要好。通过专门的图像处理 软件Optimas615进行二次开发,以实现煤显微组 分图像法测定。 114 图像的分割和分类 经过对6个煤样1 200多幅煤显微结构图像进 行分割和统计,最后确定出最佳的阈值分割范围。 1镜质组的阈值分割范围红色50～150 , 绿色40～130 ,蓝色20～85。用ArGvFore 分割 出的面积的平均灰度值进行分类,其值为40～ 85。相应的灰度直方图、经图像分割后以及对图像 进行分类后的煤显微结构图如图2所示。 图2 镜质组煤显微结构 a 未经处理的镜质组图像; b 镜质组三色灰度直方图; c 阈值分割后的镜质组图像; d 分类后的镜质组图像 2惰质组的阈值分割范围红色110～200 , 绿色100～185 ,蓝色50～140。用ArGvFore 分 割出的面积的平均灰度值进行分类,其值为98 ～180。其显微组分图与对图像进行分类后的煤显 微组分图如图3所示。 图3 惰质组煤显微结构 a 未经处理的惰质组图像; b 分类后的惰质组图像 3半镜质组的阈值分割范围红色50～ 150 ,绿色40～130 ,蓝色20～85。用ArGvFore 分割出的面积的平均灰度值进行分类,其值为 40～85。其显微组分图与对图像进行分类后的煤显 微组分图如图4所示。 图4 半镜质组煤显微结构 a 未经处理的半镜质组图像; b 分类后的半镜质组图像 4矿物质的阈值分割范围红色180～ 255 ,绿色110～255 ,蓝色50～255 ,用ArGv2 Fore 分割出的面积的平均灰度值 进行分类,其 值大于170。经图像分割后以及对图像进行分类后 的煤显微组分图如图5所示。 图5 矿物质煤显微结构 a 未经处理的矿物质图像; b 分类后的矿物质图像 2 测定结果与讨论 利用图像分析法对6种煤样进行显微组分测 定,结果见表1。 表1 煤显微组分测定结果 项目 煤 样 1号2号3号4号5号6号 镜质组/ 761897310077160831917711582151 半镜质组/ 410331032118215021232110 惰质组/ 161042315318190131151917414177 矿物质/ 310301431132014501870162 下转第58页 42 第31卷第6期 煤 炭 科 学 技 术 2003年6月 w w w . b z f x w . c o m 改进后系统的优点 1操作卸载6′ 实现降柱时,先导通安全阀 4′,由于阀的操纵存在时间差,方便地实现单体下 腔高压液体的压缩能量逐步释放后,进行降柱动 作。实现降柱平稳,减缓冲击,有利于顶板的管 理。 2原直动式溢流阀4改为控制阀4′,改进后 的三用阀,有效地减少三用阀体积,同时也减小溢 流阀的弹簧刚度,并且可增加三用阀的左右阀体相 连处危险截面的壁厚,从而有效地提高了三用 阀的强度,避免了阀体崩裂。 3因溢流阀的弹簧刚度减小,使组装、维修 更方便。 4改装卸载阀只需在原阀座上钻2个孔即可 改进后为三位三通 , 并在阀体上卸载手把安装 孔侧和阀套之间增加回液型密封圈,可使卸载阀 回液口与溢流阀回液口相连。 5图1中从安全阀和卸载阀喷出液不回收, 改进后,图2中只要回液管接到回液口上可回收单 体液压支柱喷出的乳化液。同时不污染工作面环 境。 4 结 论 由于煤矿井下工作面空间狭小,各种机器设备 运行产生的噪声掩盖单体液压支柱下降时所产生的 沉闷轰鸣声。卸压回路的故障,造成液压元件,管 件的破裂及整机连接件的松脱,不仅影响单体液压 支柱的正常工作,还导致单体液压支柱整体寿命的 降低。由柱下腔中油液被压缩后所形成的潜在液压 系统故障,应引起人们足够的重视。 参考文献 [1] 采煤机械化设备使用与维护编审委员会.支护设备[ M]. 哈尔滨黑龙江科学技术出版社, 1988. [2] 陶驰东.采掘机械[M].北京煤炭工业出版社, 1995. 作者简介周锦红1966 - , ,男,河北井陉人,工程师,现 在阳泉煤业集团有限责任公司二矿从事煤矿机电工作。 收稿日期 2002 - 06 - 08 ;责任编辑李军涛 上接第24页 由图像分析法测定的煤显微组分与由数点法测 定的煤的显微组分结果相比较,测定结果趋向一 致,具体数值却是不一样,这是因为2种测定方法 不同形成的。数点法是每个有效点代表一个显微组 分,且各个有效点所占的百分比是相同的实际是 各个显微组分大小不同,所占的百分比也是不一样 的 , 故数点法是一种近似算法。而图像分析法是 在整个视阈范围内,计算出各显微组分的实际面 积,然后计算出百分比,所以图像分析法的测定结 果更具有代表性和准确性。 由于所用煤样变质程度较高,稳定组基本没有 发现。 3 结 语 图像分析法测定煤显微组分具有快速、准确、 操作简单等特点,能实现完全自动化测定,对操作 人员没有特别的技术要求,克服了数点法必须要由 专业人员才能测定的缺陷。测定结果很稳定,不存 在因为操作人员的主观认识的差异而造成测定结果 误差,所以值得推广应用。同时,对于不同的应用 领域,只要在本图像分析系统的基础上开发出相应 的专用软件包,就能解决该领域的图像处理问题, 从而使该系统也可以广泛地应用于化工、冶金、地 质、矿山和生物医学等领域。 参考文献 [1] 周师庸 1 应用煤岩学[ M ]1 北京冶金工业出版社, 19851 [2] 姚昭章 1 炼焦学[M]1 北京冶金工业出版社, 19901 [3] 虞继舜,戴中蜀,何选明 1 煤化学[M]1 北京冶金工业 出版社, 20001 作者简介张代林1968 - ,男,安徽当涂人,讲师,现在 安徽工业大学化工与环境学院从事教学与科研工作。 收稿日期 2003 - 01 - 15 ;责任编辑刘军娥 85 第31卷第6期 煤 炭 科 学 技 术 2003年6月