СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА УГЛЯ Российский патент 2025 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к углехимии и позволяет определять качество угля по таким, например, показателям, как выход летучих веществ, показатель отражения витринита, сумма фюзенизированных компонентов и др. Значения показателей качества угля используют при классификации углей, выявляя группы близких по свойствам углей с целью применения каждой группы в одном из нескольких технологических направлении (например, только как энергетическое топливо, как компонент шихты для коксования при производстве металлургического кокса и т.п.).

На практике классификация углей на группы близких по свойствам углей для их дальнейшего использования в том или ином направлении осуществляется исходя из результатов анализа четырех классификационных показателей качества угля: показатель отражения витринита, сумма фюзенизированных компонентов, выход летучих веществ и толщина пластического слоя. Указанная классификация углей установлена стандартом - ГОСТ 25543-13 "Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам". На практике, признают, что угли являются подобными (близкими по свойствам) и взаимозаменяемыми, если все четыре классификационные показателя у этих углей совпадают.

В настоящее время каждый классификационный показатель качества угля по ГОСТ 25543-13 определяют индивидуальным, специально разработанным, методом.

Например, показатель отражения витринита угля определяют методом, предусмотренным ГОСТ Р 55659-2013 (ИСО 7404-5:2009) "Методы петрографического анализа углей". Указанный метод осуществляют следующим образом: Интенсивность света с длиной волны 546 нм, отраженного практически под прямым углом от полированной поверхности мацералов группы витринита, измеренную с помощью электронного фотоумножителя (или аналогичного устройства), сравнивают с измеренной в таких же условиях интенсивностью света, отраженного от эталонов с известным показателем отражения. По своим оптическим свойствам зерна витринита в одном и том же угле немного отличаются друг от друга. Проводят достаточное количество измерений на различных зернах витринита, чтобы полученный результат можно было отнести ко всему углю или угольной смеси,ориентировочное время анализа - 6 час.

Определение выхода летучих веществ из угля на сухое беззольное состояние выполняют по ГОСТ Р 55660-2013 "Топливо твердое минеральное. Определение выхода летучих веществ". Выход летучих веществ определяют как потерю массы навески твердого топлива за вычетом влаги и зольности при нагревании без доступа воздуха в стандартных условиях. Навеску воздушно-сухой пробы твердого топлива нагревают без доступа воздуха при температуре (900±5)°С в течение 7 мин. Выход летучих веществ в процентах рассчитывают по потере массы навески пробы с учетом влаги и зольности угля, ориентировочное время анализа - 2 час.

Зольность угля определяют согласно ГОСТ Р 55661-2013 "Топливо твердое минеральное. Определение зольности". Сущность метода заключается в сжигании навески топлива (озолении) при свободном доступе воздуха и прокаливании зольного остатка до постоянной массы при температуре (815±10)°С. Зольность пробы рассчитывают, исходя из массы образовавшейся золы,ориентировочное время анализа зольности - 2 час.

Мацеральный состав углей определяется согласно ГОСТ Р 55662-2013 "Методы петрографического анализа углей. Часть 3. Метод определения мацерального состава". Сущность метода заключается в следующем: Аншлиф-брикет изготавливают из представительной пробы измельченного угля по ГОСТ Р 55663-2013 Аншлиф-брикет исследуют под микроскопом в отраженном свете. Мацералы идентифицируют в иммерсионной среде по их показателю отражения, цвету, морфологии, высоте микрорельефа, структуре, степени сохранности, а также по размерам. Их количественное соотношение определяют методом подсчета количества точек, соответствующих каждому мацералу. Показатель отражения витринита определяется для мацералов, идентифицированных как витриниты, ориентировочное время анализа - 6 час.

Пластометрические показатели углей определяют согласно ГОСТ 1186-2014 "Угли каменные. Метод определения пластометрических показателей". Сущность метода заключается в медленном (с заданной скоростью подъема температуры) нагревании, под заданным давлением навески угля, загруженной описанным в ГОСТ 1186-2014 способом в пластометрический стакан и определении в процессе и по окончании нагрева:

- толщины пластического слоя угля - максимального расстояния между поверхностями раздела уголь - пластическая масса - полукокс;

- величины пластометрической усадки угля - различие высоты угольной загрузки при начале и окончании испытания. Ориентировочное время анализа - 4 час.

Величина пластометрической усадки угля определяется по разности значений двух точек пластометрической кривой - ее начальной точки и конечной точки. То есть при осуществлении данного метода используют только две точки пластометрической кривой (начальную и конечную), при этом отклонение пластометрической кривой от ее начального значения (начальной точки) измеряют только в ее одной точке - конечной, что исключает возможность применения данного метода для определения других показателей качества угля в связи с отсутствием достаточной информативности полученных данных.

Метод определения пластометрических показателей по ГОСТ 1186-2014 осуществляют на специальном оборудовании, известном, как аппарат Л.М. Сапожникова.

Как видно, каждый показатель классификации угля определяют индивидуальным методом анализа, при этом ни один из существующих в настоящее время методовпластометрического установления показателей классификации углей не позволяет определять все классификационные показатели качества углей и определять их одновременно на одном оборудовании. Поэтому для определения всех необходимых показателей качества угля, которые требуются для установления области его возможного квалифицированного применения, требуется очень длительная аналитическая работа специалистов на разнообразном специальном аналитическом оборудовании и нескольких различных аналитических приборах.Общее время выполнения анализов составляет около 14 часов.

Метод определения пластометрических показателей углей, известный из ГОСТ 1186-2014, выбран в качестве наиболее близкого аналога, поскольку заявляемый способ использует в анализе пластометрическую кривую.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - устранение недостатков аналогов.

Технический результат, достигаемый изобретением, - упрощение способа, универсальность способа, т.е. возможность его применения для определения качества угля по различным показателям.

Технический результат достигается за счет того, что в способе определения качества угля, включающем выбор показателя качества угля, подлежащий определению, последующее определение значения выбранного показателя качества угля по предварительно сформированной методом главных компонент калибровочной модели расчета прогнозного значения выбранного показателя качества при оптимальном числе главных компонент, указывающем на размерность пространства моделирования, получение калибровочной модели обеспечено путем формирования из массива углей с известными значениями выбранного показателя качества угля обучающего набора углей, в виде набора образцов углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения, формирования проверочного набора углей из массива углей с известным значением выбранного показателя качества угля в виде набора углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения, проверочный набор углей сформирован из образцов углей, не входящих в обучающий набор, последующего получения для каждого угля, входящего в обучающий и проверочный набор, пластометрических кривых по результатам пластометрического анализа, заключающегося в определении изменения объема угля при заданной скорости нагревания угля под заданным давлением, последующего определения отклонения от нулевого значения амплитуд пластометрических кривых в выбранных с заданной периодичностью точках, определения среднеквадратичной ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным метолом, достигаемой использованием значений амплитуд пластометрической кривой в моделях калибровки, образуемых при применении возрастающего количества главных компонент, указывающего на рост размерности пространства моделирования, для образцов как обучающего, так и проверочного наборов углей, построения моделей при увеличивающемся количестве главных компонент, выбора оптимального количества главных компонент, в качестве которого выбирают меньшее количество главных компонент при котором одновременно близкими к минимальным являются среднеквадратичная ошибка отклонения расчетной величины показателя качества угля от величины, измеренной стандартным методом, для обучающего набора, а также абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе, при этом в качестве калибровочной выбрана модель с оптимальным количеством главных компонент.

Пластометрический анализ целесообразно осуществлять на аппарате Л.М. Сапожникова.

Построение моделей осуществляют при увеличивающемся от 1 до 8 количестве главных компонент.

При выборе искомого показателя качества угля целесообразно руководствоваться ГОСТ 25543-13 "Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам", согласно которому группы близких по свойствам углей определяют исходя из результатов четырех основных классификационных показателей качества угля: показатель отражения витринита, сумма фюзенизированных компонентов, выход летучих веществ и толщина пластического слоя.

Как было указано выше пластометрические показатели углей определяют согласно ГОСТ 1186-2014 "Угли каменные. Метод определения пластометрических показателей".

Пластометрический анализ, как правило, проводят на аппарате Л.М. Сапожникова.

Пластометрическая кривая (см. ГОСТ 1186-2014) - кривая, характеризующая объемные изменения угольной загрузки по времени при постоянном давлении и при заданном графике подъема температуры.

Сущность метода определения пластометрических показателей по ГОСТ 1186-2014 заключается в медленном (по заданному графику) нагревании, под заданным давлением навески угля, загруженной определенным способом в пластометрический стакан и определении в процессе и по окончании нагрева:

- толщины пластического слоя угля - максимального расстояния между поверхностями раздела уголь - пластическая масса - полукокс;

- величины пластометрической усадки угля - конечного изменения высоты угольной загрузки по окончании испытания;

- вида пластометрической кривой - кривой, выражающей объемные изменения угольной загрузки в зависимости от времени нагрева (а значит, и от температуры). Пластометрическая кривая является качественным показателем, однако ее вид также относится к характерным признакам конкретного угля.

Осуществление способа.

Выбирают показатель качества угля, подлежащий определению.

Затем определяют значение выбранного показателя качества угля по предварительно сформированной методом главных компонент калибровочной модели расчета прогнозного значения выбранного показателя качества. При этом количество главных компонент выбирают меньшее, сопоставляя модели по достигнутым результатам минимизации среднеквадратичной ошибки отклонения (СКО), из которых будет выбрана калибровочная модель.

Формирование калибровочной модели для выбранного показателя качества угля осуществляется следующим образом:

1) Сначала из массива углей с известными значениями выбранного показателя качества угля формируют обучающий набор углей, в виде набора образцов углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения. При этом образцы углей, входящие в обучающий набор, характеризуются также и иными показателями качества (известными из ГОСТ 25543-13), значения которых будут иметь случайный характер. Формирование обучающего набора углей осуществляют таким образом, чтобы данный набор информативно представлял максимальное разнообразие возможных значений выбранного показателя качества угля, которые могут иметь калибруемые угли.

2) Затем формируют проверочный набор углей из массива углей с известным значением выбранного показателя качества угля в виде набора углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения. При этом образцы углей, входящие в проверочный набор, также будут характеризоваться иными показателями качества, значения которых будут иметь случайный характер. Проверочный набор углей формируют из образцов углей, не входящих в обучающий набор.

Для осуществления заявленного способа обучающий и проверочный наборы можно формировать с соотношением количества образцов углей приблизительно 2:1 (например, включение 14 образцов в обучающий набор и 7 образцов - в проверочный). При этом возможны иные варианты соотношения образцов при формирования указанных наборов (например, 12 образцов в обучающем наборе углей и 7 образцов - в проверочном). Правильность или неправильность такого решения будет установлена на заключительном этапе, когда проводится оценка результатов и делается вывод о практической пригодности и точности сформированной калибровочной модели расчета прогнозного значения выбранного показателя качества угля путем сравнения полученных расчетных значений с известными значениями, полученными в результате традиционного метода анализа по соответствующему стандарту (ГОСТ).

После формирования обучающего и проверочного наборов образцов углей, для каждого образца угля, входящего в обучающий и проверочный набор, получают соответствующую пластометрическую кривую.

Затем в выбранных с заданной периодичностью точках измеряют амплитуды в каждой из пластометрических кривых как отклонения пластометрических кривых от нулевой линии, проходящей через начальную точку пластометрической кривой. Периодичность выбора точек для измерения амплитуды отклонения пластометрических кривых может составлять от 20 секунд до 60 минут. Нулевым значением пластометрических кривых, от которого определяют отклонение амплитуд соответствующих пластометрических кривых в выбранных точках, является горизонтальная нулевая линия, проведённая через начальную точку (значение начала) пластометрической кривой. В результате чего, для каждого образца угля обучающего и проверочного наборов получают индивидуальный массив значений амплитуд соответствующих пластометрических кривых в выбранных точках. Указанный массив значений амплитуд для каждого образца угля выстраивают в виде отдельного столбца цифр. Опытным путем установлено, что достаточно, если указанный массив значений амплитуд соответствующих пластометрических кривых для каждого образца угля включает 15 значений.

Указанный анализ пластометрических кривых проводится в течение времени не более 150 мин. с использованием специального пластометрического оборудования (например, пластометрический аппарат Л.М. Сапожникова).

После измерения амплитуд отклонения обучающих и проверочных пластометрических кривых от нулевого значения в выбранных точках, определяют среднеквадратичные ошибки (СКО) отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным метолом, достигаемой использованием значений амплитуд пластометрической кривой в моделях калибровки, образуемых при применении возрастающего количества главных компонент, указывающего на рост размерности пространства моделирования, для образцов как обучающего, так и проверочного наборов углей, формирования моделей для каждого числа главных компонент в последовательности увеличения количества главных компонент, как правило, от 1 до 8.

Формирование моделей для расчета прогнозных значений выбранного показателя качества угля осуществляется с использованием специализированного программного обеспечения (например, программа для анализа многомерных данных MatLab), которое показывает зависимость среднеквадратичных ошибок (СКО) отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным метолом, достигаемой использованием значений амплитуд пластометрической кривой в моделях калибровки.

При построении моделей с помощью указанного программного обеспечения используются комбинации полученных значений амплитуд соответствующих пластометрических кривых, подбирая коэффициент для каждой из указанных амплитуд с целью уменьшения среднеквадратичного отклонения прогнозного значения выбранного показателя качества угля, подлежащего определению, от известного значения указанного показателя качества угля.

Для каждого количества главных компонент с помощью указанного программного обеспечения строят отдельную модель, увеличивая количество главных компонент от 1 до 8. Опытным путем установлено, что указанные значения количества главных компонент являются достаточным, чтобы определить оптимальное количество главных компонент, позволяющее сформировать наиболее устойчивую и точную модель (т.е. калибровочную модель) расчета прогнозного значения выбранного показателя качества, подлежащего определению.

По результатам построения моделей для каждого количества главных компонент осуществляют выбор оптимального количества главных компонент для расчета прогнозных значений, выбранного для определения показателя качества угля.

Оптимальным является меньшее количество главных компонент, при котором одновременно близкими к минимальным являются среднеквадратичная ошибка отклонения расчетной величины показателя качества угля от величины, измеренной стандартным методом, для обучающего набора, а также абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе

В качестве калибровочной выбирают модель с оптимальным количеством главных компонент, т.е. модель с меньшим (близким к минимально возможному) количеством главных компонент.

Для каждого выбранного показателя качества угля, подлежащего определению, формируется своя индивидуальная калибровочная модель расчета. Каждая калибровочная модель расчета показателя качества угля используется для расчета только того показателя качества угля, для которого она сформирована.

Оценка практической пригодности и точности сформированных моделей осуществляют путем сравнения полученных в результате осуществления заявленного способа расчетных значений выбранного показателя качества угля с известным значением выбранного показателя качества угля, полученным традиционным методом, предусмотренным соответствующим стандартом (ГОСТ).

Для признания сформированной модели практически пригодной допустимым расхождением между указанными значениями является:

- для показателя качества угля "показатель отражения витринита"- 0,05% (воспроизводимость результатов по ГОСТ);

- для показателя качества угля "сумма фюзенизированных компонентов"- 5% (воспроизводимость результатов по ГОСТ);

- для показателя качества угля "выход летучих веществ"- 0,5% (воспроизводимость результатов по ГОСТ).

Пример 1 осуществления заявляемого способа для определения значения показателя качества угля - показатель отражения витринита.

Пример 1 поясняется табл. 1 и 2 (табл. 1 и табл. 2).

В табл. 1 представлены данные зависимости среднеквадратичного отклонения прогнозного значения показателя отражения витринита для образцов углей обучающего и проверочного наборов от количества главных компонент, а также выделено значение оптимального количества главных компонент.

В табл. 2 представлены сравнительные данные значений показателя отражения витринита для соответствующих образцов углей, рассчитанных в результате осуществления заявленного способа и значений, полученных традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55659-2013.

Порядок осуществления Примера 1

После того как показатель отражения витринита выбран в качестве показателя качества угла, подлежащего определению, с помощью метода главных компонент формируют калибровочную модель расчета прогнозного значения показателя отражения витринита.

Формирование калибровочной модели для указанного показателя качества угля осуществляют следующим образом:

1) Из общего массива, включающего 21 образец углей с известными значениями показателя отражения витринита (определены методом, предусмотренным ГОСТ Р 55659-2013), интервал указанных значений - 0,97-1,24%, формируют обучающий и проверочный наборы углей, в которых 12 образцов включает обучающий набор и 7 образцов - проверочный.

Обучающий и проверочный наборы углей формируют в виде набора образцов углей, в котором значения показателя отражения витринита возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения. При этом образцы углей характеризуются иными показателями качества, значения которых носят случайный характер. В проверочный набор углей включают образцы углей, не входящие в обучающий набор.

2) После формирования обучающего и проверочного наборов углей, для каждого образца угля, входящего в обучающий и проверочный наборы на пластометрическом аппарате Л.М. Сапожникова получают, соответственно, пластометрические кривые, затем каждые 10 минут на пластометрических кривых выбирают точки и измеряют амплитуду отклонения соответствующих пластометрических кривых от нулевого значения в указанных точках. В результате чего, для каждого образца угля обучающего и проверочного наборов получили индивидуальный массив значений амплитуд в количестве 15 измерений для каждого образца угля.

3) Далее определяют среднеквадратичные ошибки (СКО) отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемые использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего набора образцов и отдельно для проверочного набора образцов и с помощью специализированного программного обеспечения (например, MatLab) для каждого количества главных компонент (размерность пространства) строят отдельную модель расчета прогнозных значений показателя отражения витринита, увеличивая количество главных компонент от 1 до 8.

При построении моделей с помощью указанного программного обеспечения используют комбинации полученных значений амплитуд соответствующих пластометрических кривых, подбирая коэффициент для каждой из указанных амплитуд с целью уменьшения среднеквадратичной ошибки отклонения прогнозного значения показателя отражения витринита для углей обучающего и проверочного наборов от его известного значения.

По результатам построения моделей для каждого количества главных компонент осуществляют выбор оптимального значения количества главных компонент для расчета прогнозных значений показателя отражения витринита.

Оптимальным является меньшее (близкое к минимальному) количество главных компонент, при котором среднеквадратичные ошибки (СКО) отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемые использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего наборов образцов и отдельно для проверочного набора образцов являются близкими к минимальным и одновременно близкой к минимальной является абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения (СКО) расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения (СКО) расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе. В качестве калибровочной выбрана модель с оптимальным количеством главных компонент.

В табл. 1 приведены значения среднеквадратичных ошибок отклонения (СКО) прогнозного значения показателя отражения витринита для образцов углей обучающего и проверочного наборов для каждого количества главных компонент, а также выделено значение оптимального количества главных компонент.

Таблица 1

Количество главных компонент Значения СКО показателя отражения витринита для образцов углей Разность значений СКО для обучающего и проверочного наборов Обучающего набора Проверочного набора 1 0,045 0,048 -0,003 2 0,038 0,049 -0,011 3 0,032 0,044 -0,012 4 0,025 0,031 -0,006 5 0,018 0,026 -0,008 6 0,016 0,021 -0,005 7 0,014 0,023 -0,009 8 0,007 0,035 -0,028

В качестве калибровочной выбирают модель с оптимальным значением количества главных компонент, которое в данном примере равно 6.

Оценка практической пригодности и точности сформированных моделей осуществляют путем сравнения полученных в результате осуществления заявленного способа расчетных значений показателя отражения витринита с известным значением, полученным традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55659-2013.

В табл. 2 представлены сравнительные данные значений показателя отражения витринита для соответствующих образцов углей, рассчитанных в результате осуществления заявленного способа и значений, полученных традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55659-2013.

Таблица 2

№ образца Определение показателя отражения витринита,% Расхождение между результатами ГОСТ и расчет,% Анализ по ГОСТ Расчет 1 1,24 1,24 0 2 1,13 1,14 -0,01 3 1,06 1,05 0,01 4 1,05 1,05 0 5 1,01 1,02 -0,01 6 1,01 1 0,01 7 1 1 0 8 0,97 0,98 -0,01 9 1,21 1,18 0,03 10 1,09 1,13 -0,04 11 1 0,99 0,01 12 0,98 0,98 0 13 1,17 1,2 -0,03 14 1,09 1,12 -0,03 15 1,16 0,16 0 16 1,07 1,08 -0,01 17 1,04 1,05 -0,01 18 1,03 1,04 -0,01 19 0,99 0,99 0

Для признания сформированной модели практически пригодной максимально допустимым расхождением между указанными значениями для показателя отражения витринита является число 0,05%, полученное в результате разности сравниваемых значений, в то время как фактически такое расхождение не превысило 0,04%.

Пример 2 осуществления заявляемого способа для определения значения показателя качества угля - сумма фюзенизированных компонентов.

Пример 2 поясняется табл. 3 и 4 (табл. 3 и табл. 4).

В табл. 3 представлена зависимость среднеквадратичной ошибки отклонения расчетного значения показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемого использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего набора образцов и отдельно для проверочного набора образцов, а также выделено значение оптимального количества главных компонент.

В табл. 4 представлены сравнительные данные значений показателя суммы фюзенизированных компонентов для соответствующих образцов углей, рассчитанных в результате осуществления заявленного способа и значений, полученных традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р55662-2013.

Порядок осуществления Примера 2

После того как сумма фюзенизированных компонентов выбрана в качестве показателя качества угла, подлежащего определению, с помощью метода главных компонент формируют калибровочную модель расчета прогнозного значения суммы фюзенизированных компонентов. Для формирования калибровочной модели выбирается оптимальное количество главных компонент.

Формирование калибровочной модели для указанного показателя качества угля осуществляют следующим образом:

1) Из общего массива, включающего 21 образец углей с известными значениями суммы фюзенизированных компонентов (определены методом, предусмотренным ГОСТ Р 55662-2013), интервал указанных значений - 15-53 %, формируют обучающий и проверочный наборы углей, в которых 12 образцов включает обучающий набор и 7 образцов - проверочный.

Обучающий и проверочный наборы углей формируют в виде набора образцов углей, в котором значения суммы фюзенизированных компонентов возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения, при этом образцы углей характеризуются иными показателями качества, значения которых носят случайный характер. В проверочный набор углей включают образцы углей, не входящих в обучающий набор.

2) После формирования обучающего и проверочного наборов углей, для каждого образца угля, входящего в обучающий и проверочный наборы на пластометрическом аппарате Л.М. Сапожникова получают, пластометрические кривые. Затем каждые 10 минут на обучающей и проверочной пластометрических кривых выбирают точки и измеряют амплитуду отклонения соответствующих пластометрических кривых от нулевого значения в указанных точках. В результате чего, для каждого образца угля обучающего и проверочного наборов получили индивидуальный массив значений амплитуд в количестве 15 измерений пластометрической кривой каждого образца угля.

3) Далее определяют среднеквадратичные ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемые использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего набора образцов и отдельно для проверочного набора образцов и с помощью специализированного программного обеспечения (например, MatLab) для каждого количества главных компонент (аналога размерности пространства) строят отдельную модель расчета прогнозных значений суммы фюзенизированных компонентов, увеличивая количество главных компонент от 1 до 8.

При построении моделей с помощью указанного программного обеспечения используют комбинации полученных значений амплитуд соответствующих пластометрических кривых, подбирая коэффициент для каждой из указанных амплитуд с целью уменьшения СКО прогнозного значения суммы фюзенизированных компонентов для углей обучающего и проверочного наборов от его известного значения.

По результатам построения моделей для каждого количества главных компонент осуществляют выбор оптимального значения количества главных компонент для калибровки расчета прогнозных значений суммы фюзенизированных компонентов.

Оптимальным является меньшее количество главных компонент, при котором среднеквадратичные ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемые использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего наборов образцов и отдельно для проверочного набора образцов являются близкими к минимальным и одновременно близкой к минимальной является абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе, при этом в качестве калибровочной выбрана модель с оптимальным количеством главных компонент.

В табл. 3 приведены величины среднеквадратичных ошибок отклонения (СКО) прогнозного значения суммы фюзенизированных компонентов для образцов углей обучающего и проверочного наборов, для каждого количества главных компонент, а также выделено значение оптимального количества главных компонент.

Таблица 3

Количество главных компонент Значения СКО прогнозных величин суммы фюзенизированных компонентов для образцов углей Разность значений СКО для обучающего и проверочного наборов Обучающего набора Проверочного набора 1 5,82 3,95 1,87 2 3,97 3,74 0,23 3 3,22 3,22 0 4 2,67 3,36 -0,69 5 2,13 3,42 -1,29 6 1,19 3,32 -2,13 7 1,65 3,85 -2,2 8 1,11 5,67 -4,56

В качестве калибровочной выбирают модель с оптимальным количеством главных компонент, которое в данном примере равно 4.

Оценка практической пригодности и точности сформированных моделей осуществляют путем сравнения полученных в результате осуществления заявленного способа расчетных значений суммы фюзенизированных компонентов с известным значением, полученным традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55662-2013.

Для признания сформированной модели практически пригодной допустимым расхождением между указанными значениями для суммы фюзенизированных компонентов является число 5%, чему соответствует 90% результатов расчета полученных разностей сравниваемых значений.

В табл. 4 представлены сравнительные данные значений суммы фюзенизированных компонентов для соответствующих образцов углей, рассчитанных в результате осуществления заявленного способа и значений, полученных традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55662-2013.

Таблица 4

№образца Определение содержания суммы фюзенизированных компонентов, % Расхождение между результатами ГОСТ и расчет, % Анализ по ГОСТ Расчет 1 50 48 2 2 45 48 -3 3 45 44 1 4 29 32 -3 5 35 34 1 6 24 20 4 7 20 19 1 8 15 17 -2 9 53 49 4 10 40 44 -4 11 21 20 1 12 18 20 -2 13 52 50 2 14 38 44 -6 15 47 47 0 16 39 44 -5 17 37 40 -3 18 36 36 0 19 29 27 2

Пример 3 осуществления заявляемого способа для определения значения показателя качества угля - выход летучих веществ.

Пример 3 поясняется табл. 5 и 6 (табл. 5 и табл. 6).

В табл. 5 представлена зависимость среднеквадратичной ошибки отклонения прогнозного значения выхода летучих веществ для образцов углей обучающего и проверочного наборов от количества главных компонент, а также выделено значение оптимального количества главных компонент.

В табл. 6 представлены сравнительные данные значений выхода летучих веществ для соответствующих образцов углей, рассчитанных в результате осуществления заявленного способа и значений, полученных традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55660-2013.

Порядок осуществления Примера 3.

После того как выход летучих веществ выбран в качестве показателя качества угла, подлежащего определению, с помощью метода главных компонент формируют калибровочную модель расчета прогнозного значения выхода летучих веществ. Для формирования калибровочной модели выбирают оптимальное количество главных компонент используемое для построения моделей, среди которых будет выбрана калибровочная.

Формирование калибровочной модели для указанного показателя качества угля осуществляют следующим образом:

1) Из общего массива, включающего 21 образец углей с известными значениями выхода летучих веществ (определены методом, предусмотренным ГОСТ Р 55660-2013), интервал указанных значений - 21,54 - 33,3 %, формируют обучающий и проверочный наборы углей, в которых 7 образцов включает обучающий набор и 3 образца - проверочный.

Обучающий и проверочный наборы углей формируют в виде набора образцов углей, в котором значения выхода летучих веществ возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения, при этом образцы углей характеризуются иными показателями качества, значения которых носят случайный характер. В проверочный набор углей включают образцы углей, не входящих в обучающий набор.

2) После формирования обучающего и проверочного наборов углей, для каждого образца угля, входящего в обучающий и проверочный наборы на пластометрическом аппарате Л.М. Сапожникова получают, пластометрические кривые образцов углей обучающего и проверочного наборов. Каждые 10 минут на обучающей и проверочной пластометрических кривых выбирают точки и измеряют амплитуду отклонения соответствующих пластометрических кривых от нулевого значения в указанных точках. В результате чего, для каждого образца угля обучающего и проверочного наборов получили индивидуальный массив значений амплитуд в количестве 15 измерений для каждого образца угля.

3) Далее определяют среднеквадратичные ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемые использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего набора образцов и отдельно для проверочного набора образцов, и с помощью специализированного программного обеспечения (например, MatLab) для каждого количества главных компонент строят отдельную модель расчета прогнозных значений выхода летучих веществ, увеличивая количество главных компонент от 1 до 8.

При построении моделей с помощью указанного программного обеспечения используют комбинации полученных значений амплитуд соответствующих пластометрических кривых, подбирая коэффициент для каждой из указанных амплитуд с целью уменьшения СКО прогнозного значения выхода летучих веществ для углей обучающего и проверочного наборов от его известного значения.

По результатам построения моделей для каждого количества главных компонент осуществляют выбор оптимального значения количества главных компонент для расчета прогнозных значений выхода летучих веществ.

Оптимальным является меньшее количество главных компонент при котором среднеквадратичные ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемые использованием значений амплитуд пластометрической кривой при возрастающем количестве главных компонент отдельно для обучающего наборов образцов и отдельно для проверочного набора образцов являются близкими к минимальным и одновременно близкой к минимальной является абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе, при этом в качестве калибровочной выбрана модель с оптимальным количеством главных компонент

В табл. 5 приведены значения среднеквадратичных ошибок отклонения (СКО) прогнозного значения выхода летучих веществ для образцов углей обучающего и проверочного наборов для каждого количества главных компонент, а также выделено значение оптимального количества главных компонент.

Таблица 5

Количество главных компонент Значения СКО выхода летучих веществ для образцов углей Разность значений СКО для обучающего и проверочного наборов Обучающего набора Проверочного набора 1 1,63 1,48 0,15 2 1,01 0,83 0,18 3 0,77 0,57 0,2 4 0,59 0,56 0,03 5 0,33 0,63 -0,3 6 0,29 0,72 -0,43 7 0,22 0,67 -0,45 8 0,17 0,72 -0,55

В качестве калибровочной выбирают модель с оптимальным значением количества главных компонент. В данном примере оптимальным является количество главных компонент, равное 4.

Оценка практической пригодности и точности сформированных моделей осуществляют путем сравнения полученных в результате осуществления заявленного способа расчетных значений выхода летучих веществ с известным значением, полученным традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55660-2013.

Для признания сформированной модели практически пригодной допустимым расхождением между указанными значениями для выхода летучих веществ является число 0,5%, установленное ГОСТ Р 55660-2013.

В табл. 6 представлены сравнительные данные значений выхода летучих веществ для соответствующих образцов углей, рассчитанных в результате осуществления заявленного способа и значений, полученных традиционным методом, предусмотренным ГОСТ Р 55660-2013.

Таблица 6

№ образца Определение выхода летучих веществ, % Расхождение между результатами ГОСТ и расчет, % Анализ по ГОСТ Расчет 1 21,54 21,89 -0,35 2 24,15 23,92 0,23 3 26,9 26,81 0,09 4 29,3 29,2 0,1 5 30,43 30,2 0,23 6 33,34 33,1 0,24 7 27,56 27,22 0,34 8 22,41 22,37 0,04 9 23,16 23,63 -0,47 10 28,57 28,14 0,43

Универсальность заявляемого способа заключается в возможности его применения для определения качества угля по нескольким показателям качества по одной исходной характеристике - пластометрической кривой.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет достичь технический результат, заключающийся в упрощении способа, универсальности способа.

Изобретение позволяет определять качество угля по таким, например, показателям, как выход летучих веществ, показатель отражения витринита, сумма фюзенизированных компонентов и др. Значения показателей качества угля используют при классификации углей, выявляя группы близких по свойствам углей с целью применения каждой группы в одном из нескольких технологических направлений. При определении качества угля осуществляют выбор показателя качества угля, подлежащий определению. Определяют значение выбранного показателя качества угля по предварительно сформированной методом главных компонент калибровочной модели расчета прогнозного значения выбранного показателя качества при оптимальном числе главных компонент, указывающем на размерность пространства моделирования. Получают калибровочную модель путем формирования из массива углей с известными значениями выбранного показателя качества угля обучающего набора углей в виде набора образцов углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения. Формируют проверочный набор углей из массива углей с известным значением выбранного показателя качества угля в виде набора углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения. Проверочный набор углей сформирован из образцов углей, не входящих в обучающий набор. Для каждого угля, входящего в обучающий и проверочный набор, получают пластометрические кривые по результатам пластометрического анализа. Пластометрический анализ заключается в определении изменения объема угля при заданной скорости нагревания угля под заданным давлением, определении отклонения от нулевого значения амплитуд пластометрических кривых в выбранных с заданной периодичностью точках, определении среднеквадратичной ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемой использованием значений амплитуд пластометрической кривой в моделях калибровки, образуемых при применении возрастающего количества главных компонент, указывающего на рост размерности пространства моделирования, для образцов как обучающего, так и проверочного наборов углей. Осуществляют построение моделей при увеличивающемся количестве главных компонент. Выбирают оптимальное количество главных компонент, в качестве которого выбирают меньшее количество главных компонент, при котором одновременно близкими к минимальным являются среднеквадратичная ошибка отклонения расчетной величины показателя качества угля от величины, измеренной стандартным методом, для обучающего набора, а также абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе, при этом в качестве калибровочной выбрана модель с оптимальным количеством главных компонент. Обеспечивается упрощение способа и возможность его применения для определения качества угля по различным показателям. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 пр.

1. Способ определения качества угля, включающий выбор показателя качества угля, подлежащий определению, последующее определение значения выбранного показателя качества угля по предварительно сформированной методом главных компонент калибровочной модели расчета прогнозного значения выбранного показателя качества при оптимальном числе главных компонент, указывающем на размерность пространства моделирования, получение калибровочной модели обеспечено путем формирования из массива углей с известными значениями выбранного показателя качества угля обучающего набора углей, в виде набора образцов углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения, формирования проверочного набора углей из массива углей с известным значением выбранного показателя качества угля в виде набора углей, в котором значения выбранного показателя качества возрастают от образца к образцу от минимального до максимального значения, проверочный набор углей сформирован из образцов углей, не входящих в обучающий набор, последующего получения для каждого угля, входящего в обучающий и проверочный набор, пластометрических кривых по результатам пластометрического анализа, заключающегося в определении изменения объема угля при заданной скорости нагревания угля под заданным давлением, последующего определения отклонения от нулевого значения амплитуд пластометрических кривых в выбранных с заданной периодичностью точках, определения среднеквадратичной ошибки отклонения расчетного значения величины показателя качества угля от значения, полученного стандартным методом, достигаемой использованием значений амплитуд пластометрической кривой в моделях калибровки, образуемых при применении возрастающего количества главных компонент, указывающего на рост размерности пространства моделирования, для образцов как обучающего, так и проверочного наборов углей, построения моделей при увеличивающемся количестве главных компонент, выбора оптимального количества главных компонент, в качестве которого выбирают меньшее количество главных компонент, при котором одновременно близкими к минимальным являются среднеквадратичная ошибка отклонения расчетной величины показателя качества угля от величины, измеренной стандартным методом, для обучающего набора, а также абсолютное значение разности между среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в обучающем наборе и среднеквадратичной ошибкой отклонения расчетной величины показателя качества угля в проверочном наборе, при этом в качестве калибровочной выбрана модель с оптимальным количеством главных компонент.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластометрический анализ осуществляют на аппарате Л.М. Сапожникова.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что построение моделей осуществляют при увеличивающемся от 1 до 8 количестве главных компонент.