煤巖顯微組分熒光特征與激發(fā)時間的關系

張雅茹，白金鋒，靳立軍，李 揚，胡浩權,*

（1.大連理工大學 化工學院煤化工研究所精細化工國家重點實驗室,大連 116024；2.遼寧科技大學 化學工程學院,鞍山 114051）

在現代焦化工業(yè)中，搗固煉焦、頂裝煤煉焦工藝，特別是最近針對“雙碳”戰(zhàn)略目標開發(fā)的富氫高爐應用的高反應性焦炭制備技術等都需要精細化配煤作為支撐[1-3]。在采用現存的指標表征煤質時發(fā)現，某些煤樣間存在反射率指標相近，但黏結性差異較大；或黏結性相近，而焦炭熱態(tài)性能指標不一等問題。這些異?，F象說明現有的煤質參數難以滿足工業(yè)生產的需要。煤巖顯微組分熒光性質的研究，可以從原子核外層電子的運動狀態(tài)角度深入詮釋煉焦煤的性質，對煉焦煤性質的正確辨識與其微觀結構特性的深入認識是擴大煉焦煤資源，提高焦炭質量，降低生產成本的重要基礎，對實際生產具有重要的現實意義，煤巖顯微組分熒光分析成為現行煤質檢測指標的有利補充。

熒光是物質受紫外線照射時吸收足夠的能量，從穩(wěn)定的基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后所發(fā)射出的各種顏色及強度不同的可見光，當停止照射時，發(fā)射的光線也隨之很快消失。Van 等[4]利用紫外線輻照顯微鏡下的花粉和孢子，發(fā)現紫外線輻射下會導致不可逆的顏色、強度或光譜的變化，變化的幅度取決于暴露的時間、輻照波長和暴露物體的自身的化學性質，即使在幾秒鐘的間隔內，顏色也可能發(fā)生變化。熒光強度在紫外線照射下可能增加或減小，但也可能在先下降之后出現大的增加。Teichmuller 等[5]推測，這種變化是熒光物質光降解的結果。Teichmuller 等[6]在對烴源巖中的殼質組進行恒定波長的藍光激發(fā)后發(fā)現，不僅熒光強度隨激發(fā)時間變化，熒光顏色也會從深棕色變?yōu)榱咙S色，說明熒光波長也發(fā)生了明顯變化。Senftle 等[7]在后來的研究中也驗證了這一結論。Ottenjann[8]在對來自澳大利亞油頁巖的研究發(fā)現，油頁巖經過長時間的照射后，會有一種瀝青質液體從裂縫中滲出，此時熒光強度增強；當液體物質消失后，熒光強度減弱。成熟度不同的煤樣在長時間輻照后所發(fā)生的熒光變化行為有所不同。因此，激發(fā)時間是影響熒光強度變化的重要因素。

目前，文獻報道[9-14]及煤炭行業(yè)標準[15,16]中推薦的熒光分析技術采用的激發(fā)光源主要為100 W/200 W 的超高壓汞燈，激發(fā)波長從365-490 nm 變化不等，采用光電倍增管檢測固定波長的熒光強度。1990 年以后，陸續(xù)有學者將激光器作為激發(fā)光源引入到沉積巖的熒光研究中，該應用主要集中在石油化工領域烴源巖的研究[17-31]，關于煤焦化領域煉焦煤的熒光分析的報道卻不多。造成熒光分析方法在煤焦化行業(yè)應用受限的主要原因是儀器設備的精度低，實驗條件苛刻，實驗重復性差。

本論文以煉焦煤的合理利用為研究背景，在偏光顯微鏡的基礎上，構建了以360 nm 的全固態(tài)低噪聲紫外激光器作為激發(fā)光源，及光纖光譜儀為熒光信號捕獲裝置的新型原位激發(fā)顯微熒光檢測系統(tǒng)對煤巖顯微組分進行激發(fā)和檢測[32]。該裝置激發(fā)光源的最大功率密度由原先使用超高壓汞燈的200 mW/cm2提高到4423 mW/cm2，量子效率達到90%，與原先裝置相比提高70%；發(fā)射波長的檢測范圍由固定波長擴展到全波長0-1000 nm，保證了信號采集的完整性和準確性。通過分析激發(fā)過程中熒光強度、熒光色及光譜最大強度處的波長值隨時間的變化，確定表征組分熒光特征的最佳激發(fā)時間，為建立煉焦煤冷熱態(tài)熒光特征參數的表征方法以及熒光顯微分析在煤焦化領域的應用提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 煤 樣

實驗選用六種具有代表性的煉焦煤。1#和2#煤樣為分別來自新疆和黑龍江的反射率指標相同（Rmax=0.91%），而黏結性指標不同的煤樣，其中，1#煤樣的鏡質組表面吸附瀝青質等富氫成分；3#和4#煤樣為來自安徽淮北不同礦區(qū)的指標及黏結性指標相似的煤樣5#煤樣為新疆焦煤；6#煤樣為山西古交煤礦的瘦焦煤。

1.2 煤巖顯微組分的巖相分析

1.2.1 粉煤光片的制備

參照GB/T 16773—2008 煤巖分析樣品制備方法制備粉煤光片。為滿足不同測試條件下的煤巖顯微組分和熒光測定的需要，每種煤的光片均準備平行樣。對拋光后的樣品采用超聲波清洗器在水中進行清洗，避免拋光劑對熒光測定的影響。

1.2.2 煤巖顯微組分和礦物的含量分析

參照GB/T 8899—2013 煤的顯微組分和礦物測定方法，將粉煤光片壓片后置于顯微鏡載物臺上，采用50 倍物鏡（油浸）對樣品進行分析。本文中涉及的顯微組分討論是依據國家標準 GB/T 15588—2013《煙煤顯微組分分類》進行。測試結果如表1 所示。

表1 樣品煤巖顯微組分含量Table 1 Macerals contents of coal samples

由表1 可知，實驗選用的六種煤，鏡質組含量均較高，特別是1#、5#和6#煤，鏡質組含量超過85%，六種煤中均含有殼質組，其中，4#煤的殼質組含量最高為2.8%。

1.2.3 鏡質組反射率分析

鏡質組反射率測定采用GB/T 6948—2008。各種煤樣的鏡質組反射率分布圖見附錄圖1，主要參數如表2 所示。

圖1 煤巖顯微組分熒光強度測定裝置示意圖Figure 1 Device for measuring the fluorescence intensity of coal macerals

表2 煤樣鏡質組反射率分布Table 2 Vitrinite reflectance of coal samples

根據國家標準GB/T397—2022《商品煤質量煉焦用煤》中的規(guī)定，鏡質體隨機反射率變異系數C.V≤10，且鏡質體反射率分布圖無凹口的為單種煤，C.V>10 為配合煤。因此，選定的六種生產用煉焦煤中4#煤樣為配合煤；其他煤樣為單一煤層煤。

1.3 煤樣的工業(yè)分析、元素分析和黏結性分析

根據國家標準GB474—2008 制備實驗選用的六種煉焦煤煤樣。分別采用標準 GB/T 212—2008、GBT476—2001、GB/T 5477—2014、GB/T 479—2016 等方法進行煤樣的工業(yè)分析、元素分析、黏結指數、膠質層指數的測定，實驗結果如表3 所示。

表3 煤樣的工業(yè)分析、元素分析和黏結特性分析Table 3 Proximate analysis,ultimate analysis and caking properties of coal samples

從表2 和表3 可以看出，1#煤和2#煤幾乎有相同的鏡質組反射率指標，但揮發(fā)分含量及黏結性指標G值和Y值不同，1#煤樣的黏結性明顯好于2#煤樣，選取這兩種煤樣的目的是為了考察熒光強度指標對黏結性反應的靈敏度；3#煤和4#煤的黏結性較好，兩者的反射率指標、揮發(fā)分、黏結性指標均相似，而小焦爐實驗（附錄表1）表明，此兩種煤樣的焦炭熱態(tài)性能差異很大，說明反射率、揮發(fā)分和黏結性指標對煤樣的辨識度存在不足，選取這兩種煤樣的目的是為了考察熒光強度指標對制得焦炭熱態(tài)性能反應的靈敏度；5#煤屬于25 號焦煤，與3#和4#煤相比，5#煤的黏結性指標G值略高，Y值和揮發(fā)分更低，變質程度更高；6#煤的黏結指數G為85，Vdaf為19.61%，膠質層指數14.6 mm，含硫量為1.54%，屬于15#焦煤。

1.4 煤巖顯微組分的熒光性質分析

在自行設計并組裝的激光誘導熒光顯微系統(tǒng)（Laser induced fluorescence microscopy system 簡 稱LIFM）（圖1）中,以360 nm 的低噪聲紫外激光器作為激發(fā)光源，分別使用了海洋光學QE65pro 熒光光譜儀和“Axioskop”40a Pol 偏光顯微鏡進行激光誘導熒光的測量與觀察。為了避免香柏油對熒光測量的影響，實驗采用干物鏡，觀察介質為空氣，放大倍數為50，數值孔徑為0.85。

為避免雜散光進入光路，整個激發(fā)和光信號采集過程均在暗室內完成，測定前扣除暗背景。測定過程中保持室內溫度恒定（25 ℃）、入射光功率密度穩(wěn)定在4400 mW/cm2。光纖光譜儀同步采集并記錄煤巖顯微組分的熒光的信息，采集為0-1000 nm 的全波長。在光譜圖中可以讀取的參數有熒光強度，光譜最大強度處的波長λmax等信息。在目標樣品拋光表面上通過系統(tǒng)中的偏光顯微鏡選取典型的巖相組分作為測試點。根據煤巖組分含量，每個光片中鏡質組和惰質組的測定點數不少于10 個，殼質組由于含量較少，采用灌制雙片的方法保證測定點數在5-10 個。每3 s 記錄一次組分的熒光光譜，每個測量點在15 s 內共記錄五次的熒光信號參數。對每個組分的所有測定點的光譜測試結果求取平均值作為最終結果。重復實驗結果（附錄3）表明，同一煤樣中不同惰質組組分在相同激發(fā)時間的光譜最大強度處的波長、熒光強度重現性良好。

2 結果與討論

煤巖顯微組分經激光激發(fā)后產生的熒光強度受自身化學組成、激發(fā)時間、溫度等因素的影響。為了確定描述組分熒光特性的最佳激發(fā)時間，研究激發(fā)時間對組分自發(fā)熒光的影響，選取具有代表性煤巖顯微組分作為樣本，在室溫條件下進行長時間不間斷激發(fā)，確定表征各組分熒光特性的最佳激發(fā)時間，利用六種煉焦煤樣進行驗證，最終確定測定煤巖顯微組分熒光強度的最佳時間條件。

2.1 激發(fā)時間對煤樣中各顯微組分熒光特性的影響

以1#煤為例，研究激發(fā)時間對煤中各顯微組分熒光特性的影響。圖2 為鏡質組拋光表面及最大熒光強度和對應波長隨時間的變化。

圖2 鏡質組拋光表面（干物鏡“Epiplan” LD 50×/0.50,反射光）（a）以及最大熒光強度（b）及對應波長（c）隨時間變化Figure 2 Vitrinite on the polished surface (objective "Epiplan"LD 50×/0.50 under normal reflected light) (a),variation of maximum fluorescence intensity (b) and corresponding wavelength (c) with time

由圖2（b）和（c）中可以看出，其熒光特征信號在15 s 時，最大熒光強度為58.56，其對應波長為581.60 nm，此時熒光色為黃色。隨著激發(fā)時間的延長，熒光強度略有降低，在達到最低點后開始緩慢上升，并在激發(fā)3885 s 時熒光強度達到最大值為128.34，最大熒光強度對應的波長發(fā)生“紅移”，為653.15 nm，熒光色由最初的黃色變?yōu)榧t色。有研究表明，顯微組分中存在能級結構相似的發(fā)光團，分子間的偶極相互作用，使激發(fā)態(tài)分子（給體分子）可在遠大于分子碰撞直徑的距離（可達5-10 nm）內將激發(fā)能傳遞給另一發(fā)光團（受體分子），而F?rster 共振偶合能量轉移效應可使熒光效率降低，光譜發(fā)生紅移[33]。

對殼質組，其拋光表面及最大熒光強度和對應波長隨時間變化如圖3 所示。

圖3 殼質組拋光表面（干物鏡“Epiplan” LD 50×/0.50,反射光）（a）以及最大熒光強度（b）和對應波長（c）隨時間變化Figure 3 Liptinite on the polished surface (objective "Epiplan"LD 50×/0.50 under normal reflected light) (a),variation of maximum fluorescence intensity (b) and corresponding wavelength (c) with time

由圖3 可知，殼質組激發(fā)15 s 時的最大熒光強度為143.39，隨著激發(fā)時間的延長，熒光強度整體呈現下降的趨勢，在535 s 時最大熒光強度衰減到80 左右，繼續(xù)激發(fā)熒光強度升高，直到1080 s時熒光強度逐漸趨于平穩(wěn)達到160 左右。而且隨著激發(fā)時間的延長，最大熒光強度處的波長出現了“紅移”，熒光從橙紅色轉變?yōu)榧t色。

對惰質組，其拋光表面及其最大熒光強度和對應波長隨時間變化如圖4 所示。

圖4 惰質組拋光表面（干物鏡“Epiplan” LD 50×/0.50,反射光）（a）及其最大熒光強度（b）和對應波長c）隨時間變化Figure 4 Inertinite on polished surface of (objective “Epiplan” LD 50×/0.50 under normal reflected light) (a),and variation of maximum fluorescence intensity (b) and corresponding wavelength (c) with time

如圖4 所示，樣品在15 s 時的最大熒光強度為94.16，其對應波長為577.73 nm，并呈現淡黃色熒光。隨著激發(fā)時間的延長，最大熒光強度出現衰減，并在激發(fā)1650 s 時達到最低點，此時最大熒光強度為39.39，繼續(xù)激發(fā)后最大熒光強度出現了小幅回升，在3105 s 基本趨于平緩，熒光強度在62.13-63.41 波動，其值變化較小。且在整個激發(fā)過程中，持續(xù)發(fā)出淡黃色的熒光，熒光峰在波長為582 nm 附近波動。

2.2 煤巖顯微組分熒光特征表征的激發(fā)時間的確定

文獻報道及煤炭行業(yè)標準MT/T 595—1996煤顯微組分熒光光譜測定方法[15]及MT/T 595—1996 煤顯微組分熒光強度測定方法[16]中關于熒光強度的表征方法均采用650 與500 nm處相對強度的比值(Qs)來表征煤巖顯微組分的熒光強度特征。650 與500 nm 的熒光信號均為樣品本身的信號強度，需要借助已知熒光強度值的鈾酰玻璃標準片相比較得到的相對熒光強度，實驗過程較為繁瑣。本實驗在對每個顯微組分受激發(fā)時產生的熒光光譜分析發(fā)現，除了自身發(fā)射的熒光峰外，在激發(fā)光源波長附近364 nm 處都出現一個峰，該峰為光纖采集到的激發(fā)光源的反射光信號。在測定過程中可以通過控制環(huán)境溫度、調整光源電流值及利用功率標定等措施，確保激發(fā)光源的入射強度值的穩(wěn)定。采用待測顯微組分光譜最大熒光強度值與364 nm 波長處的光信號的強度值相比，得到測試樣品的相對熒光強度特征值。此方法明顯簡化了實驗過程，提高了測試效率。計算方法如公式（1）：

式中，RFIi是激發(fā)時間為i內的平均相對熒光強度，a.u；FIi是指樣品受激發(fā)時間為i時的熒光強度值,counts;FI364是激發(fā)波長364 nm 處的光信號強度值,counts。

表4 為不同煤巖顯微組分熒光參數對照表，而圖5 是對不同激發(fā)時間下煤巖顯微組分平均相對熒光強度。對比不同煤巖顯微組分在15 s 內的平均相對熒光強度RFI15、激發(fā)750 s 內的平均相對熒光強度RFI750及由從初始態(tài)到平穩(wěn)態(tài)全過程平均相對熒光強度RFIA發(fā)現，對于RFI15值，鏡質組為30.50，殼質組為34.50，而惰質組為1.85，即殼質組的RFI15值最大，而惰質組的較其他兩個組分弱得多；對于RFI750值，鏡質組為26.93，殼質組為41.43，惰質組為1.59，三個組分在750 s 處的相對熒光強度值的變化規(guī)律與15 s 時的相對熒光強度變化規(guī)律一致。

圖5 不同激發(fā)時間煤巖顯微組分相對熒光強度Figure 5 Relative fluorescence intensity of coal macerals under different excitation time

表4 樣品煤巖顯微組分熒光參數對照表Table 4 Comparison of fluorescence parameters of coal macerals

從激發(fā)時間對不同煤巖顯微組分的自發(fā)熒光強度的最終影響結果，惰質組的初始態(tài)(15 s 時)熒光強度值為94.16，鏡質組為58.56，殼質組為143.39。殼質組表現出最強的熒光性，這與傳統(tǒng)上對顯微組分熒光性質的認知相符，而惰質組的強度值反而高于鏡質組的強度值，與已知的顯微組分熒光性質的認知相反，造成該現象的原因主要是在未做校準的情況下，樣品表面反射光的強度對熒光強度的采集造成了干擾，因此，可以采用相對熒光強度的方法，來排除該影響。

對比不同激發(fā)時間的相對熒光強度值可以發(fā)現，鏡質組的RFI15值為30.50，RFI750值為26.93，RFIA值為22.85；殼質組的RFI15值為34.50，RFI750值為41.43，RFIA值為25.66；惰質組的RFI15值為1.85，RFI750值為1.59，RFIA值為1.42。從整體的變化趨勢，長時間的激發(fā)會導致熒光強度的降低，但對于不同顯微組分的變化并沒有一致的規(guī)律性，有的組分先增后降（如樣本中的殼質組）；有的是持續(xù)降低（如樣本中鏡質組和惰質組）。

從相同激發(fā)時間比較不同顯微組分的相對熒光強度均呈現出相同的規(guī)律，即殼質組相對熒光強度>鏡質組相對熒光強度>惰質組相對熒光強度。說明相對熒光強度對煤巖顯微組分的響應較為敏銳，可以區(qū)分不同煤巖顯微組分。從區(qū)分煤巖顯微組分的類別及實際工業(yè)應用的可操作性角度，可選擇初始態(tài)的相對熒光強度RFI15作為表征同一煤樣中的不同顯微組分的參數，但對于不同變質程度煤樣的區(qū)分度還需要進一步實驗驗證。

2.3 不同煤中煤巖顯微組分熒光特征隨激發(fā)時間的變化規(guī)律

為了進一步考察不同激發(fā)時間煤中顯微組分的熒光強度及對應波長變化，對六種煉焦煤的顯微組分進行熒光分析。圖6 為對鏡質組的分析結果。

圖6 六種煤樣中鏡質組熒光強度及對應波長隨激發(fā)時間的變化Figure 6 Vitrinite fluorescence intensity and corresponding wavelength of different coal samples with time 1# (a),2# (b),3# (c),4# (d),5# (e),6# (f)

由圖6 可以看出，對不同變質程度煤樣的鏡質組，隨著激發(fā)時間的延長，熒光強度（除了2#煤）呈現下降趨勢，最大熒光強度對應的波長逐漸向長波長方向移動。隨著變質程度的提高，其相對熒光強度RFI值減?。▓D7(a)），而最大熒光強度對應的激發(fā)波長則隨變質程度增加而增加（圖6）。這是由于隨著煤樣的成熟度的增強，芳構化作用和縮聚作用增強，芳環(huán)中的π 電子體系的π 電子離域化增強，使分子軌道中的最高占有軌道的能量升高，而最低空軌道的能量降低，導致成鍵軌道與反鍵軌道的能級差減小，相應地熒光頻率降低，波長增加[5]。1#煤和2#煤樣鏡質組平均最大反射率Rmax相同，但1#和2#煤樣的RFI15值分別為65.20 和40.63，1#煤樣的熒光波長小于2#煤樣的熒光波長，表現出不同的熒光特性，而這種熒光特征與這兩種煤工藝性能指標（G、Y值）測定結果相吻合。熒光性強的鏡質組，多存在于富含瀝青的煤中，這種煤多與海相或鈣質沉積有關，含有豐富的基質鏡質體，并以氫含量高為特點。這種煤在煉焦時，軟化早且可塑性強，甚至在低煤化階段就顯示出良好的黏結性，顯然這與瀝青化作用的影響有關。煤中瀝青質的產生，促進了煤化作用中的成巖凝膠化，從而使煤具有較好的結焦性。

圖7 六種煤中的煤巖顯微組分相對熒光強度隨激發(fā)時間的變化Figure 7 RFI alterations of vitrinites (a),liptinites (b),inertinites (c) with time of six coal samples

對六種煉焦煤的殼質組進行熒光分析，考察煤中殼質組的最大熒光強度及對應波長隨激發(fā)時間的變化。實驗結果如圖7(b)和圖8 所示。

圖8 六種煤樣中殼質組熒光強度及對應波長隨激發(fā)時間的變化Figure 8 Liptinite fluorescence intensity and corresponding wavelength of different coal samples with time,1# (a),2# (b),3# (c),4#(d),5# (e),6# (f)

殼質組屬于易發(fā)熒光組分，由圖8 可知，其熒光強度明顯高于同一煤樣中鏡質組的熒光強度。采用相對熒光強度進行分析發(fā)現，150 s 內的六種煤樣殼質組的RFI值均較為穩(wěn)定（圖7(b)）。1#煤樣的相對熒光強度值高于相似變質程度的2#煤樣，說明由于成煤植物不同，導致分子結構上的差異，1#煤樣的殼質組相較于2#煤更易發(fā)熒光。此外，即使是相同類型組分，來源不同的煤其熒光特征也會存在差異。如圖7(b)所示，1#到6#煤樣，隨著變質程度的逐漸增加，相對熒光強度值逐漸降低。

對選定的六種煤中的惰質組進行不少于150 s連續(xù)激發(fā)，觀察最大熒光強度及其對應波長隨激發(fā)時間變化。實驗結果如圖7(c)和圖9 所示。

圖9 六種煤樣中惰質組熒光強度及對應波長隨激發(fā)時間的變化Figure 9 Inertinites fluorescence intensity and corresponding wavelength of different coal samples with time,1# (a),2# (b),3# (c),4# (d),5# (e),6# (f)

由圖7(c)和圖9 可以看出，與相同變質程度的鏡質組和殼質組相比，惰質組的相對熒光強度值明顯較低（圖7(c)），且基本呈現出變質程度越高的煤，其惰質組的相對熒光強度越低的規(guī)律。研究表明[34]，與鏡質組相比，惰質組中含有較多的“類石墨”結構（或稠環(huán)芳烴層），芳環(huán)縮合程度更高，芳香層片在空間的排列更規(guī)則，相互定向的程度也優(yōu)于鏡質組。惰質組在低變質程度階段就有較高的芳香結構比例，使得惰質組芳構化程度隨煤化程度的提高不如鏡質組顯著。因熒光大多是由具有流動性的小分子熒光分子團產生，而在變質程度較低的煙煤中，惰質組芳構化程度最高，芳香層片在空間的排列更規(guī)則，這種結構導致分子中流動相含量較少，使其受到激發(fā)后產生的熒光強度較弱。在惰質組的熒光激發(fā)光譜中的激發(fā)波長位置處均會出現一個波峰（附錄圖1），這種現象的出現與惰質組的結構有很大的關系。惰質組結構致密，表面的光亮程度較高，對激發(fā)光的反射能力較強，因此，在激發(fā)波長處產生較高的峰信號，這個峰也成為惰質組的激發(fā)譜圖的一個基本特征。而RFI值隨激發(fā)時間的變化并不明顯，因此，惰質組熒光測定的最佳時間也可確定為15 s。

綜合以上分析，對不同變質程度煤的熒光分析過程中，各組分的自發(fā)熒光強度和相對熒光強度均顯現出相同的規(guī)律：即殼質組的熒光強度>鏡質組的熒光強度>惰質組的熒光強度。從相對熒光強度隨激發(fā)時間的整體的變化趨勢，長時間的激發(fā)會導致自發(fā)熒光相對強度的降低。激發(fā)時間為15 s 內的平均相對熒光強度RFI15對不同變質程度煤樣的不同顯微組分的區(qū)分度良好，因此，從工業(yè)應用的角度，為了便于比較，可以選取15 s作為表征顯微組分熒光強度的最佳激發(fā)時間。

2.4 不同煤多組分的相對熒光強度（RFIM) 隨激發(fā)時間的變化

利用各種煤的顯微組分在激發(fā)時間15 s 內的平均相對熒光強度，采用多組分的相對熒光強度（RFIM）指標研究六種煉焦煤的熒光特性與工藝性質之間的關系，發(fā)現煉焦煤的多組分相對熒光強度與黏結性指標具有較好的對應關系。多組分的相對熒光強度（RFIM）根據公式(2)計算：

式中，RFIV、RFII和RFIL分別代表鏡質組、惰質組和殼質組的相對熒光強度；V%、I%和L%分別為煤樣中鏡質組、惰質組和殼質組的含量。

多組分熒光強度RFIM與值總體呈負相關性。與反射率指標顯現的規(guī)律所不同的是，1#煤樣和2#煤樣具有相同的但RFIM差值為29.41，兩者差異明顯。由表3 的元素分析結果可知，煤樣的RFIM值隨著煤的H/C 原子比的降低而降低，說明氫含量高的煤樣的熒光性也較高。由圖10 可知，1#煤樣的RFIM值為60.21，2#煤樣的RFIM值為30.80，對應的H/C 原子比分別為0.81 和0.75，這與Teichmüller 等[5]提出的氫含量不僅會影響熒光波長的位置，隨著氫含量的降低，熒光強度也會下降的結論一致。推測1#煤樣的活性組分表面或縫隙中吸附氫含量較高的瀝青質，在受到紫外輻照后產生了次生熒光，因而，顯現出高于2#煤樣的熒光性質。隨著變質程度的提高，煤樣的RFIM值與H/C 原子比表現出較好的相關性，反映出多組分熒光強度指標對煤樣的富氫程度有很好的響應。

圖10 多組分熒光強度RFIM 與值關系Figure 10 Relationship between RFIM and

由圖11 可以看到，反射率相同的1#和2#煤樣，具有較高RFIM值的1#煤樣有較好的黏結性指標G值；對于平均最大反射率比較接近的3#和4#煤樣的RFIM與對應的黏結性指標有相似變化趨勢；5#煤的變質程度略低于6#煤樣，黏結指數值較6#煤高9 個百分點，而5#煤的RFIM值也高于6#煤樣5.7%。研究結果表明，在煤化過程中，煤的流動相的發(fā)育不僅影響其熒光性，也決定了煤的熱塑性質，熒光性較好的煤其氫含量較高，有利于穩(wěn)定熱解過程中產生的游離基，而生成熱穩(wěn)定性好的膠質體，從而提高其黏結性。從圖中可以發(fā)現，與煤樣的鏡質組最大平均反射率相比，RFIM值在衡量煤的工藝指標（G值）時具有更優(yōu)的指導作用，可作為煤巖配煤的質量指標的補充。

圖11 多組分相對熒光強度RFIM 與G 值關系Figure 11 Relationship between RFIM and G index

3 結論

通過對六種不同變質程度煉焦煤的顯微組分的原位激發(fā)，研究其熒光強度和最大激發(fā)波長位置與激發(fā)時間之間的關系，得到的主要結論如下：

通過對比各煤巖顯微組分不同激發(fā)時間的相對熒光強度指標RFI15與RFI750和RFIA值發(fā)現，激發(fā)15 s 內的平均相對熒光強度可以很好地對不同顯微組分及煤的變質程度進行區(qū)分，因此，從工業(yè)應用的角度，為了便于比較，可以選取15 s 作為表征顯微組分熒光強度的最佳激發(fā)時間，并選取各組分15 s 內的平均相對熒光強度作為計算煤的多組分熒光強度(RFIM)的參數。

探究六種煉焦煤的RFIM值與Rmax的關系發(fā)現，RFIM值不僅能夠很好地反映出其變質程度上的差異，還可以反映煤樣大分子結構上的差異，氫含量高的煤樣其熒光強度也較高，特別是對于反射率相同的1#和2#煤樣及反射率及黏結性指標相近的3#、4#煤樣的RFIM值的區(qū)分度明顯，因此，從還原性的角度，RFIM值可以作為傳統(tǒng)的煤質指標評價的有力補充。