专利名称：煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量ct表征方法
技术领域：
本发明涉及一种煤炭样品的可视化表征技术，具体是一种煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量CT表征方法。
背景技术：
目前煤炭样品的可视化表征技术主要包括扫描电镜法，X射线CT成像法，核磁共振法等。上述方法在表征煤炭样品的三维结构时各有优缺点。扫描电镜法结合能谱分析可以提供较为准确和高分辨率的煤炭样品组分二维分布图，但是在获取三维图像过程中必须对煤炭样品进行物理切片。在切片过程中煤炭样品的原始物理结构将不可避免地被破坏。核磁共振法可以无损地得到煤炭样品的三维结构图，但是该方法在煤炭样品定量表征方面尚存在较大困难。另外核磁共振成像法成像需要时间长，针对煤炭样品复杂的组分成分及结构，核磁共振多用来表征煤炭样品中孔隙的三维分布，对矿物的分布及组分的鉴别显得无能为力。X射线CT扫描法因其快速、无损、三维可视化的突出优点，已经被广泛用于医学及材料研究领域。目前存在的定量CT方法主要有双能量法和图像阈值分割法。基于这两种方法，广大学者也利用X射线CT对煤炭样品物理结构进行了大量表征。但是目前仍存在一些无法克服的困难。在对煤炭样品扫描图片进行分析时，一个关键的问题就是如何建立重构后切片上各点的X射线吸收系数与扫描样品物理组分之间的关联。首先，由于不同的矿物组分可能具有相似的吸收系数，在CT切片上将这些吸收系数相近的组分相互区分开非常困难。其次，CT装置的分辨率严重制约了 CT技术在煤炭样品组分可视化表征领域的应用。煤炭样品中存在许多小于CT分辨率的孔隙或矿物颗粒，这使得CT重构切片上的每个像素点尺寸内可能包含多种组分，使得这个点的灰度值代表了这些组分的平均X射线吸收系数，这势必为根据CT图像灰度值获得材料组分增加困难，也就是所谓的“部分体积效应”。另一方面，虽然通过提高CT的分辨率可以在一定程度上降低部分体积效应的影响，但是随着分辨率的提高，样品尺寸会锐减，严重影响样品的统计代表性。
发明内容
本发明为了弥补现有煤炭样品的可视化表征技术存在的缺陷，提供了一种煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量CT表征方法。本发明是通过以下技术方案实现的煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量CT表征方法，包括如下步骤第一步、煤炭样品的取样及预测试于煤炭样品上相邻区域切割选取用于煤质分析、总孔隙率测试的第一煤炭样品，以及用于CT实验的第二煤炭样品，取样要保证样品(第一煤炭样品和第二煤炭样品)物相组成均匀；通过实验手段获得第一煤炭样品煤质测试数据，所述煤质测试数据包括煤炭样品中灰分含量、灰分成分及含量、有机元素成分及含量、总孔隙率，根据煤质测试数据推断第一煤炭样品组分、各组分体积分数，所述的组分是由孔隙、煤基质和不同矿物成分构成的；第二步、第二煤炭样品各组分的X射线吸收特性分析根据公式(I)计算不同X射线能量下第二煤炭样品中各矿物与煤基质的X射线吸收量的比值，
权利要求
1.煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量CT表征方法，其特征在于，包括如下步骤 第一歩、煤炭样品的取样及预测试于煤炭样品上相邻区域切割选取用于煤质分析、总孔隙率测试的第一煤炭样品，以及用于CT实验的第二煤炭样品，取样要保证样品物相组成均匀；通过实验手段获得第一煤炭样品煤质测试数据，所述煤质测试数据包括煤炭样品中灰分含量、灰分成分及含量、有机元素成分及含量、总孔隙率，根据煤质测试数据推断第一煤炭样品组分、各组分体积分数，所述的组分是由孔隙、煤基质和不同矿物成分构成的；第二步、第二煤炭样品各组分的X射线吸收特性分析根据公式(I)计算不同X射线能量下第二煤炭样品中各矿物与煤基质的X射线吸收量的比值，
2.根据权利要求1所述的煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量CT表征方法， 其特征在于，第四步中进行的CT实验是在同步辐射或能提供良好单色X射线的装置上进行的。
全文摘要
本发明涉及一种煤炭样品的可视化表征技术，具体是一种煤炭样品组分分布及物理结构可视化的定量CT表征方法，括如下步骤第一步、煤炭样品的取样及预测试；第二步、第二煤炭样品各组分的X射线吸收特性分析；第三步、剩余部分矿物X射线吸收特性分析；第四步、煤炭样品的CT实验；第五步、建立数学模型，对CT切片进行数值分析；第六步、定量可视化表征。本发明所述的CT表征方法采用多个单色X射线实验能量下获得的CT数据联合分析，通过在单个CT体元上建立数据模型，探测到CT图片上小于CT分辨率尺寸的组分信息，使得煤炭样品的组分分布特征和物理结构可视化结果更加准确。
文档编号G01N23/06GK102980902SQ201210505069
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者王海鹏, 杨玉双, 杨建丽, 聂一行, 贾晶 申请人:山西大学