提起煤炭行業(yè)，很多人的第一印象還是傳統(tǒng)、粗放、靠經(jīng)驗。然而近年來，隨著“雙碳”目標(biāo)、綠色礦山和智能化轉(zhuǎn)型的大背景，連煤炭這個“黑色產(chǎn)業(yè)”也開始追求高效率、精細(xì)化和自動化。

而在這些變化背后，一項來自物理實驗室的高精尖技術(shù)正在悄悄落地應(yīng)用，這就是——LIBS激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)。

聽起來很“硬核”?但其實，它離煤礦現(xiàn)場并不遙遠(yuǎn)，反而是解決許多老問題的“新鑰匙”。

什么是LIBS技術(shù)？一句話說清楚：

用激光打出等離子體火花，分析火花的光譜，就能知道物質(zhì)的成分和含量。

相比X射線、化學(xué)滴定等傳統(tǒng)方法，LIBS的優(yōu)勢在于：

無接觸，對樣品無破壞

無需或極少前處理

可以實現(xiàn)“邊檢測邊使用”

響應(yīng)時間極快，基本秒級出結(jié)果

能集成進(jìn)生產(chǎn)線、井下設(shè)備，實現(xiàn)自動化

聽起來就很適合礦山這種環(huán)境惡劣、流程復(fù)雜的場景對吧?

下面我們一個個來拆解，在煤炭行業(yè)里，LIBS到底“落地”在哪些環(huán)節(jié)，它是怎么應(yīng)用的，它解決了哪些痛點。

一、煤炭灰分在線檢測：實現(xiàn)實時質(zhì)量控制

應(yīng)用場景：洗選廠皮帶線 / 儲煤場 / 上料環(huán)節(jié)

灰分含量是評判煤炭品質(zhì)的重要指標(biāo)。灰分越高，燃燒效率越低，污染物排放越多。而傳統(tǒng)測定方法(如灼燒法)往往需要：

對樣品采樣、干燥、稱重

放入高溫爐中灰化

然后再稱重、計算

整個過程耗時數(shù)小時，且只能離線分析。

但在實際生產(chǎn)中，煤炭成分是動態(tài)變化的，摻配煤配比也需要實時調(diào)整，這就需要快速反饋的在線檢測手段。

LIBS的做法是這樣的：

在皮帶傳送線上布設(shè)激光頭;

實時掃描煤流表面，激光每次照射樣品打出等離子體;

光譜采集系統(tǒng)識別灰分特征元素(如Si、Al、Fe、Ca、Mg);

系統(tǒng)自動計算出當(dāng)前樣品的灰分含量;

數(shù)據(jù)可直接反饋給自動配煤系統(tǒng)，用于動態(tài)調(diào)整。

結(jié)果：可實現(xiàn)灰分秒級檢測、無接觸、無人值守，助力精細(xì)化洗選，提高熱值控制精度。

二、微量元素檢測：從環(huán)保到鍋爐保護(hù)都離不開它

應(yīng)用場景：入爐前質(zhì)控 / 脫硫脫硝評估 / 高溫腐蝕分析

煤炭中除了碳、氫、氧等主要成分外，還有很多“雜質(zhì)”元素，比如：

硫（S）：燃燒后產(chǎn)生SO?，影響環(huán)保達(dá)標(biāo);

氯（Cl）、鈉（Na）、鉀（K）：引起鍋爐結(jié)渣、腐蝕;

鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg）：影響灰熔點;

砷（As）、汞（Hg）等有毒元素：影響排放控制。

這些元素的種類和含量直接決定了煤的燃燒性能和環(huán)保特性。傳統(tǒng)檢測手段多數(shù)依賴ICP-MS、原子吸收等實驗室設(shè)備，檢測周期長，不適合現(xiàn)場質(zhì)控。

而LIBS能做到：

對粉末狀或塊狀煤直接進(jìn)行多元素同步檢測

檢出限達(dá)到ppm級別(高靈敏度)

可實現(xiàn)“實時掃描+地圖式分布”顯示煤樣元素分布

舉個例子：

火電廠可以用LIBS在上煤前檢測煤中的S、Cl、Na含量，如果超標(biāo)就自動提示調(diào)整摻配或加入脫硫措施，從源頭避免鍋爐高溫腐蝕和環(huán)保違規(guī)。

三、煤與矸石智能識別：輔助自動化分揀

應(yīng)用場景：井下煤矸分離 / 洗煤廠粗選 / 煤矸石再利用

過去的煤與矸石分選，多靠人工識別或基于密度的水洗工藝，問題包括：

水資源消耗大

效率低，精度差

煤矸混雜，影響煤質(zhì)

而LIBS具有對固體材料“秒掃”+“精準(zhǔn)識別”的能力，可以做到：

在煤矸混合物流中快速識別元素差異(如Al、Si在矸石中含量遠(yuǎn)高于煤);

利用AI+LIBS組成分類模型，實現(xiàn)自動判斷、分選動作;

在皮帶末端控制機(jī)械臂或氣動裝置進(jìn)行自動剔除。

實際案例：某大型煤企在井下采用LIBS+機(jī)械臂分選系統(tǒng)，識別精度高達(dá)95%以上，大幅提升精煤率、減少矸石污染。

四、構(gòu)建智能礦山：LIBS數(shù)據(jù)如何“喂給系統(tǒng)”

隨著煤礦智能化升級，“數(shù)據(jù)驅(qū)動”成為關(guān)鍵詞。

LIBS作為一個前端感知層工具，具備“邊測邊上傳”的特性，可無縫接入企業(yè)MES系統(tǒng)、質(zhì)檢系統(tǒng)、煤流控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)：

動態(tài)質(zhì)量地圖構(gòu)建：不同時間/批次的煤質(zhì)變化趨勢可視化;

數(shù)據(jù)閉環(huán)優(yōu)化：將檢測結(jié)果反饋到洗選、燃燒控制系統(tǒng);

設(shè)備協(xié)同控制：如與配煤倉、分選器等形成自動閉環(huán);

云端數(shù)據(jù)模型訓(xùn)練：LIBS采集的大量光譜數(shù)據(jù)可用于AI優(yōu)化識別算法，長期提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

這意味著：LIBS不僅是檢測工具，更是煤礦“智慧大腦”的數(shù)據(jù)入口。

五、總結(jié)：別小看這束激光，它能改變煤炭行業(yè)的效率底盤

曾經(jīng)我們以為煤炭行業(yè)只是機(jī)械+人力的結(jié)合，但技術(shù)浪潮已經(jīng)悄然改變行業(yè)面貌。

LIBS技術(shù)的出現(xiàn)，把煤炭分析從“實驗室”拉進(jìn)了“生產(chǎn)線”，從“化驗員”進(jìn)化為“算法助手”。

它不再是未來科技，而是現(xiàn)在已經(jīng)落地的工具：

可以幫你精細(xì)控煤質(zhì);

可以幫你減少水耗與誤差;

可以讓你的礦山更安全、更高效、更智能。

未來，隨著激光器性能提升、算法訓(xùn)練更深、行業(yè)接受度更高，LIBS將在煤炭、礦產(chǎn)、固廢、新能源等更多“傳統(tǒng)”領(lǐng)域大顯身手。

煤炭行業(yè)用激光？不僅能用，而且真香。

歡迎關(guān)注萊森光學(xué)，了解更多光譜知識。

萊森光學(xué)(深圳)有限公司是一家提供光機(jī)電一體化集成解決方案的高科技公司，我們專注于光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

審核編輯 黃宇