煤礦輸送帶中部采樣機精密度與偏倚試驗研究

紀長順，戴昭斌，任祥軍

安徽省煤炭科學研究院 安徽合肥 230041

輸 送帶中部采樣機是一種煤炭采樣、制樣的自動控制系統，可以有效減小人工采樣的誤差，從而保證煤炭檢測結果的客觀性和準確性[1]。在煤質檢驗的主要環節中，采樣影響占 80%、制樣和化驗占 20%[2]，由此可見采樣在煤質檢驗中的重要性。近年來隨著煤炭貿易的快速發展，商品煤的機械化采取樣品在各產煤礦區的普及率越來越高，并有逐步取代人工采樣的趨勢。做好煤炭樣品的機械化取樣工作，確保結果的可靠性與準確性直接關系到礦方的經濟利益，有助于維護煤炭貿易的公平公正性。

針對安徽皖北某礦區新投用的輸送帶中部采樣機，依據標準對設備開展了精密度和偏倚性能試驗，并對測試結果進行了數據分析，以確認其采取樣品是否具有代表性。該測試為設備順利通過礦方組織的驗收提供了可靠的依據。

1 采樣機介紹

1.1 技術參數

該礦區煤炭采樣機系統主要包括采樣和制樣 2個部分，為一級破碎、一級縮分設備。在設備采樣環節，重點在于初級采樣頭開口尺寸的符合性，以及設備能否采取有效的全斷面煤樣。在制樣環節，要求采樣設備破碎機的功率具有匹配性，能實現連續作業，并將樣品破碎至目標粒度，對破碎后的樣品則要求縮分器能實現樣品煤流的均勻縮分。采樣設備主要技術參數如表 1所列。

表1 采樣機主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of sampler

1.2 采樣作業原理

采樣流程如圖 1所示。裝設在礦區主輸煤輸送帶中部的初級采樣頭，按設定的時間間隔，通過刮板旋轉 1周的方式截取 1個完整的煤流斷面。采取的樣品由一級給料機供入破碎機，經破碎后，由二級給料機送入旋轉縮分機，經縮分機縮分后留樣進入樣品收集器，棄樣由斗提機輸送至主輸煤輸送帶。

圖1 采樣流程Fig.1 Sampling process

2 采樣機精密度試驗

2.1 試驗方法

對已有的采樣機系統，開展精密度測試可用于核對取樣方案能否滿足精密度的要求，并測定出采樣機精密度的具體數據[3]。測試選用例行采樣程序雙倍子樣數雙份采樣方法，從每一采樣單元采取正常子樣數2倍的子樣，交替收集合并成雙份試樣，每份由n0個子樣構成，直到從一批煤或同一種煤的若干批中采取至少 10對雙份試樣[3]。

2.2 試驗程序

采用礦方干基灰分約 29% 的篩選煤，采樣單元煤量約 2 000 t，初級子樣采取間隔為 90 s，縮分機縮分間隔為 3 s，具體步驟如下：

(1) 在采樣機系統正常工作狀態下，按設定采樣程序，采取雙倍數目子樣。采取的每個子樣分別通過采樣機制樣系統，將通過制樣系統后的留樣按奇偶數目分別合并為 2個試樣，分別標記為“單”樣和“雙” 樣，即完成 1對試樣的采取。

(2) 重復上述操作，共收取 10組試樣對。

(3) 將收取的試樣對按 GB/T 474—2008的規定進行樣品制備，分別測出水分Mad和空干基灰分Aad，并計算出干基灰分Ad。

2.3 試驗數據與結果分析

精密度測試數據如表 2所列。

表2 精密度測試數據Tab.2 Precision test data

依據 GB/T 19494.3—2004對數據進行分析處理，過程如下：

(1) 期望精密度P期望的確定 由表 2數據可知，單雙樣的干基灰分平均值為 29.44%，所以期望精密度P期望＝1.60%。

(2) 采樣精密度波動范圍 已知試樣對數np＝10，d為單雙樣的差值，計算干基灰分標準差

在 95% 置信概率下，單個采樣單元精密度

由 GB/T 19494.3附表 1可知，np＝10時，精密度上限和下限因數分別為aU＝1.75，aL＝0.70。因此單個采樣單元的精密度上、下限分別為

該批煤的真實采樣精密度在 95% 置信概率下，波動范圍為 0.53%～ 1.33%。

(3) 判斷 由于P預期＝1.60%，P預期＞(aUP)，說明采樣精密度優于預期 (標準) 要求。

2.4 精密度試驗結論

按照 GB/T 19494.3—2004開展試驗，對于測試煤種所選用的方案，采樣機精密度優于標準要求。

3 偏倚試驗

3.1 試驗方法

采樣機偏倚試驗基本原理是對同種煤采取一系列成對試樣，一個用采樣機系統采取，另一個用參比方法采取，然后測定每對試樣的干基灰分值，并求出試驗結果的差值，對差值進行統計分析，最后用t檢驗進行判定[3]。對移動煤流采樣機的全系統偏倚試驗最好采用急停輸送帶采樣法。試驗步驟如下：

(1) 試驗用煤準備 同種篩選煤，干基灰分約為 26%，標稱最大粒度為 50 mm。

(2) 試樣對采取 試驗前先用采樣機系統進行 2～3次采樣，進行系統沖洗，后調整采樣機為手動采樣狀態，在煤流基本穩定條件下，手動采樣頭在輸送帶煤流中采取一初級子樣，并通過采樣機制樣分系統，分別收集采樣機的留樣和棄樣。采樣機系統采樣后立即停止輸送帶，在靠近采樣機點且煤流未被擾亂的位置，用開口尺寸不小于標稱粒度 3倍的采樣框采取人工參比樣。采樣機系統采取的樣品和參比樣便構成 1對試樣，重復上述操作，采取 40對試樣。

(3) 試樣制備與化驗 分別將所有的機采樣和參比樣制備成一般分析試驗煤樣[4]，進行水分Mad和空干基灰分Aad測定，計算出干基灰分Ad。

3.2 試驗分析

采樣機系統灰分偏倚試驗數據如表 3所列。依據GB/T 19494.3—2004對數據進行結果分析。

(1) 離群值檢驗 由表 3所列數據可知，Σd2=18.173 9，灰分差的可疑值來自第 23組樣品，dmax＝-1.35%，則科克倫最大方差準數

依據 GB/T 19494.3—2004表 9可知，C0.05,40＝0.294。因C≤C0.05,40，此數值非離群，應保留。

(2) 參比樣品灰分 參比樣灰分平均值Ad＝26.19%。

(3) 差值獨立性檢驗 根據差值獨立性檢驗規定，求得運算群數r值為 18，正號數n1為 20，負號數n2為 20。由 GB/T 19494.3—2004表 13可知，顯著性下限值L=16，上限值u=26，可知L≤r≤u。說明機采樣和參比樣間干基灰分的差值具有相互獨立性。

(4) 最大允許偏倚確定 經礦方確認，灰分最大允許偏倚B(干基灰分) 為 0.80%。

(5) 樣本容量核對 由表 3所列數據可知，機采樣和參比試樣干基灰分差值d的標準差Sd計算如下：

式中：n為試樣對數。

試樣因數

表3 灰分偏倚試驗數據Tab.3 Ash content bias test data

依據 GB/T 19494.3—2004表 10查得試驗所需最少試樣對數nPR＝12。因為實際試樣對數nP＞nPR，所以試驗所采 40對樣品滿足標準要求，可進行統計分析。

(6) 灰分偏倚評定 由表 3所列數據，機采樣與參比樣灰分差值的平均值由于d＜B，所以可進行以下檢驗：

①灰分顯著性偏倚檢驗

自由度＝nP-1＝39，由 GB/T 19494.3—2004表12查得自由度為 39時，單尾值tβ=1.685，則d和B間差值統計量

由于tnz＞tβ，故灰分偏倚顯著小于B＝0.80%，即試驗結果證明不存在實質性偏倚。

由 GB/T 19494.3—2004表 12查得自由度為 39時，雙尾值ta=2.023。因tz＜ta，證明差值平均值與零無顯著性差異，采樣設備可接受為無偏倚。

3.3 偏倚試驗結論

相對于干基灰分最大允許偏倚 0.80%，采樣機不存在灰分實質性偏倚；機采樣灰分與參比樣灰分差值的平均值與零無顯著性差異，采樣機可接受為無灰分偏倚。

4 結語

通過對礦用輸送帶中部采樣機進行精密度和偏倚試驗，結果表明該礦區新投用的采樣機系統精密度和偏倚值均符合國家相關標準要求，采樣結果可作為煤炭貿易相關方的結算依據。隨著機械采樣系統的投用，有效降低了采樣人員的勞動強度，減少了人為因素對采樣結果的干擾，有利于確保取樣的客觀公正性。在礦區進行機械化采樣已逐漸成為一種趨勢。