采制樣的差異對(duì)煤質(zhì)化驗(yàn)的影響分析

岳 磊

（山西華陽(yáng)集團(tuán)新能股份有限公司選煤質(zhì)量管理中心，山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引言

煤炭是典型的混合物，其化學(xué)組成的均勻性較低。其在實(shí)際化驗(yàn)過(guò)程中，受到開(kāi)采方式、儲(chǔ)存方式、運(yùn)輸方式等多方面因素的影響，導(dǎo)致實(shí)際的煤炭化驗(yàn)結(jié)果也將存在顯著差異[1-2]。從目前來(lái)看，采制樣差異是影響煤質(zhì)化驗(yàn)最為主要的兩項(xiàng)因素，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，采樣和制樣兩個(gè)環(huán)節(jié)在煤質(zhì)分析帶來(lái)的誤差案例中，數(shù)量占比分別達(dá)到80%和16%[3]，這表明采制樣對(duì)煤質(zhì)化驗(yàn)的影響尤為突出，因此需要對(duì)這方面的工作作進(jìn)一步深入探究。

1 主要實(shí)驗(yàn)方法及流程

為研究采制樣差異對(duì)煤質(zhì)化驗(yàn)的影響，本次以某煤炭企業(yè)為實(shí)際案例展開(kāi)研究。該煤炭企業(yè)以往為提升工作效率和降低成本，在采制樣環(huán)節(jié)中，主要采用傳統(tǒng)的人工采樣模式進(jìn)行，目前該模式得出的煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果存在一定誤差，導(dǎo)致供需雙方對(duì)化驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生糾紛。為此，本次決定對(duì)比傳統(tǒng)人工采樣制樣模式與嚴(yán)格按照GB474 的采樣制樣模式，結(jié)合分析結(jié)果，以探尋采制樣的優(yōu)化路徑。

在傳統(tǒng)人工采樣制樣試驗(yàn)中，仍沿用以往的“八點(diǎn)取樣法”進(jìn)行采樣，基于煤堆進(jìn)行采樣過(guò)程。所有采樣點(diǎn)均在煤堆表面進(jìn)行，共計(jì)采煤3.5 kg。采樣完成后，即進(jìn)行樣品的制備，該模式下的煤樣制備主要分為以下幾個(gè)步驟：使用粉碎機(jī)對(duì)煤樣進(jìn)行破碎操作，將煤樣平均粒度控制在13 mm 以下；將煤炭樣品置于空氣中自然晾干；應(yīng)用“堆錐”的方法對(duì)破碎后的煤樣進(jìn)行混合；在保持煤樣粒度不變的前提下，將煤樣質(zhì)量減少至能夠最終滿足檢驗(yàn)需求的質(zhì)量。

另一方面，在嚴(yán)格按照GB474 的采樣制樣模式中，其步驟相對(duì)更為繁瑣，應(yīng)用的設(shè)備數(shù)量也較多，其主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表1 所示。

表1 基于GB474 的煤炭采制樣實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備

基于以上設(shè)備，本次基于GB474 的煤炭采制樣實(shí)驗(yàn)流程如下：

1）基于“八點(diǎn)采樣法”，在煤堆中進(jìn)行采樣，在采樣過(guò)程中，為避免表面煤層因氧化而性質(zhì)變化，因此從煤堆的頂、腰、底三個(gè)部位進(jìn)行，在采取煤樣時(shí)都應(yīng)選擇一個(gè)面為采取面，底部距地面0.5 m 處采取第一個(gè)子樣，然后每往高1 m 采一個(gè)子樣，往右或往左隔1 m 采一個(gè)子樣，直到采到頂部為止[4]。左右同樣延伸，采取子樣時(shí)挖坑深度為0.4 m，每個(gè)子樣的質(zhì)量不低于2 kg；取樣鏟的角度與煤堆表面呈垂直狀，遇到矸石、大塊、黃鐵礦或泥土?xí)r亦不舍棄。

2）使用煤炭粉碎機(jī)將采集到的煤樣進(jìn)行破碎處理，將平均粒度控制在13 mm 以下。

3）使用真空干燥箱對(duì)粉碎后的樣品進(jìn)行干燥。

4）應(yīng)用“堆錐”的方法對(duì)破碎后的煤樣進(jìn)行混合，同時(shí)在該過(guò)程中，重視增加均勻度的操作，以避免煤樣制備的精確度受到影響。

5）使用二分器對(duì)煤樣進(jìn)行縮分操作，確保在保持煤樣粒度不變的前提下，將煤樣質(zhì)量減少至能夠最終滿足檢驗(yàn)需求的質(zhì)量。

6）對(duì)煤樣進(jìn)行篩分操作。

以上實(shí)驗(yàn)完成后，對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，為檢驗(yàn)兩種方法的準(zhǔn)確性，同時(shí)引入第三方的專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。具體來(lái)看，在本次煤質(zhì)化驗(yàn)中，主要內(nèi)容包括以下幾方面：一是應(yīng)用采用激光元誘導(dǎo)擊穿光譜分析技術(shù)（LIBS）對(duì)煤中的主要元素進(jìn)行分析（見(jiàn)圖1）；二是對(duì)煤質(zhì)中的水分和灰分進(jìn)行分析，其中使用自動(dòng)雙爐工業(yè)分析儀（見(jiàn)圖2）進(jìn)行灰分的準(zhǔn)確分析；三是對(duì)煤炭樣品的熱值進(jìn)行分析。

圖1 激光元素分析儀基本工作原理示意圖

圖2 自動(dòng)雙爐工業(yè)分析儀

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

在本次實(shí)驗(yàn)中，共計(jì)設(shè)計(jì)三組實(shí)驗(yàn)，其中A 組為采用傳統(tǒng)人工采制樣模式的煤樣測(cè)定實(shí)驗(yàn)，B 組為嚴(yán)格按照GB474 操作方法下的煤樣測(cè)定實(shí)驗(yàn)；C 組則為第三方專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)同批次煤樣的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。為盡量消除偶然因素，每組實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行三次，分別編號(hào)為A1-A3、B1-B3、C1-C3，由此獲得的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

根據(jù)表2 中的數(shù)據(jù)可得出如下推論：

1）相對(duì)而言，A 組在水分測(cè)定結(jié)果方面偏高，其主要原因可能是A 組實(shí)驗(yàn)對(duì)煤樣的水分去除不夠徹底；

2）ABC 三組樣品在硫含量上的測(cè)定結(jié)果差異不顯著，與實(shí)際處理方法有關(guān)；

3）在灰分、碳含量和熱值三項(xiàng)指標(biāo)中，B 組和C組差異不顯著，但與A 組的差異則較為突出，其主要原因是A 組在采樣和制樣環(huán)節(jié)中存在著一定的不規(guī)范現(xiàn)象，一方面，在采樣過(guò)程中，A 組針對(duì)表面的采樣，導(dǎo)致采集到少量被氧化的物質(zhì)；另一方面，在制樣過(guò)程中，人工模式的嚴(yán)謹(jǐn)程度較低，部分步驟被省略，導(dǎo)致煤樣的精度不高。由此也不難看出，傳統(tǒng)的人工采制樣過(guò)程會(huì)出現(xiàn)較為明顯的錯(cuò)誤，其主要原因則是未能按照國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行。

3 提升煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果的措施探討

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可知，未能按照國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行采制樣是導(dǎo)致煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性不足的主要原因。為消除此問(wèn)題，在今后的工作中，就需要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行采樣環(huán)節(jié)。首先，在采樣過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照GB474 的有關(guān)要求，針對(duì)目標(biāo)煤炭進(jìn)行均勻采樣，并充分考慮環(huán)境因素帶來(lái)的影響[5]。其次，在煤炭制樣過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照制樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混合、縮分、破碎、過(guò)篩等，以制作最小化煤炭樣品，中間的繁瑣步驟不應(yīng)忽略，同時(shí)針對(duì)這一問(wèn)題，煤炭制樣部門(mén)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化管理監(jiān)督，提高煤炭制樣的規(guī)范化程度，此外，在制備某些有粒度要求的煤炭樣本時(shí)煤炭制備人員應(yīng)當(dāng)采用逐級(jí)破碎的方式對(duì)煤炭樣本進(jìn)行破碎。最后，針對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需的儀器設(shè)備，相關(guān)技術(shù)部門(mén)應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行定期校準(zhǔn)與核查，如發(fā)現(xiàn)存在不符合要求的情況則要及時(shí)糾正，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)制樣設(shè)備和制樣過(guò)程的質(zhì)量控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤質(zhì)檢驗(yàn)的質(zhì)量控制目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

煤炭采樣是煤炭貿(mào)易雙方展開(kāi)交易的第一環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有在采樣過(guò)程中采取科學(xué)合理的采樣方式，也沒(méi)有嚴(yán)格遵照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，那么煤炭采樣會(huì)對(duì)后續(xù)的煤炭制備過(guò)程和分析化驗(yàn)過(guò)程造成最直接的影響，檢測(cè)人員的工作負(fù)荷將顯著增加，煤質(zhì)分析質(zhì)量也會(huì)明顯降低。顯然，只有在嚴(yán)格按照要求合理操作的前提下，樣品才具有代表性，檢驗(yàn)結(jié)果才能代表整批煤的平均品質(zhì)。