基于移動(dòng)煤流機(jī)械化采制樣設(shè)備的選擇分析與研究

韓強(qiáng)

【摘 要】本文主要深入分析研究了在煤流中采樣及后續(xù)制樣所需設(shè)備的選型分析。煤炭質(zhì)量是煤炭交易和加工應(yīng)用的最主要的指標(biāo) ，獲得可靠的測(cè)試結(jié)果必然依賴于規(guī)范的檢測(cè)過(guò)程 ，在采、制、化三個(gè)環(huán)節(jié)中 ，采樣過(guò)程中可能導(dǎo)致的偏差是最嚴(yán)重的 ，采用機(jī)械化采樣設(shè)備是最有效的手段之一。

【關(guān)鍵詞】煤；煤流；采樣機(jī)；制樣設(shè)備

隨著今年來(lái)國(guó)內(nèi)煤炭生產(chǎn)和貿(mào)易的迅速發(fā)展和GB/T 19494的實(shí)施，煤炭機(jī)械化采制樣系統(tǒng)在港口、電力、冶金等煤炭相關(guān)行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，正逐步取代手工采樣。機(jī)械化采制樣技術(shù)的推廣使用，不僅可以提高數(shù)據(jù)的可靠性，消除人為因素的干擾，還可以節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力，提高工作效率。其得到了煤炭交易雙方及物流企業(yè)的一致認(rèn)可。

1.機(jī)械化采樣器應(yīng)具備的基本條件

（1）能無(wú)實(shí)質(zhì)性偏倚地收集子樣并被權(quán)威性的試驗(yàn)所證明。

（2）能在規(guī)定條件下保持工作能力。

為達(dá)到上述條件，采樣器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，應(yīng)滿足以下要求：

（1）足夠牢靠，能在可預(yù)期到的最壞的條件下工作。

（2）有足夠的容量以收集整個(gè)子樣或讓其全部通過(guò)，子樣不損失、不溢出。

（3）能自我清洗，無(wú)障礙，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只需極少量的維修。

（4）能避免樣品污染，如停機(jī)時(shí)雜質(zhì)進(jìn)入，更換煤種時(shí)原先采樣的煤滯留。

（5）被采樣煤的物理化學(xué)特性變化，如水分和粉煤損失、粒度分析樣的粒度離析降至最低程度。

2.采樣機(jī)的類型分析與選擇

2.1落流采樣器

端部采樣機(jī)則是用各式各樣的接斗、以不同的切割方式從皮帶端部的煤流中采取所要求的樣品。端部采樣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（a）可以避免移動(dòng)煤流橫斷面上有底煤留在皮帶上，造成采樣精密度降低。（b）移動(dòng)速度較低，發(fā)生故障后不會(huì)對(duì)皮帶機(jī)系統(tǒng)造成很大傷害。端部采樣機(jī)的缺點(diǎn)：（a）目前港口皮帶機(jī)帶寬已經(jīng)達(dá)到2米，很多煤種的煤炭粒度也在100mm左右，采樣機(jī)為了能夠采到移動(dòng)煤流橫斷面的全部煤樣，采樣機(jī)的體積要很大，無(wú)疑增加了投資成本。（b）在采樣過(guò)程中考慮到要減小對(duì)煤流的擾動(dòng)和避免不同密度和粒度的煤炭的分離， 其切割速度不能超過(guò)一定的范圍 （在GB/T 19494.1-2004中規(guī)定了采樣器切割煤流的速度不應(yīng)超過(guò) 1.5m/s），這樣所造成的結(jié)果則是每個(gè)子樣質(zhì)量都遠(yuǎn)大于中部采樣機(jī)所采取的子樣質(zhì)量， 相應(yīng)也就要求所配套的制樣系統(tǒng)和余煤處理系統(tǒng)的出力足夠大， 導(dǎo)致整個(gè)采樣機(jī)系統(tǒng)的體積增大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和費(fèi)用上升。目前新建成港口已很少采用此種采樣機(jī)。

2.2橫過(guò)皮帶采樣器

其主要特點(diǎn)是用刮板式采樣頭來(lái)采取煤樣， 采樣頭工作時(shí)， 刮板橫向切割皮帶上的煤流， 將一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)的煤流刮到采集斗中。刮板式采樣機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單， 單個(gè)子樣的質(zhì)量也相對(duì)較小，對(duì)配套的制樣系統(tǒng)和煤樣處理系統(tǒng)的能力要求較低， 相應(yīng)造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用也較低。目前多數(shù)企業(yè)均采用此種煤樣采取方式。

3.制樣設(shè)備的類型分析

在機(jī)械化采制樣系統(tǒng)制樣設(shè)備中，對(duì)煤樣精密度和偏差影響最大的設(shè)備為縮分器。縮放后煤樣的精密度和偏差將直接影響整個(gè)采制樣系統(tǒng)的精密度和偏差。因此下面重點(diǎn)對(duì)旋轉(zhuǎn)縮分器的類型進(jìn)行分析說(shuō)明。

3.1二分器

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，縮分點(diǎn)多，誤差小。缺點(diǎn)是縮分比固定為1/2，在采樣量大時(shí)不能滿足要求，制樣效率低，這種縮分器一般用在人工縮分上。

3.2立式旋轉(zhuǎn)縮分器

立式旋轉(zhuǎn)縮分器主要原理為：旋轉(zhuǎn)軸平行于地面，采用料管旋轉(zhuǎn)，不易堵料。在取料口處設(shè)置縮分比例調(diào)節(jié)器及觀察窗，可以在不停機(jī)的狀態(tài)下調(diào)節(jié)縮分比例和清理取料管中的積煤。其缺點(diǎn)為體積較大，投資成本較高。

3.3旋轉(zhuǎn)槽型縮分器

其原理為：空心軸上帶有一個(gè)或多個(gè)切割器在一殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，切割器切取煤流并將試樣通過(guò)空心軸卸入接收器。其有兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）其適應(yīng)的煤樣粒度范圍狹窄?？s分粒度范圍為小于25mm，對(duì)于粒度在25mm以上的煤樣則無(wú)能為力。（2）其內(nèi)部管徑較小，在使用中比較容易堵料，而且堵料后清理比較麻煩，在GB/T 19494中規(guī)定，縮分設(shè)備切割器開(kāi)口尺寸至少應(yīng)為被切割煤標(biāo)稱最大粒度的3倍。因此切割器的尺寸是越大越好，當(dāng)需要縮分50mm的煤樣粒度時(shí)，其內(nèi)部管徑至少要達(dá)到150mm。而旋轉(zhuǎn)槽型縮分器因其自身設(shè)計(jì)原理的制約，切割器開(kāi)口很難達(dá)到這么大的開(kāi)口尺寸。

3.4旋轉(zhuǎn)斜管式縮分器

其原理為：旋轉(zhuǎn)漏斗下部帶一斜管，煤流進(jìn)入漏斗并從斜管排出，在斜管出口旋轉(zhuǎn)道上有一個(gè)或多個(gè)固定的切割器。斜管出口每經(jīng)過(guò)切割器一次，即截取一個(gè)“切割樣”。其結(jié)構(gòu)獨(dú)特、簡(jiǎn)單，不易堵料，且堵料后容易清理。更重要的是其切割開(kāi)口尺寸可以達(dá)到150mm，在縮分50mm大粒度煤樣時(shí)不需要使用皮帶縮分機(jī)進(jìn)行首次縮分，這樣就可以有效減少二次縮分產(chǎn)生的設(shè)備成本投入及日后的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。此種大粒度縮分器開(kāi)口尺寸較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效解決其他縮分器存在的問(wèn)題。近年來(lái)，隨著港口和裝車站設(shè)計(jì)的吞吐能力逐漸增大，煤樣粒度已經(jīng)逐漸增大到100mm，在機(jī)械化采制樣系統(tǒng)中，大粒度縮分器將逐步替代以往的縮分器，在市場(chǎng)中的占有率越來(lái)越大。

4.精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)：

煤炭采樣機(jī)系統(tǒng)的普遍使用，一方面大大降低人工采制樣的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也在一定程度上消除了煤炭采制過(guò)程中的人為因素，理論上使煤炭貿(mào)易更加公平公正。但采樣機(jī)系統(tǒng)如果不進(jìn)行偏倚試驗(yàn)和精密度測(cè)定試驗(yàn)，可能會(huì)產(chǎn)生較大的采樣偏倚，且無(wú)法確立科學(xué)合理的采樣方案。

采樣精密度表征采樣機(jī)所采樣品的隨機(jī)誤差，而采樣偏倚表征采樣機(jī)所采樣品的系統(tǒng)誤差；在某些情況下，采樣偏倚更為重要。若采樣精密度符合貿(mào)易各方或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，只有當(dāng)采樣機(jī)系統(tǒng)采樣無(wú)實(shí)質(zhì)性偏倚時(shí)，采樣機(jī)才能采取到具有代表性的煤樣，才能保證煤質(zhì)分析結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確。

有些檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)依據(jù)GB475、GB474進(jìn)行采樣機(jī)性能試驗(yàn)，這是不完整、不確切的。首先GB 475-1996采樣精密度的核對(duì)的六分樣試驗(yàn)是對(duì)人工采樣各子樣間的精密度進(jìn)行檢驗(yàn)；其次GB 474-1996縮分機(jī)的檢驗(yàn)法的雙組分試驗(yàn)是對(duì)制樣室的制樣設(shè)備與制樣過(guò)程的檢驗(yàn)，按GB475或GB474 試驗(yàn)，并不能鑒定出定出采樣機(jī)所采煤樣是否具有代表性。

因此，采樣機(jī)系統(tǒng)性能鑒定試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按GB/T19494進(jìn)行，且只有經(jīng)過(guò)有資格的權(quán)威部門(mén)進(jìn)行完整的偏倚試驗(yàn)和精密度測(cè)定試驗(yàn)，才能給出采樣機(jī)性能的真實(shí)、準(zhǔn)確所采煤樣是否既沒(méi)有顯著性系統(tǒng)誤差，又沒(méi)有顯著性隨機(jī)誤差，即不能鑒鑒定結(jié)果。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）用機(jī)械化采樣機(jī)進(jìn)行煤炭采樣，是今后煤炭采樣的發(fā)展趨勢(shì)，其具有許多人工采樣無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)（采取的子樣質(zhì)量上比人工采樣量大、大大減小了采樣人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、合格的機(jī)械采樣可以提高采樣的精密度，也可最大程度地避免人為主觀誤差）。

（2）機(jī)械化采樣機(jī)必須經(jīng)過(guò)采樣機(jī)偏倚試驗(yàn)合格，采樣程序精密度檢驗(yàn)（按照GB/T 19494.3—2004進(jìn)行精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)）合格后才能投入使用，否則，可能產(chǎn)生較大誤差[2]。

（3）對(duì)每一批次煤炭的采樣方案（被采煤炭的對(duì)象、目的、試樣類型、測(cè)定參數(shù)、要求的精密度、變異性、采樣方法、采樣單元等）都要精心設(shè)計(jì)，只有滿足要求的采樣方案才能提高采樣精密度。

（4）人工采樣的人為誤差可能是一次之舉，且正、負(fù)誤差交替出現(xiàn)，比較容易發(fā)現(xiàn)及時(shí)糾正，而采樣機(jī)械系統(tǒng)上出現(xiàn)誤差才是最容易被忽視的，不是影響一個(gè)煤炭批次，而是影響每個(gè)煤炭批次，且出現(xiàn)正、負(fù)誤差一邊倒的現(xiàn)象，因此，使用按照GB/T 19494.3—2004要求，經(jīng)過(guò)精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)合格的采樣機(jī)械，選擇合格采樣方案后的機(jī)械采樣精密度才能比人工采樣精密度高，但更要有足夠的經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格的技術(shù)人員嚴(yán)格的按照國(guó)標(biāo)要求操作管理，才是可行的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張浩.一種大粒度旋轉(zhuǎn)縮分器在自動(dòng)化采制樣裝置中的作用及市場(chǎng)前景分析.科技風(fēng)，2011，（8）.

[2]趙琳.淺析煤炭機(jī)械化采樣的幾點(diǎn)誤區(qū).煤質(zhì)技術(shù)， 2004，（3）（GB/T 19494）.