關(guān)于煤炭采樣方式及問題的探討

韓建輝,錢 鋒

(1.上海賽孚燃料檢測(cè)股份有限公司，上海 201206；2.中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)燃料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(上海)，上海 201206)

火力發(fā)電是我國(guó)主要的發(fā)電方式，煤炭作為火力發(fā)電的主要燃料現(xiàn)在及將來很長(zhǎng)一段時(shí)間是不可替代的。由于煤炭是一種很不均勻的固體混合物，其物理、化學(xué)性質(zhì)會(huì)受到不同的地質(zhì)條件、形成過程，加工方法和運(yùn)輸方式等影響而產(chǎn)生很大差異。此外，各用煤?jiǎn)挝粚?duì)煤炭品質(zhì)有著不同的技術(shù)要求，并有許多評(píng)價(jià)的指標(biāo)。在煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)中，煤炭采樣、制樣、化驗(yàn)對(duì)煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果有著不同的影響。根據(jù)大量的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，其中采樣對(duì)煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果影響最大為80%，制樣其次為16%，化驗(yàn)僅占4%。要正確評(píng)價(jià)煤炭品質(zhì)，必須抽取具有代表性的煤樣，如何抽取具有代表性的煤樣是正確評(píng)價(jià)煤質(zhì)的關(guān)鍵。從煤炭地質(zhì)勘探到煤炭生產(chǎn)，加工利用，流通，貿(mào)易等環(huán)節(jié)都離不開煤炭采樣。從大批量的煤炭中抽取一小部分煤炭用于物理、化學(xué)和技術(shù)性能測(cè)試，適當(dāng)?shù)牟蓸臃椒▽?duì)客觀評(píng)價(jià)煤的性質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值是密切相關(guān)的，也是煤炭生產(chǎn)、貿(mào)易、使用等各方的關(guān)注重點(diǎn)[1]。

煤炭的采樣分為煤炭機(jī)械化采樣和煤炭人工采樣。

1 煤炭機(jī)械化采樣

機(jī)械化采樣系統(tǒng)在投入使用前都需要進(jìn)行性能試驗(yàn)，性能試驗(yàn)主要是驗(yàn)證機(jī)械化采樣設(shè)備所采取得樣品是否具有代表性，是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。性能試驗(yàn)包括精密度測(cè)定和偏倚試驗(yàn)，精密度測(cè)定主要是在指規(guī)定條件下所得的獨(dú)立試驗(yàn)結(jié)果間的符合程度。偏倚是系統(tǒng)誤差，它導(dǎo)致一系列結(jié)果的平均值總是高于或低于用一參比采樣方法得到的值。對(duì)同一個(gè)煤進(jìn)行一系列測(cè)定所得結(jié)果間的彼此符合程度就是精密度，而這一系列測(cè)定結(jié)果的平均值對(duì)一可以接受的參比值的偏離程度就是偏倚。性能試驗(yàn)通常每2～3年需進(jìn)行一次。

機(jī)械化采樣目前主要有：輸煤皮帶機(jī)械化采樣，運(yùn)煤車廂螺旋鉆式機(jī)械化采樣，智能機(jī)器手臂采樣。目前主流的是輸煤皮帶機(jī)械化采樣，這種采樣方式在港口碼頭投入使用較為常見。

1.1 輸煤皮帶機(jī)械化采樣

輸煤皮帶機(jī)械化采樣通常由采樣機(jī)、樣品輸送設(shè)備、破碎設(shè)備、縮分設(shè)備、樣品收集裝置、棄料處置裝置、程控中心系統(tǒng)等構(gòu)成?？稍谄岸?、皮帶中端、皮帶末端、皮帶轉(zhuǎn)接處設(shè)置機(jī)械化采樣裝置。輸煤皮帶機(jī)械化采樣需對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注。

(1)采樣器開口尺寸要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，大于被采煤炭標(biāo)稱最大粒度的三倍，且開口尺寸較大的采樣器(通常大于300mm)開口中間不要設(shè)置格擋，防止格擋在取樣過程中將較大顆粒煤炭彈出采樣器，這樣就違背了采樣的基本要求：被采批煤的所有顆粒都可能進(jìn)入采樣設(shè)備，每一個(gè)顆粒都有相等的幾率被采入試樣中。

(2)為確保采樣器與輸送皮帶機(jī)的安全，通常采樣器與輸送皮帶之間會(huì)留有一定間隙。為了保證煤流全斷面的采樣，采樣器與輸送皮帶之間的間隙應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，一般為小于2厘米。若間隙過大，采樣器則無法進(jìn)行煤流全斷面的采樣，會(huì)給采樣帶來了一定的誤差。

(3)子樣采取的時(shí)間間隔要設(shè)定好，采樣頻率及子樣數(shù)要滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，過低的采樣頻率及過少的子樣數(shù)也會(huì)帶來采樣的誤差。

(4)要經(jīng)常對(duì)采樣系統(tǒng)進(jìn)行巡視，防止潮濕或大塊煤炭堵塞采樣設(shè)備，造成少采、漏采。

(5)采樣前要對(duì)樣品收集裝置的收樣桶進(jìn)行清理，保證收樣桶干凈以防止其他煤炭污染本次采取的樣品。

(6)目前有小部分單位使用多級(jí)破碎及縮分輸煤皮帶機(jī)械化采樣設(shè)備，多級(jí)破碎及縮分可能會(huì)使采取的樣品出現(xiàn)一定的偏差。

(7)輸煤皮帶機(jī)械化采樣設(shè)備可能會(huì)在破碎縮分過程中造成水分損失，需通過性能試驗(yàn)計(jì)算出水分損失率，給予水分校正。

1.2 運(yùn)煤車廂螺旋鉆式機(jī)械化采樣

運(yùn)煤車廂螺旋鉆式機(jī)械化采樣主要由螺旋鉆采樣頭、給料頭、破碎機(jī)、縮分集樣器、棄煤處理系統(tǒng)組成。首先由鉆取式螺旋采樣機(jī)提取煤樣，通過密閉式給料系統(tǒng)送入破碎機(jī)，破碎后樣品進(jìn)入縮分器，縮分后的煤樣進(jìn)入收樣器，多余的煤樣由棄樣處理裝置返回汽車或煤場(chǎng)[2]。

運(yùn)煤車廂螺旋鉆式機(jī)械化采樣是將火車或汽車車廂均勻分成15～18個(gè)面積或體積相等的方塊，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以隨機(jī)方式或系統(tǒng)方式選擇所采取的子樣位置進(jìn)行采樣。車廂螺旋鉆式機(jī)械化采樣需要注意以下幾點(diǎn)。

(1)通常車廂螺旋鉆式采樣裝置的螺旋鉆不會(huì)過大，但也要保證螺旋鉆的螺距和環(huán)距(軸與筒壁的距離)大于被采煤標(biāo)稱最大粒度的3倍。

(2)根據(jù)此種采樣設(shè)備的特點(diǎn)，通常所采煤炭粒度為13mm至50mm，采用此種采樣設(shè)備才能保證所采樣品的代表性。

(3)采樣時(shí)，要防止螺旋鉆頭與車廂邊緣及車廂底部觸碰，防止損壞采樣鉆頭及車體。

(4)要防止潮濕或大塊煤炭堵塞采樣設(shè)備。

(5)使用過程中，螺旋的螺紋會(huì)逐步磨損，導(dǎo)致螺旋螺紋與筒壁的間隙會(huì)逐漸變大，而可能會(huì)使得采樣的代表性出現(xiàn)偏差。

1.3 智能機(jī)器人手臂采樣

智能機(jī)器人手臂采樣目前只有很少部分煤礦企業(yè)在使用，還處在試運(yùn)行階段。隨著時(shí)代的發(fā)展，智能化、信息化向各個(gè)行業(yè)進(jìn)行滲透。智能機(jī)器人手臂采樣系統(tǒng)的出現(xiàn)是煤炭機(jī)械化采樣向智能化、信息化發(fā)展的一個(gè)符號(hào)，雖然目前有諸多的問題，但是隨著科技的進(jìn)步，相信智能化采樣能夠給煤炭采樣帶來新的一面。

機(jī)械化采樣有諸多優(yōu)點(diǎn)，如消除了人工采樣的安全隱患，減輕了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，解決了人為因素等的影響。但機(jī)械化采樣的一些問題也不容忽視，如設(shè)備前期投入成本較高，出現(xiàn)故障較難排除，特殊情況無法進(jìn)行采樣如煤炭較潮濕、有大塊煤炭等情況，采樣設(shè)備較為固定不靈活，部分類型的機(jī)械化采樣設(shè)備在破碎縮分過程中可能會(huì)造成水分損失，需通過后期的水分補(bǔ)正予以校正等。

2 煤炭人工采樣

機(jī)械化采樣是煤炭采樣的發(fā)展趨勢(shì)，但由于機(jī)械化采樣設(shè)備前期投入較大，一些煤炭碼頭、煤炭用戶單位并沒有建立機(jī)械化采樣裝置，或者由于機(jī)械化采樣裝置出現(xiàn)故障，此時(shí)人工采樣成為機(jī)械采樣的一種補(bǔ)充。煤炭人工采樣子樣布點(diǎn)要均勻，子樣重量、總樣重量及取樣工具開口尺寸等均要符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

煤炭人工采樣主要有：輸煤皮帶人工采樣、運(yùn)煤卡車裝/卸貨人工采樣、煤堆人工采樣、運(yùn)煤小船人工采樣、運(yùn)煤火車車廂人工采樣、斗輪機(jī)裝/卸煤炭分層人工采樣。

2.1 輸煤皮帶人工采樣

煤皮帶人工采樣是一種常見煤流人工采樣方式，采用該方法時(shí)，應(yīng)注意采樣鏟的正確使用方式，如：采樣鏟和輸送帶來時(shí)的方向成45度角，下鏟，鏟好樣品后，采樣鏟應(yīng)與皮帶輸送帶成直角，方可收鏟。為防止在采樣過程中采樣鏟被皮帶煤流帶走，可將采樣鏟使用軟繩固定在安全的位置。輸煤皮帶人工采樣需對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注。

(1)輸煤皮帶在運(yùn)行過程中的抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致塊沫離散、煤塊在上、煤沫在下的狀態(tài)，采樣時(shí)要把控好所采樣品的塊沫的比例。

(2)由于人工采樣鏟無法做到輸煤皮帶整個(gè)橫斷面采樣，此時(shí)輸煤皮帶在運(yùn)行過程中的抖動(dòng)會(huì)使塊沫分離，煤塊會(huì)離散至皮帶邊緣，若靠近皮帶邊緣采樣則會(huì)導(dǎo)致所采的煤樣塊沫不均衡，影響采樣代表性。

(3)質(zhì)量好的煤覆蓋質(zhì)量差的煤，俗稱“蓋被子”。此時(shí)需要對(duì)輸煤入口進(jìn)行檢查，防止質(zhì)量好的煤覆蓋質(zhì)量差的煤，由于人工采樣鏟無法做到輸煤皮帶整個(gè)橫斷面采樣，此時(shí)只能采到好煤而采不到差煤的情況。

2.2 運(yùn)煤卡車裝/卸貨人工采樣

運(yùn)煤卡車裝/卸貨人工采樣也是常見的煤炭人工采樣方式。通常有運(yùn)煤卡車裝貨人工采樣，運(yùn)煤卡車卸貨人工采樣，卡車運(yùn)煤過程中專用平臺(tái)上卡車表面采樣。由于采樣人員與運(yùn)輸車輛在同一作業(yè)面上，所以一定要保證采樣人員的安全，才可進(jìn)行采樣。

(1)運(yùn)煤卡車裝貨人工采樣是鏟車或裝載機(jī)將煤炭從煤場(chǎng)裝載至卡車后，在煤堆上形成的新的剖面上進(jìn)行采樣，要防止煤堆上層煤炭的滑落。

(2)運(yùn)煤卡車卸貨人工采樣是卡車將煤炭運(yùn)至碼頭平臺(tái)或煤場(chǎng)卸下后，在卸下的煤堆上進(jìn)行隨機(jī)采樣，通常此種采樣都是在煤堆表面進(jìn)行采樣，為了防止煤堆表層和里層煤炭質(zhì)量不均勻，可向下挖深0.5mm左右進(jìn)行采樣。

(3)卡車運(yùn)煤過程中專用平臺(tái)上卡車表面采樣是為了保證采樣人員的人身安全，在固定位置建立采樣平臺(tái)，采樣人員在采樣平臺(tái)上對(duì)運(yùn)煤卡車上車廂內(nèi)的煤炭進(jìn)行采樣。由于只能進(jìn)行車廂煤炭表面采樣，所以采樣極易引起偏差。

2.3 煤堆、小船人工采樣

煤堆或小船人工采樣是靜態(tài)采樣，采樣的代表性沒有煤流動(dòng)態(tài)采樣代表性好，所以在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中煤堆人工采樣不推薦作為仲裁采樣。煤堆人工采樣通常只能采取到煤堆表面的煤樣，很難采到煤堆中間位置的煤樣。煤堆在堆放過程中，煤堆表面的煤炭水分會(huì)逐漸蒸發(fā)，而采樣只能采到煤堆表面煤樣，故采取的煤樣的代表性較差。若雨天進(jìn)行煤堆采樣，煤堆表面的煤炭又比較潮濕，同樣采取的煤樣的代表性也較差。有條件的可以要求煤堆開剖面采樣，在剖面上高中低不同位置進(jìn)行采樣，這樣可以采取煤堆中間位置的煤炭。

2.4 運(yùn)煤火車車廂人工采樣

運(yùn)煤火車車廂人工采樣在能夠保證車廂中的煤炭品質(zhì)均勻且無不同品質(zhì)的煤分層裝載的前提下，可在車廂頂部進(jìn)行采樣。反之則應(yīng)采取全深度或不同深度(上、中、下)的煤樣。將火車車廂均勻分成15～18個(gè)面積相等的方塊，以隨機(jī)方式或系統(tǒng)方式抽取火車不同位置進(jìn)行采樣，全深度或不同深度的采樣對(duì)采樣人員體力消耗較大，通常不建議此種采樣方式。

2.5 斗輪機(jī)裝/卸煤炭分層人工采樣

斗輪機(jī)裝/卸煤炭分層人工采樣是在斗輪機(jī)將煤堆煤炭分層轉(zhuǎn)運(yùn)至海輪或貨場(chǎng)后，在煤堆新形成的層面上按標(biāo)準(zhǔn)要求布點(diǎn)采樣的一種人工采樣方式。斗輪機(jī)作業(yè)效率高，目前很多港口碼頭、電廠在使用，但是作業(yè)時(shí)一定要保證采樣人員安全。

煤炭人工采樣由于易受人為影響，人工投入較大，采樣人員安全難以保證等因素，近些年來已逐步被機(jī)械化采樣所替代，但由于機(jī)械化采樣的一些短板，人工采樣作為機(jī)械化采樣的補(bǔ)充，也將存在較長(zhǎng)一段時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)是煤炭貿(mào)易中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，煤炭品質(zhì)檢驗(yàn)的結(jié)果直接關(guān)系著該批煤炭的價(jià)值，及煤炭中各項(xiàng)指標(biāo)是否符合法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、貿(mào)易合同的要求，是否對(duì)該批次煤炭拒收等。由于一些企業(yè)只看到眼前的利益，他們?cè)诿禾抠Q(mào)易過程中對(duì)煤炭進(jìn)行摻假，以次充好。隨著礦產(chǎn)資源的枯竭，煤炭供應(yīng)市場(chǎng)上優(yōu)質(zhì)煤炭數(shù)量在逐漸的下降，各電廠的成本效益矛盾也日益突出。在這樣的背景下，加強(qiáng)對(duì)煤炭質(zhì)量采制化的管理，嚴(yán)格把控煤炭質(zhì)量，從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3]。