煤炭檢測中幾種不同水分的測定及測定準確性影響因素分析

常璐媛

（潞安化工集團慈林山煤業(yè)有限公司夏店煤礦，山西 長治 046203）

1 煤中水分概念比較

從物理形態(tài)角度對煤炭中所含水分進行分類，能夠分成游離水以及化合水；游離水指的是煤炭中的自由水分，能夠細分為外水以及內水；化合水是的是煤炭中無機鹽類水合物中的結晶水，常見的化合水包括五水硫酸銅、生石膏及明礬等[1]。

但是在實際檢測過程中，根據分析的實際需要將水分分成了全水分、收到基水分、開艙水分、空氣干燥基水分、一般分析試驗煤樣水分以及最高內在水分等。實際分析過程中常用全水分、一般分析試驗煤樣水分以及最高內在水分3 類[2]。

1.1 全水分

根據標準GB/T 3715—2007《煤質及煤分析有關術語》，全水分的定義為“煤炭內在以及外在水分之和”[3]。即全水分應該代表煤炭中所有水分之和。但是實際檢測過程中，化合水的含量難以準確測定，因此全水分指的是煤炭中游離水含量之和，并不包括化合水，因此通常使用的全水分屬于狹義全水分。

1.2 一般分析試驗煤樣水分

一般分析水分，是從空氣干燥基水分這一概念逐漸演變而來的。根據標準GB/T 3715-007《煤質及煤分析有關術語》，其定義為“既定條件下煤樣水分的檢測值”，實際檢測過程中指的是0.2 mm 以下的分析煤樣的水分檢測值。分析水分簡寫為Mad。一般分析水分是煤炭含水檢測過程中的一項關鍵指標，主要作用是實現煤炭各個基態(tài)值之間的相互轉換。因此需要保證該數值的準確性，標準GB/T 483—2007《煤炭分析試驗方法一般規(guī)定》中對于該指標的檢測方式進行了明確的規(guī)定: 如果水分檢測實驗中需要對測定結果進行后續(xù)分析處理，應當對樣本水分測定和后續(xù)實驗分析的時間間隔控制在5 d 內，并同時進行分析檢測。

1.3 最高內在水分

最高內在水分指的是煤炭內部水分飽和狀態(tài)下的內在水分檢測值。根據標準GB/T 3715—2007《煤質及煤分析有關術語》，其定義為“30 ℃、相對濕度96%的前提條件下，煤樣飽和狀態(tài)下內在水分的檢測值”。最高內在水分代表了煤炭樣本的吸水能力，是評價煤炭煤化程度的重要指標。該指標與煤炭的煤化程度成反比關系。最高內在水分在煤炭的水分檢測和后續(xù)分類中占有重要地位。無煙煤、煙煤、褐煤的內在水分含量通常由高到低依次排布。

2 水分值的測定

當前的技術手段對于煤炭中的各類水分含量幾乎都能夠實現精確檢測，并且除結晶水外均已形成相關的檢測標準。我國當前食用的GB 標準是在ISO 標準的基礎上進行了一定的改進，符合我國煤炭檢測的實際需求，雖然二者略有差異，但是相關的檢測原理一致，因此監(jiān)測結果均具有較高的可靠性。檢測原理為：將采集的煤樣放置在一定溫度下進行干燥處理，跟據干燥前后的質量差值得出樣本中的水分含量，即間接測定法。不同水分的檢測方式略有差異。

2.1 全水分

常見的全水分檢測方法包括：一步法、二步法以及微波干燥法。其中一步法和二步法檢測過程中使用的干燥介質有所差別，能夠細分為方法B1、B2 和A1、A2。A1、A2 的區(qū)別僅在于檢測過程中使用的干燥箱型號不同，對檢測結果不會產生影響。B1、B2 在6 mm煤樣的檢測過程中也僅存在干燥箱型號的差異。但是對于13 mm 煤樣，方法B2 進行了檢測步驟的詳細描述，方法B1 僅說明可以使用，并未給出詳細的檢測方式。此外實驗過程中采集的煤樣質量通常在10 g～12 g 之間，采用13 mm 煤樣容易由于粒度過大導致煤樣數量不足。綜上所述，對于13 mm 煤樣的全水分檢測，通常選用方法B2，對于6 mm 煤樣的全水分檢測，兩種方式都具有很強的適用性。

2.2 一般分析試驗煤樣水分

一般試驗煤樣水分常見的檢測方法包括：氮氣干燥法、空氣干燥法及微波干燥法。前兩種方法的區(qū)別僅在于使用的干燥箱型號及干燥時間略有不同，氮氣干燥法環(huán)境溫度較低，干燥時間適當延長[2]。

2.3 最高內在水分

最高內在水分是煤炭水分檢測中較為復雜的一項，檢測時間相對較長。其中煙煤和無煙煤的單次檢測時間為40 h～48 h，褐煤的單次檢測時間為42 h～72 h。由此可知最高內在水分檢測所需的設備需要滿足連續(xù)工作72 h 以上的要求。實驗過程中，調濕器負責煤樣的濕度調節(jié)，調節(jié)完畢后通過相關設備進行最高內在水分的檢測。

上述方法的水分測量結果如果大于2%，應當對煤樣進行干燥處理，以保證測定值的準確性。

3 影響水分測定的因素

不同類型水分的影響因素和檢測方式均存在一定差異，但是檢測原理本質相同，因此檢測結果受到一些共同因素的影響。

3.1 人員因素

影響水分檢測結果的因素中，最為重要的就是操作人員的綜合素養(yǎng)和專業(yè)能力。操作人員的工作貫穿整個檢測過程，對于檢測結果有著重要影響，所以操作人員不僅需要具備煤炭檢測標準、化學相關以及設備維修等方面的專業(yè)知識，還需要經過大量的實操檢驗，確保自身具有過硬的綜合素養(yǎng)。此外，實際工作中，需要嚴格遵守相關的規(guī)章制度，確保檢測結果的準確性。實驗室應當定期開展專業(yè)知識學習以及時間技能培訓，確保操作人員的專業(yè)技能始終保持在較高水平。

3.2 儀器設備因素

煤樣水分檢測過程步驟較多，涉及的設備種類較為復雜，因此儀器設備的選用對于檢測結果也有著重要影響。

隨著科學技術的進步，取制樣系統的自動化程度也在逐漸提升，人為因素的影響逐漸降低，操作人員僅僅需要定期對取制樣系統進行檢測，就能夠保證測量結果的真實性和準確性。條件允許的情況下，可以在設備的檢查過程中加入期間核查，確保系統整體處于良好的工作狀態(tài)，各參數均符合相關指標。

制樣過程中應當確保使用設備的密封性，避免因為設備的密封性欠佳導致煤樣水分流失，對檢測結果產生影響。檢測過程中所需的儀器設備主要包括：天平、烘箱以及干燥器等。每次檢測前應當對設備進行預熱，避免設備中殘留的水分對檢測結果產生影響。選用的天平精度應當符合要求，烘干箱無故障等。為了確保設備的檢測精度滿足要求，應當定期聘請有相關資質的計量檢定部門進行儀器的檢查，確保系統的正常運行。尤其是干燥器，應當確保其內部干燥劑未受潮變質[3]。

3.3 煤炭自身因素

煤炭種類較多，相互間存在一定的性質差異，其中影響水分含量的主要參數是煤化程度以及粒度大小。煤化程度和粒度大小分別影響煤炭的內外含水量。

煤化程度指的是植物遺體在地下埋藏過程中轉變未煤炭的程度。煤化程度越高，煤炭內部孔隙越少，吸水性越差。根據GB/T 5751—2009《中國煤炭分類》中的相關規(guī)定，從煤化程度的角度可以將煤炭分為無煙煤、煙煤以及褐煤。煤化程度從高到低依次排布。

其他條件保持不變的情況下，煤炭的水分含量隨粒度的變化而變化，主要原因書粒度和煤炭的比表面積成反比，粒度越大，煤炭的比表面積越小，吸水能力越弱，水分含量自然較低?，F有標準中對于不同水分檢測指標所需的煤樣粒度進行了詳細的規(guī)定。所以檢測前，首先需要確定煤炭的種類，根據種類選擇合適的粒度，確保檢測結果的真實性和準確性。

3.4 方法因素

水分檢測主要包括采樣、制樣以及測定3 個環(huán)節(jié)。

當前取制樣環(huán)節(jié)通常采取全自動取制樣的方式，確保樣本的準確性。采用人工取樣，需要確保取樣布點的均勻，取樣煤層的暴露時間較短，確保煤層各處均能獲得樣本，提升樣本的準確性和代表性。不允許在靜止的煤堆表面進行全部取樣。

人工制樣的過程中，操作人員需要嚴格遵守相關要求，此外為了提升制樣效率，減少煤層樣本的暴露時間，可以引入一些自動化的設備，代替人工的部分環(huán)節(jié)，縮短制樣時間；為了減少破碎過程中水分的流失，盡量1 次就將煤樣破碎至規(guī)定粒度，避免多次破碎；可以將不同測定指標的樣本一次性制取，提升制取效率。研磨樣本過程應當進行時間的控制，避免因為研磨導致樣本氧化。選用合適的容器，確保樣本的數量不超過容器的3/4。

檢測方法應根據所測指標進行選取，樣本選取前需要充分混合，確保樣本的均勻性和代表性；水分檢測過程中，需要控制干燥時間，時間過短，樣本內部水分未完全烘干，檢測結果偏?。粫r間過長，烘干后的煤樣出現氧化現象，氧元素的加入使得煤樣的質量有所增加，檢測結果偏小。干燥箱進行初步干燥后，從干燥箱中取出煤樣放入干燥器中，嚴格控制煤樣在空氣中的暴露時間。如果檢測水分值超過2%，則應當對煤樣進行二次干燥，確保檢測結果的準確性和可靠性。

4 結語

煤炭含水量是煤炭性能評價的重要指標之一，煤炭含水量的準確測定不僅對煤樣的分類有著顯著幫助，還能夠提升煤炭貯存、加工、使用等環(huán)節(jié)的效率。煤炭中的水分種類較多，檢測過程包括取樣、制樣和實驗室測定等諸多環(huán)節(jié)，需要對每個環(huán)節(jié)的作用和規(guī)定熟稔于心，實際檢測過程中嚴格遵守相關規(guī)定，根據煤樣的實際情況選擇適當的檢測方式和檢測設備。操作人員應當明確各種形式的水分指標含義和用途，區(qū)分不同檢測方式的差異之處，熟記不同方法的測定程序、步驟和注意事項，確保整個檢測過程的準確可靠，從而獲得客觀、真實的檢測數據。