環(huán)境濕度對(duì)一般分析試驗(yàn)煤樣水分的影響

張景香

（力鴻檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司，北京 101318）

煤質(zhì)檢測(cè)中煤樣的水分有收到基水分（即全水分Mt）和一般分析試驗(yàn)煤樣水分（Mad），一般分析試驗(yàn)煤樣水分是一項(xiàng)重要的煤質(zhì)指標(biāo)，煤的水分對(duì)加工、利用、貿(mào)易等都有很大影響。在煤質(zhì)分析中，一般分析試驗(yàn)煤樣水分也是不同基結(jié)果換算的一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，故其檢測(cè)的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。Mad即依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212-2008）測(cè)定的水分，《煤的制備方法》（GB/T 474-2008）中要求一般分析試驗(yàn)煤樣需達(dá)到空氣干燥狀態(tài)（即煤樣在空氣中連續(xù)干燥1 h 后，煤樣的質(zhì)量變化不超過0.1%時(shí)，煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)），故環(huán)境條件會(huì)影響煤樣的水分大小[1]。但這種影響不能定量評(píng)定，借助SPSS 可分析環(huán)境濕度與Mad之間的關(guān)系，定量地分析不同煤炭濕度與Mad之間的關(guān)系，為質(zhì)量管理人員提供有效工具。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)煤炭

選取了動(dòng)力煤煤炭貿(mào)易中不同煤源的動(dòng)力煤，包括蒙煤、山西煤、陜煤等多個(gè)品名的煤炭作為試驗(yàn)對(duì)象，研究其一般分析試驗(yàn)煤樣水分與空氣濕度的關(guān)系。

1.2 試驗(yàn)儀器

電子天平、電熱鼓風(fēng)干燥箱、溫濕度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)方法[2-3]

1.3.1 試驗(yàn)概述

將上述11 個(gè)煤樣編號(hào)為A～K，依據(jù)《煤的制備方法》（GB/T 474-2008）制備到0.2 mm 分析樣品，每個(gè)樣品約200 g。將0.2 mm 樣品分別平攤在不同淺盤內(nèi)進(jìn)行空氣干燥，空干房間為一個(gè)單獨(dú)的房間，不依靠任何濕度及溫度控制措施，在自然條件下進(jìn)行空氣干燥，記錄達(dá)到空干狀態(tài)的環(huán)境濕度。達(dá)到空氣干燥狀態(tài)后將11個(gè)樣品分別裝瓶搖勻，依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212-2008）測(cè)定一般分析試驗(yàn)煤樣的水分，之后每間隔一定時(shí)間測(cè)定一次一般分析試驗(yàn)煤樣的水分，每次測(cè)定前需保證樣品達(dá)到空氣干燥狀態(tài)（即煤樣在空氣中連續(xù)干燥1 h 后，煤樣的質(zhì)量變化不超過0.1%時(shí)，煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)）。

1.3.2 試驗(yàn)方法

1）啟動(dòng)烘箱。打開電源、加熱、鼓風(fēng)開關(guān)，設(shè)置實(shí)際溫度為107 ℃（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度在105～107℃之間，還應(yīng)根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果的應(yīng)用）。

2）稱量煤樣。將待測(cè)煤樣用轉(zhuǎn)瓶法搖勻。實(shí)驗(yàn)室有LIMS 系統(tǒng)的需要打開系統(tǒng)登錄工號(hào)，選水分項(xiàng)目，光標(biāo)定位到“樣品編號(hào)”欄，掃碼稱量。檢查天平穩(wěn)定重置清零，取一個(gè)稱量瓶放入天平中央位置，輸入稱量瓶編號(hào)并按回車鍵，點(diǎn)擊天平上F 鍵將稱量瓶質(zhì)量上傳到電腦，然后清零，稱取煤樣（1±0.1）g，點(diǎn)擊天平上F 鍵將數(shù)據(jù)上傳到電腦。實(shí)驗(yàn)室沒有LIMS 系統(tǒng)的人工記錄樣品編號(hào)、器皿號(hào)及樣重等信息。

3）烘干。將稱量瓶中的煤樣攤平，把稱量瓶蓋打開，豎直放在稱量瓶上。將稱量瓶放入已恒溫在107 ℃的烘箱中，干燥箱應(yīng)一直處于鼓風(fēng)狀態(tài)，煙煤干燥1 h，無煙煤干燥1.5 h。

4）冷卻。煤樣在烘箱中烘干至規(guī)定時(shí)間后，將托盤拿出，迅速將稱量瓶蓋蓋上，放入干燥器中冷卻至室溫（約20 min ，若煤樣較多，適當(dāng)延長(zhǎng)冷卻時(shí)間）。

5）數(shù)據(jù)計(jì)算。將冷卻后的稱量瓶放在天平上稱量，核對(duì)稱量瓶編號(hào)，記錄或者點(diǎn)擊上傳數(shù)據(jù)。稱量完畢后，計(jì)算煤樣的水分，點(diǎn)擊檢查數(shù)據(jù)。

6）檢查性干燥。當(dāng)煤樣的水分大于2%時(shí)，需要進(jìn)行檢查性干燥。將煤樣按步驟3）的方法置于烘箱中30 min 后，重復(fù)步驟4）、5）。檢查性干燥至兩次稱量質(zhì)量減少不超過0.001 0 g 或質(zhì)量增加時(shí)為止。在后一種情況下，采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量為計(jì)算依據(jù)。

7）后處理。將試驗(yàn)完畢的稱量瓶中的煤樣倒入指定回收器，用干紗布將稱量瓶擦拭干凈后放入干燥器備用。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 濕度與Mad 的相關(guān)性分析

通過SPSS 的雙變量相關(guān)分析功能分析環(huán)境濕度與Mad之間的關(guān)系，相關(guān)性分析結(jié)果如表1 所示。

表1 濕度與Mad 之間的相關(guān)性

由表1 可知，試驗(yàn)煤樣的濕度與Mad相關(guān)系數(shù)分布在0.738～0.978 之間，且對(duì)于試驗(yàn)煤炭濕度與其一般分析試驗(yàn)煤樣水分之間相關(guān)性顯著。

2.2 濕度與Mad 的線性回歸分析

回歸分析可分析Mad和濕度之間的因果關(guān)系，建立回歸模型，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來估計(jì)模型的參數(shù)，評(píng)價(jià)回歸模型是否能夠很好地?cái)M合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，反映濕度和Mad之間的變化規(guī)律，同時(shí)能定量地了解濕度對(duì)Mad的影響程度。

表2 給出了各品名煤炭回歸模型的擬合優(yōu)度R2（回歸直線對(duì)觀測(cè)值的擬合程度）結(jié)果，調(diào)整后R2是衡量模型好壞的重要指標(biāo)之一。R2越大，模型的效果越好，相關(guān)性越強(qiáng)。

表2 模型摘要

表3 為回歸模型的方差分析結(jié)果，模型的顯著性均小于0.05，說明回歸模型都有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明一般分析試驗(yàn)煤樣水分和濕度之間存在線性相關(guān)關(guān)系。

表3 方差分析

表4 給出了各品名自變量的偏回歸系數(shù)估計(jì)值、標(biāo)準(zhǔn)化后的偏回歸系數(shù)以及回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。據(jù)此可歸納各品名一般分析試驗(yàn)煤炭水分與濕度的線性回歸方程如下：

表4 系數(shù)

煤樣A 回歸方程：y=3.750+0.027x

煤樣B 回歸方程：y=1.058+0.016x

煤樣C 回歸方程：y=1.109+0.011x

煤樣D 回歸方程：y=4.125+0.018x

煤樣E 回歸方程：y=6.866+0.035x

煤樣F 回歸方程：y=2.648+0.018x

煤樣G 回歸方程：y=5.190+0.024x

煤樣H 回歸方程：y=5.079+0.034x

煤樣I 回歸方程：y=5.210+0.025x

煤樣J 回歸方程：y=6.225+0.061x

煤樣K 回歸方程：y=6.079+0.057x

其中y代表Mad，x代表濕度。不同煤樣的一般分析煤樣水分受濕度的影響大小不同，方程中斜率代表自變量每改變一個(gè)單位因變量的變化值，即針對(duì)實(shí)驗(yàn)煤炭環(huán)境濕度每改變10，一般分析煤樣水分變化值從0.11 到0.61 不等，即同一煤炭在不同環(huán)境下（包括不同地域、不同實(shí)驗(yàn)室、同一實(shí)驗(yàn)室不同濕度等）其一般分析試驗(yàn)煤樣水分會(huì)有所不同，且變化幅度有大有小，變化幅度可通過回歸方程的斜率來定量分析。

為了更直觀的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室條件下濕度變化Mad變化情況，舉例如表5 所示。

表5 不同濕度下一般分析試驗(yàn)煤樣水分差異分析

表5 根據(jù)線性回歸公式計(jì)算出同一煤樣在不同濕度下的Mad及不同濕度差下的Mad變化值。由表中不同濕度下Mad可知，同一煤樣在不同濕度下Mad變化情況，濕度從20 增加到80，Mad變化值均超過0.6，最大變化值達(dá)到3.66。由表中不同濕度差帶來的Mad差值可知，濕度差達(dá)到20 時(shí)，Mad變化均超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的樣品測(cè)定的重復(fù)性限。Mad隨濕度的變化大小與其本身的煤質(zhì)有關(guān)，Mad越小濕度變化帶來的Mad變化越小。例如B 和C 樣，濕度即使變化60，Mad變化也不超過1，而J 和K 樣的Mad變化值最明顯，同樣濕度變化60，Mad變化超過了3。進(jìn)一步證明變化程度及結(jié)果與回歸方程的斜率有關(guān)。

3 結(jié)論

1）通過分析環(huán)境濕度與煤的一般分析試驗(yàn)煤樣的水分相關(guān)，且呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即一般分析試驗(yàn)煤樣的水分隨環(huán)境濕度增大而增大。

2）環(huán)境濕度對(duì)不同試驗(yàn)煤炭煤的一般分析試驗(yàn)煤樣水分的影響程度不同，通過回歸方程的斜率可定量地分析濕度對(duì)其一般分析試驗(yàn)煤樣水分的影響程度。這種影響程度的大小與煤本身的特性有關(guān)。

3）在實(shí)際工作中Mad的結(jié)果出現(xiàn)偏差需考慮環(huán)境濕度的不同，這是以往經(jīng)常被忽略的因素。例如同一煤炭間隔一段時(shí)間或者隨著季節(jié)變化其Mad結(jié)果有可能變化較大，或者天氣變化（降雨）造成濕度突然改變等情況，不同實(shí)驗(yàn)室環(huán)境控制程度不同或者地域氣候等不同都會(huì)造成一般分析試驗(yàn)煤樣水分的較大差異。

4）《煤炭分析試驗(yàn)方法一般規(guī)定》（GB/T 483-2007）[4]中對(duì)一般分析試驗(yàn)煤樣水分測(cè)定的期限規(guī)定是，凡需根據(jù)水分測(cè)定結(jié)果進(jìn)行校正或換算的分析試驗(yàn)，應(yīng)同時(shí)測(cè)定煤樣水分；如不能同時(shí)進(jìn)行，兩者測(cè)定也應(yīng)在盡量短的、煤樣水分未發(fā)生顯著變化的期限內(nèi)進(jìn)行，最多不超過5 d。實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)遇到0.2 mm 樣品復(fù)檢或者標(biāo)煤測(cè)定水分的情況，習(xí)慣性地按照5 d 的期限來判定是否同時(shí)測(cè)定水分，往往是即使在5 d 以內(nèi)樣品的水分也發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果失真，例如環(huán)境濕度發(fā)生明顯變化（下雨、采取控制濕度措施等）。

5）試驗(yàn)分為兩個(gè)階段，第一階段分析A～I(xiàn) 樣品，第二階段分析J 和K 樣品。第一階段測(cè)試頻率高、樣品量大，每次測(cè)定前樣品混合可能不均勻，影響了Mad測(cè)定結(jié)果，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)性系數(shù)沒有第二階段的高，但能從一定程度上分析和解釋不同煤濕度與水分之間的關(guān)系。