煤質(zhì)檢驗準(zhǔn)確度的影響因素及提高措施分析★

王 勇

（山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限公司，山西 太原 030001）

1 煤質(zhì)檢驗的特點

煤炭的精細(xì)化利用及深加工能夠顯著提升煤炭的價值，隨之而來的是對煤炭性質(zhì)和各項指標(biāo)準(zhǔn)確分析要求的不斷提高。通過具體的化學(xué)或物理方法測試和研究包括煤炭的組成、性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)在內(nèi)的煤炭指標(biāo)可以為煤炭的高價值及精細(xì)化利用提供理論基礎(chǔ)。煤炭的種類及性質(zhì)不僅受到地層沉積環(huán)境、成煤地質(zhì)時代的影響，還受到原始成煤地層中無機質(zhì)與有機質(zhì)成分的影響，這也就意味著煤層具有顯著的非均質(zhì)性和各向異性的特點，導(dǎo)致不同區(qū)域所生產(chǎn)煤炭在煤質(zhì)上通常具有較大的差別，需要頻繁對所生產(chǎn)原煤進(jìn)行煤質(zhì)檢驗。然而煤質(zhì)檢驗流程中的原煤采樣、制樣、環(huán)境、實驗、數(shù)據(jù)分析等過程均易產(chǎn)生誤差[1]導(dǎo)致所得原煤水分、揮發(fā)分、灰分、發(fā)熱量、含硫量等煤質(zhì)檢驗結(jié)果的準(zhǔn)確度降低[2]。因此，加強煤質(zhì)檢驗過程中的影響因素管理，及時排除干擾因素，不斷完善并合理化相關(guān)檢測和實驗室分析流程，能夠提升煤質(zhì)檢驗結(jié)果的準(zhǔn)確度，實現(xiàn)煤炭資源的合理、科學(xué)、有效利用。

2 煤質(zhì)檢驗中誤差的分類、來源和消除

誤差是客觀存在的，任何的測量結(jié)果均不可能絕對準(zhǔn)確[3]。誤差一般用于衡量測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。分析煤質(zhì)檢驗流程中存在的誤差可以提高日常監(jiān)測的質(zhì)量控制。本節(jié)將煤質(zhì)檢驗過程中影響檢驗結(jié)果準(zhǔn)確度的誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差，并具體分析誤差來源及消除方法。

2.1 煤質(zhì)檢驗中的系統(tǒng)誤差及消除方法

實驗過程中受某些因素影響使多次測量同一量所得結(jié)果按照固定規(guī)律變化而產(chǎn)生的誤差被稱為系統(tǒng)誤差。煤質(zhì)檢驗流程中設(shè)備的老化和磨損會產(chǎn)生磨損誤差；單位換算或同一指標(biāo)的不同檢測方法之間存在測量方法誤差；煤質(zhì)分析中所使用化學(xué)試劑的性質(zhì)及作用參數(shù)的細(xì)微差別將產(chǎn)生試劑差異；煤質(zhì)檢驗實驗室內(nèi)的溫濕度和通風(fēng)情況等環(huán)境差異會直接影響樣品的質(zhì)量導(dǎo)致條件差異產(chǎn)生，從而影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，或者影響精密儀器的精度從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。

為了消除煤質(zhì)檢驗過程中的系統(tǒng)誤差，檢驗人員應(yīng)定期校準(zhǔn)實驗儀器，并通過在煤質(zhì)檢驗實驗中設(shè)置對照及空白實驗組以消除磨損誤差；具體的煤質(zhì)指標(biāo)化驗采用專人進(jìn)行，從而避免不同工作人員在某些測量方法及單位換算習(xí)慣上的差異，以消除測量方法的誤差；在進(jìn)行煤質(zhì)分析實驗之前，認(rèn)真核對所需化學(xué)試劑性質(zhì)的準(zhǔn)確性，保證所用化學(xué)試劑具有相同的使用條件可以避免試劑差異；實驗過程中，通過固定實驗室溫度、濕度、通風(fēng)情況等環(huán)境參數(shù)，指定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的煤樣采樣、制樣、保存方法，可以減小條件差異產(chǎn)生的誤差，提升實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.2 煤質(zhì)檢驗中的隨機誤差及消除方法

隨機誤差是在排除系統(tǒng)誤差后仍會隨機發(fā)生的誤差，具有不可避免性及可變性。煤質(zhì)檢驗時不同煤樣樣品之間存在的細(xì)微質(zhì)量差異會導(dǎo)致抽樣誤差的產(chǎn)生，對照原則和隨機化是減小該類抽樣誤差影響的有效方法；煤的非均質(zhì)性和各向異性導(dǎo)致每一份煤樣品之間均存在樣品不均勻?qū)е碌姆蔷鶆蛘`差，增加平行實驗次數(shù)可以有效減少非均勻誤差的影響；實驗室外噪聲振動及儀器內(nèi)振動影響、磁場變化和空氣擾動等無法控制的因素會導(dǎo)致偶然誤差發(fā)生，通常要布置交叉實驗將該類偶然誤差對實驗結(jié)果的影響程度降到最低。

2.3 煤質(zhì)檢驗中的粗大誤差及消除方法

在一定的測量條件下，當(dāng)出現(xiàn)明顯偏離實際值或不在預(yù)期范圍內(nèi)的實驗結(jié)果時，該結(jié)果被認(rèn)為是受到粗大誤差影響而明顯錯誤的檢測結(jié)果。實驗過程中的外界震動、電壓突變、機械沖擊、電磁干擾等客觀外界條件的意外改變均會導(dǎo)致被檢測樣品狀態(tài)或儀器示值的改變，從而產(chǎn)生粗大誤差使實驗結(jié)果發(fā)生錯誤，實驗人員應(yīng)對實驗過程中的客觀外界條件的變化有敏銳的感知度，盡可能在相同的客觀外界條件下實驗并能夠根據(jù)3σ 準(zhǔn)則在被檢測結(jié)果次數(shù)大于等于十次的條件下剔除含粗大誤差的實驗結(jié)果；實驗人員粗心大意容易導(dǎo)致錯誤操作、錯誤讀數(shù)和錯誤記錄，指定合理的自檢流程可以有效消除該類粗大誤差的產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)明顯的粗大誤差，但并非是客觀外界條件及實驗人員操作失誤所致時，通常認(rèn)為是實驗儀器內(nèi)部發(fā)生故障所致，應(yīng)進(jìn)行檢修并校準(zhǔn)后繼續(xù)實驗。

3 煤質(zhì)檢驗結(jié)果準(zhǔn)確度的提高措施

不同的煤質(zhì)指標(biāo)測定時有具體的工作條件，本節(jié)具體分析水分、灰分、發(fā)熱量和含硫量煤質(zhì)指標(biāo)測驗過程中的主要誤差來源并指出相應(yīng)的措施以提升測驗結(jié)果的準(zhǔn)確度[4]。

3.1 水分測驗準(zhǔn)確度提升的措施

煤中的水分共分為結(jié)合水、內(nèi)在水和外在水三個狀態(tài)，水分在煤的總體質(zhì)量中占比較大，限制影響其可燃性，是主要的煤質(zhì)指標(biāo)之一。煤中水分含量的準(zhǔn)確測定，關(guān)鍵在于包括煤樣采樣、制樣的整個實驗過程中煤中的水分含量既不增加也無損耗。因此，應(yīng)采用無水采樣方法進(jìn)行原煤的采樣避免外來水對煤中水分含量造成影響，并在采樣后將煤樣及時密封于干燥陰涼的容器中減少煤中水分的揮發(fā)，在煤樣運送至實驗室后盡快對原煤水分含量進(jìn)行測定，以提升水分含量檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.2 灰分測驗準(zhǔn)確度提升的措施

灰分為煤炭充分燃燒后的殘渣質(zhì)量占總質(zhì)量的占比，影響煤的發(fā)熱量、密度等性質(zhì)。煤中的無機礦物含量和有機質(zhì)燃燒殘渣為灰分的主要來源，因此要準(zhǔn)確測定灰分含量需要精準(zhǔn)把握實驗過程中的質(zhì)量變化，排除與灰分測定無關(guān)物質(zhì)質(zhì)量對結(jié)果的影響。在灰分測定前，清理灰分測定所使用的灰皿、坩堝、石棉板、馬弗爐、天平等儀器，排除無關(guān)物質(zhì)影響，且對所有使用儀器每六個月進(jìn)行定期的設(shè)備檢定；維持灰分測定過程中的環(huán)境溫度和濕度，避免灰分受環(huán)境溫濕度影響而發(fā)生質(zhì)量變化，影響測定結(jié)果；精確的煤灰分測定應(yīng)使煤中的黃鐵礦和碳酸鹽完全氧化，并使SO3的該反應(yīng)降到最低。

3.3 發(fā)熱量測驗準(zhǔn)確度提升的措施

發(fā)熱量是煤質(zhì)的重要衡量指標(biāo)，需要使用專業(yè)恒溫設(shè)備進(jìn)行檢測。發(fā)熱量測定過程中不僅需要維持檢測設(shè)備腔內(nèi)溫度穩(wěn)定，還要求發(fā)熱量測定實驗室內(nèi)的溫度維持在15～30 ℃且上下浮動不大于1 ℃。發(fā)熱量測定實驗過程中不得受到其他實驗所產(chǎn)生的溫度、氣流干擾，配備高純氧氣瓶以保證煤炭充分燃燒，使所測發(fā)熱量精準(zhǔn)顯示在儀器上。

3.4 含硫量測驗準(zhǔn)確度提升的措施

含硫量主要用于衡量煤炭燃燒對環(huán)境的污染程度的指標(biāo)，煤中含有的有機硫和無機硫在燃燒后會殘留有H2S 和SO2等污染物，對大氣造成直接污染并會腐蝕鍋爐管道。煤的含硫量測定通常使用庫倫滴定法，改方法對空氣流量的精準(zhǔn)度要求極高，在含硫量測定過程中要求空氣流量為1 000 mL/min，若空氣流量小于該值將會導(dǎo)致煤無法完全燃燒，導(dǎo)致溴及碘的擴散受阻測量結(jié)果低于正常值；若空氣流量大于該值則會使部分被滴定的SO2被帶出電解池，導(dǎo)致含硫量測定結(jié)果相對降低。庫倫滴定法要求攪拌速度為500 r/min，以穩(wěn)定滴定速率并避免損壞電解池。

4 結(jié)論

煤自身的非均質(zhì)性和各向異性、煤質(zhì)檢驗過程中難以避免的各項非人為及人為因素容易導(dǎo)致煤質(zhì)檢驗結(jié)果準(zhǔn)確度下降。本文系統(tǒng)分析煤質(zhì)檢驗過程中系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差的主要來源，并給出上述誤差的消除方法。進(jìn)一步具體指出提升水分、灰分、發(fā)熱量、含硫量指標(biāo)測驗結(jié)果準(zhǔn)確度的提升辦法，力求將煤質(zhì)檢驗過程中的誤差降到最低，以提升檢驗結(jié)果的有效應(yīng)和準(zhǔn)確度，為煤質(zhì)檢驗行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，實現(xiàn)煤炭資源的高效利用。