關于煤炭采樣方式及問題的探討

韓建輝,錢 鋒

(1.上海賽孚燃料檢測股份有限公司，上海 201206；2.中國物流與采購聯合會燃料質量監督檢驗測試中心(上海)，上海 201206)

火力發電是我國主要的發電方式，煤炭作為火力發電的主要燃料現在及將來很長一段時間是不可替代的。由于煤炭是一種很不均勻的固體混合物，其物理、化學性質會受到不同的地質條件、形成過程，加工方法和運輸方式等影響而產生很大差異。此外，各用煤單位對煤炭品質有著不同的技術要求，并有許多評價的指標。在煤炭品質檢驗中，煤炭采樣、制樣、化驗對煤炭品質檢驗結果有著不同的影響。根據大量的數據研究發現，其中采樣對煤炭品質檢驗結果影響最大為80%，制樣其次為16%，化驗僅占4%。要正確評價煤炭品質，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價煤質的關鍵。從煤炭地質勘探到煤炭生產，加工利用，流通，貿易等環節都離不開煤炭采樣。從大批量的煤炭中抽取一小部分煤炭用于物理、化學和技術性能測試，適當的采樣方法對客觀評價煤的性質和經濟價值是密切相關的，也是煤炭生產、貿易、使用等各方的關注重點[1]。

煤炭的采樣分為煤炭機械化采樣和煤炭人工采樣。

1 煤炭機械化采樣

機械化采樣系統在投入使用前都需要進行性能試驗，性能試驗主要是驗證機械化采樣設備所采取得樣品是否具有代表性，是否符合標準要求。性能試驗包括精密度測定和偏倚試驗，精密度測定主要是在指規定條件下所得的獨立試驗結果間的符合程度。偏倚是系統誤差，它導致一系列結果的平均值總是高于或低于用一參比采樣方法得到的值。對同一個煤進行一系列測定所得結果間的彼此符合程度就是精密度，而這一系列測定結果的平均值對一可以接受的參比值的偏離程度就是偏倚。性能試驗通常每2～3年需進行一次。

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

1.1 輸煤皮帶機械化采樣

輸煤皮帶機械化采樣通常由采樣機、樣品輸送設備、破碎設備、縮分設備、樣品收集裝置、棄料處置裝置、程控中心系統等構成。可在皮帶前端、皮帶中端、皮帶末端、皮帶轉接處設置機械化采樣裝置。輸煤皮帶機械化采樣需對以下幾點進行關注。

(1)采樣器開口尺寸要滿足標準要求，大于被采煤炭標稱最大粒度的三倍，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入采樣設備，每一個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的安全，通常采樣器與輸送皮帶之間會留有一定間隙。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控制在一定的范圍內，一般為小于2厘米。若間隙過大，采樣器則無法進行煤流全斷面的采樣，會給采樣帶來了一定的誤差。

(3)子樣采取的時間間隔要設定好，采樣頻率及子樣數要滿足標準的要求，過低的采樣頻率及過少的子樣數也會帶來采樣的誤差。

(4)要經常對采樣系統進行巡視，防止潮濕或大塊煤炭堵塞采樣設備，造成少采、漏采。

(5)采樣前要對樣品收集裝置的收樣桶進行清理，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破碎及縮分輸煤皮帶機械化采樣設備，多級破碎及縮分可能會使采取的樣品出現一定的偏差。

(7)輸煤皮帶機械化采樣設備可能會在破碎縮分過程中造成水分損失，需通過性能試驗計算出水分損失率，給予水分校正。

1.2 運煤車廂螺旋鉆式機械化采樣

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

運煤車廂螺旋鉆式機械化采樣是將火車或汽車車廂均勻分成15～18個面積或體積相等的方塊，計算機控制系統以隨機方式或系統方式選擇所采取的子樣位置進行采樣。車廂螺旋鉆式機械化采樣需要注意以下幾點。

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

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

(3)采樣時，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備。

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

1.3 智能機器人手臂采樣

智能機器人手臂采樣目前只有很少部分煤礦企業在使用，還處在試運行階段。隨著時代的發展，智能化、信息化向各個行業進行滲透。智能機器人手臂采樣系統的出現是煤炭機械化采樣向智能化、信息化發展的一個符號，雖然目前有諸多的問題，但是隨著科技的進步，相信智能化采樣能夠給煤炭采樣帶來新的一面。

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

2 煤炭人工采樣

機械化采樣是煤炭采樣的發展趨勢，但由于機械化采樣設備前期投入較大，一些煤炭碼頭、煤炭用戶單位并沒有建立機械化采樣裝置，或者由于機械化采樣裝置出現故障，此時人工采樣成為機械采樣的一種補充。煤炭人工采樣子樣布點要均勻，子樣重量、總樣重量及取樣工具開口尺寸等均要符合標準要求。

煤炭人工采樣主要有：輸煤皮帶人工采樣、運煤卡車裝/卸貨人工采樣、煤堆人工采樣、運煤小船人工采樣、運煤火車車廂人工采樣、斗輪機裝/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，應注意采樣鏟的正確使用方式，如：采樣鏟和輸送帶來時的方向成45度角，下鏟，鏟好樣品后，采樣鏟應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以下幾點進行關注。

(1)輸煤皮帶在運行過程中的抖動會導致塊沫離散、煤塊在上、煤沫在下的狀態，采樣時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橫斷面采樣，此時輸煤皮帶在運行過程中的抖動會使塊沫分離，煤塊會離散至皮帶邊緣，若靠近皮帶邊緣采樣則會導致所采的煤樣塊沫不均衡，影響采樣代表性。

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

2.2 運煤卡車裝/卸貨人工采樣

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

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

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

(3)卡車運煤過程中專用平臺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，采樣人員在采樣平臺上對運煤卡車上車廂內的煤炭進行采樣。由于只能進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采樣，采樣的代表性沒有煤流動態采樣代表性好，所以在相關標準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逐漸蒸發，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行采樣，這樣可以采取煤堆中間位置的煤炭。

2.4 運煤火車車廂人工采樣

運煤火車車廂人工采樣在能夠保證車廂中的煤炭品質均勻且無不同品質的煤分層裝載的前提下，可在車廂頂部進行采樣。反之則應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個面積相等的方塊，以隨機方式或系統方式抽取火車不同位置進行采樣，全深度或不同深度的采樣對采樣人員體力消耗較大，通常不建議此種采樣方式。

2.5 斗輪機裝/卸煤炭分層人工采樣

斗輪機裝/卸煤炭分層人工采樣是在斗輪機將煤堆煤炭分層轉運至海輪或貨場后，在煤堆新形成的層面上按標準要求布點采樣的一種人工采樣方式。斗輪機作業效率高，目前很多港口碼頭、電廠在使用，但是作業時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械化采樣所替代，但由于機械化采樣的一些短板，人工采樣作為機械化采樣的補充，也將存在較長一段時間。

3 結語

煤炭品質檢驗是煤炭貿易中的一個重要環節，煤炭品質檢驗的結果直接關系著該批煤炭的價值，及煤炭中各項指標是否符合法律法規、標準、貿易合同的要求，是否對該批次煤炭拒收等。由于一些企業只看到眼前的利益，他們在煤炭貿易過程中對煤炭進行摻假，以次充好。隨著礦產資源的枯竭，煤炭供應市場上優質煤炭數量在逐漸的下降，各電廠的成本效益矛盾也日益突出。在這樣的背景下，加強對煤炭質量采制化的管理，嚴格把控煤炭質量，從而獲得最大的經濟效益和社會效益[3]。