煤炭采樣設備的選型分析

邵兆東

【摘 ?要】自從20世紀70年代采樣設備發展到現在，我國的煤炭采樣設備已經具有一定的規模，其自動化程度也在逐步提升，設備的功能也由最初單純的煤炭采樣功能，發展到當前具備有制作、煤炭分析等功能。但是，我國的煤炭采樣設備與發達國家相比仍落后許多。因此，在煤炭采樣設備選型中必須遵循不同的采樣設備的性能及實際工況等原則進行選定。

【關鍵詞】煤炭;采樣設備;選型

1 引言

近年來，隨著能源需求的提高，煤炭事業得到了社會的關注。同時，煤炭企業也對采樣這一重要工作提出了更高的要求，機械化成為采樣發展的主要趨勢。在這種背景下，采樣設備的工作能力成為決定采樣效果的重要因素。當前，采樣設備種類日趨多樣，其功能也更加復雜，涵蓋了采樣、制樣的各個環節，這在便利采樣工作的同時，也提高了煤炭企業選用設備的難度。要想實現優質的采樣效果，用戶就必須充分了解煤炭采樣的基本情況，并立足于自身的發展實際選取合適的采樣設備。本文就聚焦于煤炭工作的實際，從采樣設備的工作原理出發，探尋具有實效性的選型方法。

2 煤炭采樣概述

所謂采樣工作，顧名思義，就是從相對大的物料群體中選出一定的樣品，實現對全部物料質量把控的目的，可以看出，能否實現這一目的，很大程度上取決于所選取的樣本是否具有較高的代表性。樣品的確定依照不同行業的工作實際而具體確定，就煤炭產品而言，能反映其基本性質及應用價值的參數主要包括水分、發熱量、灰分這些指標，因此在采樣過程中也應當重點檢測樣本的相應狀況。

與其他物料相比，煤炭本身構成的不均勻性決定了其采樣工作的難度，各類復雜因素均可能影響采樣工作的代表性：分析化驗的程序;采樣過程中物料水分的變化以及被采物料的水分過高;煤炭中含有泥（灰）;樣品代表的煤批量大小;所需采樣精確度的要求等等。

通常，煤有各種形狀和粒度、不同的物理特性、化學成分及含灰量。為了保證子樣能夠真正代表整批貨物，應以確定的次數，按一定的周期從整批煤中采取。“子樣”是指采樣設備從煤流中（通常為膠帶運輸機的膠帶表面或頭部卸料處）穿過一次采樣所獲得的樣品。對于指定精度的采樣需求，所需子樣的數量和質量取決于煤本身的可變性。煤中的雜質越多，其可變性越大。為了正確地采集到有代表性的樣品及滿足采樣系統的精度要求，需要了解所采集物料的特性，并確定樣品子樣的最少采樣次數和最小采樣量。這就必須遵從有關采樣標準。如：

（1）美國材料試驗學會ASTM標準：煤采樣標準D-2234;洗選煤的化學分析采樣標準D-2013;

機械螺旋采樣標準D-4946。

（2）國際標準化組織ISO標準：機械采樣標準ISO-9411（第一部分：煤;第二部分：焦炭）;鐵礦石機械采樣標準ISO-3082。

（3）中華人民共和國國家標準：商品煤的采取方法GB475;煤樣的制備方法GB474。

近年來，為了有效指引我國煤炭事業的發展，相應的國家標準的版本與內容也呈現出持續更新升級的態勢，具有較高的適用價值。在工作中，無論采用何種采樣方法，無論基于何種工作原理，均應當嚴格符合相關的規范要求，方可以保證采樣工作的科學性。在這一要求引領下，用戶可以基于自身需求，有針對性的選用相關標準。

3 煤炭采樣系統的類型及特點研究

3.1 多級采樣系統

我國目前常采用的多級采樣系統主要包括二級采樣系統和三級采樣系統。不同級數的采樣系統適用的范圍各不相同。其中，二級采樣系統主要應用于流量不超過每小時2 000 t的或者煤炭的顆粒小于75 mm的運輸設備。二級采樣系統的工作流程為：初級系統以固定的頻率將待測的樣品通過相關設備送至破碎機中，直至將樣品破碎到所需的顆粒大小;然后將處理過后的樣品送至二級采樣機中，最終得到可以檢驗的小樣，將其送至實驗室中。

不同的是，三級采樣系統適用于流量大于每小時2 000 t的或者煤炭的顆粒大于75 mm的運輸設備。三級采樣系統的工作流程為：首先，根據預設的采樣頻率獲取一定量的煤炭樣品，并將其送至一級破碎機中;然后，將第一步中獲得樣品通過二級采樣機按照6倍于一級采樣頻率獲取樣品;而后，將第二部中獲取的，并將其破碎至要求的顆粒大小;最后，將第三步中破碎得到的樣品基于一定采樣頻率獲取樣品，此時得到樣品為最終待測樣品（根據相關標準可知，對于每1 000 t煤炭需獲取20 kg的樣品），并將其送至試驗室中。

3.2 刮板式機械采樣系統

目前，我國采樣操作主要采用刮板式機械采樣系統，該采樣系統主要適用于對皮帶運輸機上煤炭的獲取。刮板式機械采樣系統主要是基于刮掃的形式對皮帶輸送機上的煤炭進行全斷面的切割方式獲取樣品。該采樣系統的采樣方式與以往采樣方式相比較而言，從一定程度上降低了毛樣品的質量，其獲取樣品的質量也滿足相關標準的規定。總的來說，刮板式機械采樣系統具有經濟、節能的優勢。因此，刮板式機械采樣系統廣泛應用于膠帶采樣設備，尤其廣泛應用于二級采樣系統和三級采樣系統中。

3.3 螺旋式機械采樣系統

螺旋式機械采樣系統主要應用于汽車或者火車等途徑運輸煤炭過程中的采樣。該采樣系統主要由四部分組成，分別包括有：鉆頭、提升機、縮分器以及驅動設備等。在實際采樣過程中，螺旋式機械采樣系統在傳統給料、破碎、縮分以及收集等功能的基礎上，為了豐富螺旋式機械采樣系統的功能，在基礎的采樣系統上增設了回轉梁、行走設備以及升降設備。鑒于螺旋式機械采樣系統獨特的結構形式，決定于該系統僅能夠應用于二級采樣系統中。

根據不同結構形式的螺旋式機械采樣系統，可以分為不同的類別，分別為門式、橋式、塔式等。其中，橋式采樣系統和門式采樣系統主要應用于火車運輸途徑的采樣，可以實現對遠距離樣品的采集;其余形式的采樣系統主要應用于汽車運輸途徑的采樣。

3.4 采樣及在線分析系統

在傳統工作模式下，分析與采樣工作是隔離開來的，近年來為了提高工作效率，實現集約化管理，分析設備與采樣設備的融合程度不但加深，這也契合了煤炭企業的實際發展需求。當然，在實際工作過程中，煤炭企業也應當依照實際情況加以權衡選擇。要避免出現為了追求多功能而忽略實際需求造成的流程復雜、成本增加的情況，也可以同設計院加強合作，實現最優的選型效果。

4 煤炭采樣設備選型原則

煤炭實際采樣過程中，對設備的選型需遵循以下幾條原則：

4.1需掌握采樣煤炭的種類和樣品的質量

采樣單元是對一批煤炭進行試驗所采集的一定量的煤。其中，根據被測煤炭的種類確定樣品的個數，通過設定一定的采樣精密度最終決定樣品的個數多少。一般情況下，將煤炭的運輸流量確定為一個采樣單元。

4.2 需掌握煤炭的最大粒度

煤炭的最大粒度指的是當采樣設備上累積煤炭的百分比達到5%時，篩孔的直徑大小。一般情況下，根據煤炭的最大粒度確定采樣設備的尺寸，從而也決定了所采集樣品的質量。

4.3 需掌握所采集煤炭的水分的含量大小和運輸皮帶的寬度

根據所采集煤炭水分含量的大小可以得出采樣系統驅動設備的動力大小;根據運輸皮帶的寬度可以得出采樣系統的容積和相關長度值。

5 結束語

近年來，隨著對煤炭質量的要求越來越高，需要一套性能優越的采煤設備為之服務。然而，煤炭采樣設備的選型涉及到的眾多因素中以樣品的質量、最大粒度以及運輸速度等為關鍵因素。因此，在對煤炭采樣設備選型時需綜合考慮樣品數目、樣品質量以及采樣頭切割速度等因素，以確保最終所采煤炭的質量。

參考文獻：

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（作者單位：華能海南發電股份有限公司東方電廠）