基于AS1289.3.5.1 測(cè)定煤炭密度的替代方法

李阿衛(wèi) 張景香 劉亞丹

（1.力鴻檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司，北京 101318；2.力鴻檢驗(yàn)集團(tuán)有限公司唐山分公司，河北 唐山 063611）

根據(jù)《國(guó)際海運(yùn)固體散裝貨物規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)則）的要求，針對(duì)易流態(tài)煤炭需測(cè)定其適運(yùn)水分極限，在測(cè)定過(guò)程中需要測(cè)定煤炭的密度，這個(gè)過(guò)程參數(shù)的測(cè)定時(shí)間至少36 h。但是在北方港口，這個(gè)時(shí)限影響到船舶靠泊和港口作業(yè)，給客戶(hù)和港口帶來(lái)較大麻煩。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

吊秤、電子秤、電熱鼓風(fēng)干燥箱、恒溫水浴鍋、密度瓶、吊籃、標(biāo)準(zhǔn)篩等。

1.2 樣品采集與制備

根據(jù)規(guī)則要求，依據(jù)《商品煤樣人工采取方法》（GB/T 475-2008）和《煤樣的制備方法》（GB/T 474-2008）采取和制備出用于密度測(cè)定的樣品，2 mm 以上兩份，2 mm 以下兩份。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定顆粒密度

依據(jù)《土壤顆粒密度的測(cè)定》（AS 1289.3.5.1-2006）的方法測(cè)定。

1.3.1 ＜2 mm 的樣品密度

用水徹底清洗密度瓶，用丙酮或乙醇沖洗幾次，然后向瓶?jī)?nèi)吹氣使其干燥，測(cè)定瓶子的質(zhì)量m1；將通過(guò)2 mm 篩的樣品縮分，獲得約占密度瓶體積三分之一的二次樣品；將固體顆粒轉(zhuǎn)移到密度瓶中，加水使瓶子裝滿(mǎn)大約三分之二的水，并讓煤樣顆粒浸泡約24 h；逐漸向瓶子施加部分真空（氣壓不超過(guò)13 kPa），并保持真空至少10 min，偶爾轉(zhuǎn)動(dòng)瓶子以幫助去除截留的空氣；將瓶子裝滿(mǎn)水，并使其和水與水槽或房間建立熱平衡，稱(chēng)量質(zhì)量m3；從瓶子中取出煤樣并將其放在盤(pán)子中，連同瓶子和塞子一起烘干，在105～110 ℃的烘箱中將煤樣干燥至質(zhì)量恒定（見(jiàn)GB/T 474），記錄密度瓶（含塞子）和干煤樣的質(zhì)量m2；將瓶子裝滿(mǎn)水，記錄裝滿(mǎn)水時(shí)密度瓶的質(zhì)量m4。

1.3.2 ＞2 mm 的樣品密度

對(duì)2 mm 篩上的煤樣進(jìn)行縮分，獲得約5 kg 的試驗(yàn)樣品；徹底清洗樣品，以去除顆粒表面的灰塵和其他涂層；在室溫下將樣品浸入水中24 h，測(cè)定浸入水中的鋼絲籃的等效質(zhì)量m6；將飽和樣品放在鋼絲籃中，搖動(dòng)材料以去除任何殘留的空氣，并確定其在水中的等效質(zhì)量m7；將飽和樣品排出游離水，放在盤(pán)子里，然后將盤(pán)子和二次樣品放在烘箱里，在105～110 ℃下將樣品烘干至質(zhì)量恒定，冷卻并測(cè)定樣品的質(zhì)量m5。使用單獨(dú)的子樣重復(fù)此過(guò)程。

1.3.3 計(jì)算

2 mm 篩下樣品的煤炭顆粒密度（ρf），單位g/cm3，由下式得出：

式中：ρf為通過(guò)2.36 mm 篩子部分的煤樣顆粒密度，g/cm3；m1為密度瓶（含瓶塞）的質(zhì)量，g；m2為密度瓶（含瓶塞）和干樣顆粒的質(zhì)量，g；m3為密度瓶（含瓶塞）、煤炭顆粒和水的質(zhì)量，g；m4為裝滿(mǎn)水時(shí)瓶子的質(zhì)量，g；ρw為試驗(yàn)溫度下的水密度，g/cm3。

2 mm 篩上樣品的煤炭顆粒密度（ρc），單位g/cm3，由下式得出：

式中：ρc為保留在2 mm 篩上的煤樣部分的表觀(guān)顆粒密度，g/cm3；m5為干煤樣顆粒質(zhì)量，g；m7為浸泡在水中的鋼絲籃和煤樣顆粒的等效質(zhì)量，g；m6為浸入水中的鋼絲籃的等效質(zhì)量，g。

如果兩個(gè)結(jié)果相差超過(guò)0.03 g/cm3，則丟棄結(jié)果并重復(fù)試驗(yàn)，取合格試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為煤炭密度。

1.4 改進(jìn)方法測(cè)定顆粒密度[1-3]

除浸泡時(shí)間由24 h 變?yōu)?2 h 外，其他操作與1.3相同。

2 試驗(yàn)結(jié)果

篩上和篩下各做了14 組數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 和表2。

表1 篩下煤樣密度ρf 對(duì)比

表2 篩上煤樣ρc 密度對(duì)比

3 統(tǒng)計(jì)分析方法

3.1 可疑值的取舍—格拉布斯檢驗(yàn)法（T 檢驗(yàn)法）

將一組數(shù)據(jù)由小到大順序排列：x1，x2，···，xn-1，xn，當(dāng)最小值x1可疑時(shí)，按式（3）計(jì)算統(tǒng)計(jì)量：

將計(jì)算出的T值與從格拉布斯檢驗(yàn)法的臨界值表中查得的臨界值Ta,n（a為顯著性水平，n為試驗(yàn)次數(shù)） 進(jìn)行比較，若T≤Ta,n，則x1或xn為正常值，不能被舍棄；若T≥Ta,n，則x1或xn為異常值，可考慮以a的危險(xiǎn)率被舍棄。

3.2 試驗(yàn)次數(shù)檢查—最大允許偏倚檢驗(yàn)法（MTB）

根據(jù)實(shí)際工作中能接受的系統(tǒng)誤差確定最大允許偏倚，進(jìn)行若干次成對(duì)對(duì)比試驗(yàn)后，求得兩種試驗(yàn)方法之差的標(biāo)準(zhǔn)偏差sd，根據(jù)下式計(jì)算統(tǒng)計(jì)量g，g=B/sd，查表得出為檢出最大允許偏倚B所需的測(cè)定次數(shù)n′，若算出的n′大于已經(jīng)進(jìn)行的試驗(yàn)次數(shù)，則需補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)到n′。

3.3 兩種方法是否能互相代替—成對(duì)對(duì)比法

4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)格拉布斯檢驗(yàn)法檢驗(yàn)表1 和表2 中有無(wú)可疑值，通過(guò)計(jì)算未發(fā)現(xiàn)可疑值。設(shè)定最大允許偏倚為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的重復(fù)性限，即B=0.03 g/m3，通過(guò)MTB 法計(jì)算統(tǒng)計(jì)量g，從估算最少試驗(yàn)對(duì)數(shù)的試驗(yàn)因數(shù)g值表中查得試驗(yàn)次數(shù)n′為12 和14，實(shí)際試驗(yàn)次數(shù)為14，滿(mǎn)足要求。根據(jù)成對(duì)對(duì)比法計(jì)算統(tǒng)計(jì)量t，查表得臨界值t0.05，13=2.16，由表1 和表2可知t≤ta，n-1，表明在95%置信概率下兩種方法的測(cè)量結(jié)果沒(méi)有顯著性差異，兩種方法可相互代替。

5 結(jié)論

替代方法的測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法無(wú)明顯差異，可以替代標(biāo)準(zhǔn)方法，且能大大縮短檢驗(yàn)時(shí)限。