煤炭采制样过程中的误差来源与分析

赵 倩

（山西焦煤汾西矿业集团有限责任公司，山西 介休 032000）

引言

煤是一种可燃的黑色或深棕色沉积岩，是化石燃料，由最初在沼泽和泥炭沼泽中积累的有机物质分解而成。每年，数十亿吨煤炭在地区和国际市场上交易，用于发电、钢铁和水泥制造以及许多其他用途。煤的分析通常是对从散装材料中采集的煤样进行的，而不是对单个组分进行的。鉴于煤炭的极端复杂性，煤炭取样协议必须提供代表取样批次的材料。因此，为确保采集到具有代表性的样本，除了应遵循正确的采样程序，如表1 所示外，还应并遵守中国煤炭标准，还要进行煤炭采制样过程中误差来源与分析。

表1 煤炭取样程序和方法的优先顺序

1 煤炭采制样简介

1.1 煤炭采样

煤的采样，无论是手动还是机械采样，必须采取数量与原始批次非常相似但质量成比例相同的煤。但煤质并不总是均匀的，而且可变性使其难以具有代表性。在对煤炭进行化验之前，必须获得具有代表性的样品。煤炭采样应严格依据GB 475—2008“商品煤样人工采取方法”进行现场操作。输煤设施的变化使得几乎不可能发布一套适用于每种人工取样情况的规则[1]。

采样方法的选择取决于抽样目的、所需精度、场地的可及性以及技术、经济和时间限制等因素。从静止的物料中手动采集代表性样品涉及非常大的困难，并且几乎总是只能以有限的方式实现。手动采样技术，尽管可能存在与人为判断相关的错误，但可以避免，以有效地收集可定义数量的样品。自动取样系统，一旦设计、安装和测试用于特定的工厂应用，肯定会在质量和成本方面产生具有代表性的样品。

1.2 煤炭制样

煤炭制样应依据CB 474—2008“煤样的制备方法”进行操作。煤中煤样分布在取样过程的每一步都存在破碎、研磨和均匀混合的问题。

在煤中发现的不同密度的材料很容易导致其离析，尤其是当颗粒尺寸范围较大时。在一次操作中，将煤从大颗粒破碎到非常小的颗粒，或同时破碎和研磨煤，往往会产生大范围的颗粒尺寸和高浓度的非常细的颗粒。考虑到煤的起始粒度和性质，破碎、研磨和粉碎应包括合理数量的步骤。应注意–进料尺寸、破碎机类型、破碎机容量、进料速率和产品尺寸的均匀性、筛分和大气平衡的步进尺寸减小、破碎机清洁度以避免污染、适当储存破碎产品以避免任何大气损失、房间清洁度、气流、室温和湿度波动等。任何可能影响煤炭物理化学性质的此类变量应在实验室进行监测和记录，其影响应量化为测量误差或不确定度[2]。

为了尽量减少含水量问题，所有标准方法在必要时包括在制备分析样品时进行空气干燥，以便在相对稳定的实验室样品上进行后续处理和分析。煤中矿物质的分布在取样过程的每一步都存在破碎、研磨和均匀混合的问题。在煤中发现的不同密度的材料很容易导致其离析，尤其是当颗粒尺寸范围较大时。过多的搬运步骤会增加煤炭暴露在空气中的程度，并增加低煤阶煤炭含水量变化和氧化的可能性。

2 煤炭采制样过程中常见误差

到目前为止，采样误差是采制样过程中总误差的最大组成部分——总误差的80%通常来自采样过程，16%来源于制样误差。采样误差包括随机误差和系统误差。

随机误差是由于抽样过程中的某些偶然事件引起的。它可能出现在均值周围的正向和负向上，并且其平均值往往为零。有几种方法可以最大限度地减少随机误差导致的潜在方差增加[3]。例如，采用相对较大数量增量的采样方法可以减少随机误差。此外，各种标准中描述的取样方法和技术旨在减少随机误差。

系统误差，也称为抽样偏差，是一种重复性误差，通常由抽样机制中的误差引起，与随机误差相反，结果往往持续高于或低于使用本质上无偏差的参考抽样方法获得的结果。具有系统误差或偏差的取样系统会以相同的方式不断歪曲实际煤炭，导致分析结果不准确。有偏差的抽样可能会产生代价高昂的财务后果。

3 煤炭采制样过程中误差来源与分析

采集样品的位置对于其与原始煤的代表性至关重要。就任何标准而言，尽管取样位置必要的，但在实际应用中取样位置并不严格[4]。

以发电厂为例进行分析：大多数发电厂使用不同来源和质量的混合煤，但实际上从运输车辆、传送带、给料仓或具料仓或料堆的给料机、破碎机卸料的“进料质量”；或者通过从筒仓出口、磨煤机出口等处取样来了解“烧成”质量，对于电厂监控与进料质量相关的电厂效率都很重要。即使是一个完美的分析程序也无法纠正错误样本采集造成的问题，因此所有标准在这方面都应该严格，因为对煤炭进厂质量进行取样在决定煤炭代表性方面起着重要作用。

在实际操作过程中可在发电厂的不同位置对煤炭进行取样，这取决于取样的目的以及煤炭和输煤厂布局和取样方法的可操作性。良好的取样计划将确保所获得的样品平均而言能很好地代表被测煤的主要成分。同样，样品的收集和处理方式必须确保其化学成分在分析时不会发生变化。

另外，取样时的另一个重要考虑因素是自然环境，如天气条件、气温、湿度、风速、降雨量、来源和取样点等。通常，任何取样方案都应符合相关国家或国际标准。然而，由于技术、成本和时间的限制，卖方和买方通常会联合对抽样方法进行一些修改[5]。

由于在样本采集、制备和分析的不同阶段，约80%的总误差仅来自采集过程中的误差。抽样计划描述了总体目标，它包括关于什么样的样品、如何取样、以什么频率取样、用什么样的样品进行分析以及由谁进行分析进行了具体实用说明。适当的抽样计划向所有用户提供透明度，不仅会提高结果的可靠性和保证水平，这也可能有助于降低分析和稽查的成本。

4 结语

1）针对煤在性质上是高度不均匀的，为减少采样误差，应严格按照国标规定进行操作，确保采取样品的代表性。

2）样品制备过程中可能涉及样品的掺合、缩分、破碎、混合和干燥，应保护样品免受含水量变化、氧化和污染，这样也可以有效减小误差。

3）为提高采样精密度，减小误差，可以考虑机械化采样，机械化采样优势：一是降低人工劳动强度，二是采样均匀，代表性强。