关于煤炭采样方式及问题的探讨

韩建辉,钱 锋

(1.上海赛孚燃料检测股份有限公司，上海 201206；2.中国物流与采购联合会燃料质量监督检验测试中心(上海)，上海 201206)

火力发电是我国主要的发电方式，煤炭作为火力发电的主要燃料现在及将来很长一段时间是不可替代的。由于煤炭是一种很不均匀的固体混合物，其物理、化学性质会受到不同的地质条件、形成过程，加工方法和运输方式等影响而产生很大差异。此外，各用煤单位对煤炭品质有着不同的技术要求，并有许多评价的指标。在煤炭品质检验中，煤炭采样、制样、化验对煤炭品质检验结果有着不同的影响。根据大量的数据研究发现，其中采样对煤炭品质检验结果影响最大为80%，制样其次为16%，化验仅占4%。要正确评价煤炭品质，必须抽取具有代表性的煤样，如何抽取具有代表性的煤样是正确评价煤质的关键。从煤炭地质勘探到煤炭生产，加工利用，流通，贸易等环节都离不开煤炭采样。从大批量的煤炭中抽取一小部分煤炭用于物理、化学和技术性能测试，适当的采样方法对客观评价煤的性质和经济价值是密切相关的，也是煤炭生产、贸易、使用等各方的关注重点[1]。

煤炭的采样分为煤炭机械化采样和煤炭人工采样。

1 煤炭机械化采样

机械化采样系统在投入使用前都需要进行性能试验，性能试验主要是验证机械化采样设备所采取得样品是否具有代表性，是否符合标准要求。性能试验包括精密度测定和偏倚试验，精密度测定主要是在指规定条件下所得的独立试验结果间的符合程度。偏倚是系统误差，它导致一系列结果的平均值总是高于或低于用一参比采样方法得到的值。对同一个煤进行一系列测定所得结果间的彼此符合程度就是精密度，而这一系列测定结果的平均值对一可以接受的参比值的偏离程度就是偏倚。性能试验通常每2～3年需进行一次。

机械化采样目前主要有：输煤皮带机械化采样，运煤车厢螺旋钻式机械化采样，智能机器手臂采样。目前主流的是输煤皮带机械化采样，这种采样方式在港口码头投入使用较为常见。

1.1 输煤皮带机械化采样

输煤皮带机械化采样通常由采样机、样品输送设备、破碎设备、缩分设备、样品收集装置、弃料处置装置、程控中心系统等构成。可在皮带前端、皮带中端、皮带末端、皮带转接处设置机械化采样装置。输煤皮带机械化采样需对以下几点进行关注。

(1)采样器开口尺寸要满足标准要求，大于被采煤炭标称最大粒度的三倍，且开口尺寸较大的采样器(通常大于300mm)开口中间不要设置格挡，防止格挡在取样过程中将较大颗粒煤炭弹出采样器，这样就违背了采样的基本要求：被采批煤的所有颗粒都可能进入采样设备，每一个颗粒都有相等的几率被采入试样中。

(2)为确保采样器与输送皮带机的安全，通常采样器与输送皮带之间会留有一定间隙。为了保证煤流全断面的采样，采样器与输送皮带之间的间隙应控制在一定的范围内，一般为小于2厘米。若间隙过大，采样器则无法进行煤流全断面的采样，会给采样带来了一定的误差。

(3)子样采取的时间间隔要设定好，采样频率及子样数要满足标准的要求，过低的采样频率及过少的子样数也会带来采样的误差。

(4)要经常对采样系统进行巡视，防止潮湿或大块煤炭堵塞采样设备，造成少采、漏采。

(5)采样前要对样品收集装置的收样桶进行清理，保证收样桶干净以防止其他煤炭污染本次采取的样品。

(6)目前有小部分单位使用多级破碎及缩分输煤皮带机械化采样设备，多级破碎及缩分可能会使采取的样品出现一定的偏差。

(7)输煤皮带机械化采样设备可能会在破碎缩分过程中造成水分损失，需通过性能试验计算出水分损失率，给予水分校正。

1.2 运煤车厢螺旋钻式机械化采样

运煤车厢螺旋钻式机械化采样主要由螺旋钻采样头、给料头、破碎机、缩分集样器、弃煤处理系统组成。首先由钻取式螺旋采样机提取煤样，通过密闭式给料系统送入破碎机，破碎后样品进入缩分器，缩分后的煤样进入收样器，多余的煤样由弃样处理装置返回汽车或煤场[2]。

运煤车厢螺旋钻式机械化采样是将火车或汽车车厢均匀分成15～18个面积或体积相等的方块，计算机控制系统以随机方式或系统方式选择所采取的子样位置进行采样。车厢螺旋钻式机械化采样需要注意以下几点。

(1)通常车厢螺旋钻式采样装置的螺旋钻不会过大，但也要保证螺旋钻的螺距和环距(轴与筒壁的距离)大于被采煤标称最大粒度的3倍。

(2)根据此种采样设备的特点，通常所采煤炭粒度为13mm至50mm，采用此种采样设备才能保证所采样品的代表性。

(3)采样时，要防止螺旋钻头与车厢边缘及车厢底部触碰，防止损坏采样钻头及车体。

(4)要防止潮湿或大块煤炭堵塞采样设备。

(5)使用过程中，螺旋的螺纹会逐步磨损，导致螺旋螺纹与筒壁的间隙会逐渐变大，而可能会使得采样的代表性出现偏差。

1.3 智能机器人手臂采样

智能机器人手臂采样目前只有很少部分煤矿企业在使用，还处在试运行阶段。随着时代的发展，智能化、信息化向各个行业进行渗透。智能机器人手臂采样系统的出现是煤炭机械化采样向智能化、信息化发展的一个符号，虽然目前有诸多的问题，但是随着科技的进步，相信智能化采样能够给煤炭采样带来新的一面。

机械化采样有诸多优点，如消除了人工采样的安全隐患，减轻了人工的劳动强度，解决了人为因素等的影响。但机械化采样的一些问题也不容忽视，如设备前期投入成本较高，出现故障较难排除，特殊情况无法进行采样如煤炭较潮湿、有大块煤炭等情况，采样设备较为固定不灵活，部分类型的机械化采样设备在破碎缩分过程中可能会造成水分损失，需通过后期的水分补正予以校正等。

2 煤炭人工采样

机械化采样是煤炭采样的发展趋势，但由于机械化采样设备前期投入较大，一些煤炭码头、煤炭用户单位并没有建立机械化采样装置，或者由于机械化采样装置出现故障，此时人工采样成为机械采样的一种补充。煤炭人工采样子样布点要均匀，子样重量、总样重量及取样工具开口尺寸等均要符合标准要求。

煤炭人工采样主要有：输煤皮带人工采样、运煤卡车装/卸货人工采样、煤堆人工采样、运煤小船人工采样、运煤火车车厢人工采样、斗轮机装/卸煤炭分层人工采样。

2.1 输煤皮带人工采样

煤皮带人工采样是一种常见煤流人工采样方式，采用该方法时，应注意采样铲的正确使用方式，如：采样铲和输送带来时的方向成45度角，下铲，铲好样品后，采样铲应与皮带输送带成直角，方可收铲。为防止在采样过程中采样铲被皮带煤流带走，可将采样铲使用软绳固定在安全的位置。输煤皮带人工采样需对以下几点进行关注。

(1)输煤皮带在运行过程中的抖动会导致块沫离散、煤块在上、煤沫在下的状态，采样时要把控好所采样品的块沫的比例。

(2)由于人工采样铲无法做到输煤皮带整个横断面采样，此时输煤皮带在运行过程中的抖动会使块沫分离，煤块会离散至皮带边缘，若靠近皮带边缘采样则会导致所采的煤样块沫不均衡，影响采样代表性。

(3)质量好的煤覆盖质量差的煤，俗称“盖被子”。此时需要对输煤入口进行检查，防止质量好的煤覆盖质量差的煤，由于人工采样铲无法做到输煤皮带整个横断面采样，此时只能采到好煤而采不到差煤的情况。

2.2 运煤卡车装/卸货人工采样

运煤卡车装/卸货人工采样也是常见的煤炭人工采样方式。通常有运煤卡车装货人工采样，运煤卡车卸货人工采样，卡车运煤过程中专用平台上卡车表面采样。由于采样人员与运输车辆在同一作业面上，所以一定要保证采样人员的安全，才可进行采样。

(1)运煤卡车装货人工采样是铲车或装载机将煤炭从煤场装载至卡车后，在煤堆上形成的新的剖面上进行采样，要防止煤堆上层煤炭的滑落。

(2)运煤卡车卸货人工采样是卡车将煤炭运至码头平台或煤场卸下后，在卸下的煤堆上进行随机采样，通常此种采样都是在煤堆表面进行采样，为了防止煤堆表层和里层煤炭质量不均匀，可向下挖深0.5mm左右进行采样。

(3)卡车运煤过程中专用平台上卡车表面采样是为了保证采样人员的人身安全，在固定位置建立采样平台，采样人员在采样平台上对运煤卡车上车厢内的煤炭进行采样。由于只能进行车厢煤炭表面采样，所以采样极易引起偏差。

2.3 煤堆、小船人工采样

煤堆或小船人工采样是静态采样，采样的代表性没有煤流动态采样代表性好，所以在相关标准中煤堆人工采样不推荐作为仲裁采样。煤堆人工采样通常只能采取到煤堆表面的煤样，很难采到煤堆中间位置的煤样。煤堆在堆放过程中，煤堆表面的煤炭水分会逐渐蒸发，而采样只能采到煤堆表面煤样，故采取的煤样的代表性较差。若雨天进行煤堆采样，煤堆表面的煤炭又比较潮湿，同样采取的煤样的代表性也较差。有条件的可以要求煤堆开剖面采样，在剖面上高中低不同位置进行采样，这样可以采取煤堆中间位置的煤炭。

2.4 运煤火车车厢人工采样

运煤火车车厢人工采样在能够保证车厢中的煤炭品质均匀且无不同品质的煤分层装载的前提下，可在车厢顶部进行采样。反之则应采取全深度或不同深度(上、中、下)的煤样。将火车车厢均匀分成15～18个面积相等的方块，以随机方式或系统方式抽取火车不同位置进行采样，全深度或不同深度的采样对采样人员体力消耗较大，通常不建议此种采样方式。

2.5 斗轮机装/卸煤炭分层人工采样

斗轮机装/卸煤炭分层人工采样是在斗轮机将煤堆煤炭分层转运至海轮或货场后，在煤堆新形成的层面上按标准要求布点采样的一种人工采样方式。斗轮机作业效率高，目前很多港口码头、电厂在使用，但是作业时一定要保证采样人员安全。

煤炭人工采样由于易受人为影响，人工投入较大，采样人员安全难以保证等因素，近些年来已逐步被机械化采样所替代，但由于机械化采样的一些短板，人工采样作为机械化采样的补充，也将存在较长一段时间。

3 结语

煤炭品质检验是煤炭贸易中的一个重要环节，煤炭品质检验的结果直接关系着该批煤炭的价值，及煤炭中各项指标是否符合法律法规、标准、贸易合同的要求，是否对该批次煤炭拒收等。由于一些企业只看到眼前的利益，他们在煤炭贸易过程中对煤炭进行掺假，以次充好。随着矿产资源的枯竭，煤炭供应市场上优质煤炭数量在逐渐的下降，各电厂的成本效益矛盾也日益突出。在这样的背景下，加强对煤炭质量采制化的管理，严格把控煤炭质量，从而获得最大的经济效益和社会效益[3]。