常璐媛

（潞安化工集團慈林山煤業(yè)有限公司夏店煤礦，山西 長治 046203）

1 煤中水分概念比較

從物理形態(tài)角度對煤炭中所含水分進行分類，能夠分成游離水以及化合水；游離水指的是煤炭中的自由水分，能夠細分為外水以及內(nèi)水；化合水是的是煤炭中無機鹽類水合物中的結(jié)晶水，常見的化合水包括五水硫酸銅、生石膏及明礬等[1]。

但是在實際檢測過程中，根據(jù)分析的實際需要將水分分成了全水分、收到基水分、開艙水分、空氣干燥基水分、一般分析試驗煤樣水分以及最高內(nèi)在水分等。實際分析過程中常用全水分、一般分析試驗煤樣水分以及最高內(nèi)在水分3 類[2]。

1.1 全水分

根據(jù)標準GB/T 3715—2007《煤質(zhì)及煤分析有關(guān)術(shù)語》，全水分的定義為“煤炭內(nèi)在以及外在水分之和”[3]。即全水分應該代表煤炭中所有水分之和。但是實際檢測過程中，化合水的含量難以準確測定，因此全水分指的是煤炭中游離水含量之和，并不包括化合水，因此通常使用的全水分屬于狹義全水分。

1.2 一般分析試驗煤樣水分

一般分析水分，是從空氣干燥基水分這一概念逐漸演變而來的。根據(jù)標準GB/T 3715-007《煤質(zhì)及煤分析有關(guān)術(shù)語》，其定義為“既定條件下煤樣水分的檢測值”，實際檢測過程中指的是0.2 mm 以下的分析煤樣的水分檢測值。分析水分簡寫為Mad。一般分析水分是煤炭含水檢測過程中的一項關(guān)鍵指標，主要作用是實現(xiàn)煤炭各個基態(tài)值之間的相互轉(zhuǎn)換。因此需要保證該數(shù)值的準確性，標準GB/T 483—2007《煤炭分析試驗方法一般規(guī)定》中對于該指標的檢測方式進行了明確的規(guī)定: 如果水分檢測實驗中需要對測定結(jié)果進行后續(xù)分析處理，應當對樣本水分測定和后續(xù)實驗分析的時間間隔控制在5 d 內(nèi)，并同時進行分析檢測。

1.3 最高內(nèi)在水分

最高內(nèi)在水分指的是煤炭內(nèi)部水分飽和狀態(tài)下的內(nèi)在水分檢測值。根據(jù)標準GB/T 3715—2007《煤質(zhì)及煤分析有關(guān)術(shù)語》，其定義為“30 ℃、相對濕度96%的前提條件下，煤樣飽和狀態(tài)下內(nèi)在水分的檢測值”。最高內(nèi)在水分代表了煤炭樣本的吸水能力，是評價煤炭煤化程度的重要指標。該指標與煤炭的煤化程度成反比關(guān)系。最高內(nèi)在水分在煤炭的水分檢測和后續(xù)分類中占有重要地位。無煙煤、煙煤、褐煤的內(nèi)在水分含量通常由高到低依次排布。

2 水分值的測定

當前的技術(shù)手段對于煤炭中的各類水分含量幾乎都能夠?qū)崿F(xiàn)精確檢測，并且除結(jié)晶水外均已形成相關(guān)的檢測標準。我國當前食用的GB 標準是在ISO 標準的基礎(chǔ)上進行了一定的改進，符合我國煤炭檢測的實際需求，雖然二者略有差異，但是相關(guān)的檢測原理一致，因此監(jiān)測結(jié)果均具有較高的可靠性。檢測原理為：將采集的煤樣放置在一定溫度下進行干燥處理，跟據(jù)干燥前后的質(zhì)量差值得出樣本中的水分含量，即間接測定法。不同水分的檢測方式略有差異。

2.1 全水分

常見的全水分檢測方法包括：一步法、二步法以及微波干燥法。其中一步法和二步法檢測過程中使用的干燥介質(zhì)有所差別，能夠細分為方法B1、B2 和A1、A2。A1、A2 的區(qū)別僅在于檢測過程中使用的干燥箱型號不同，對檢測結(jié)果不會產(chǎn)生影響。B1、B2 在6 mm煤樣的檢測過程中也僅存在干燥箱型號的差異。但是對于13 mm 煤樣，方法B2 進行了檢測步驟的詳細描述，方法B1 僅說明可以使用，并未給出詳細的檢測方式。此外實驗過程中采集的煤樣質(zhì)量通常在10 g～12 g 之間，采用13 mm 煤樣容易由于粒度過大導致煤樣數(shù)量不足。綜上所述，對于13 mm 煤樣的全水分檢測，通常選用方法B2，對于6 mm 煤樣的全水分檢測，兩種方式都具有很強的適用性。

2.2 一般分析試驗煤樣水分

一般試驗煤樣水分常見的檢測方法包括：氮氣干燥法、空氣干燥法及微波干燥法。前兩種方法的區(qū)別僅在于使用的干燥箱型號及干燥時間略有不同，氮氣干燥法環(huán)境溫度較低，干燥時間適當延長[2]。

2.3 最高內(nèi)在水分

最高內(nèi)在水分是煤炭水分檢測中較為復雜的一項，檢測時間相對較長。其中煙煤和無煙煤的單次檢測時間為40 h～48 h，褐煤的單次檢測時間為42 h～72 h。由此可知最高內(nèi)在水分檢測所需的設(shè)備需要滿足連續(xù)工作72 h 以上的要求。實驗過程中，調(diào)濕器負責煤樣的濕度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)完畢后通過相關(guān)設(shè)備進行最高內(nèi)在水分的檢測。

上述方法的水分測量結(jié)果如果大于2%，應當對煤樣進行干燥處理，以保證測定值的準確性。

3 影響水分測定的因素

不同類型水分的影響因素和檢測方式均存在一定差異，但是檢測原理本質(zhì)相同，因此檢測結(jié)果受到一些共同因素的影響。

3.1 人員因素

影響水分檢測結(jié)果的因素中，最為重要的就是操作人員的綜合素養(yǎng)和專業(yè)能力。操作人員的工作貫穿整個檢測過程，對于檢測結(jié)果有著重要影響，所以操作人員不僅需要具備煤炭檢測標準、化學相關(guān)以及設(shè)備維修等方面的專業(yè)知識，還需要經(jīng)過大量的實操檢驗，確保自身具有過硬的綜合素養(yǎng)。此外，實際工作中，需要嚴格遵守相關(guān)的規(guī)章制度，確保檢測結(jié)果的準確性。實驗室應當定期開展專業(yè)知識學習以及時間技能培訓，確保操作人員的專業(yè)技能始終保持在較高水平。

3.2 儀器設(shè)備因素

煤樣水分檢測過程步驟較多，涉及的設(shè)備種類較為復雜，因此儀器設(shè)備的選用對于檢測結(jié)果也有著重要影響。

隨著科學技術(shù)的進步，取制樣系統(tǒng)的自動化程度也在逐漸提升，人為因素的影響逐漸降低，操作人員僅僅需要定期對取制樣系統(tǒng)進行檢測，就能夠保證測量結(jié)果的真實性和準確性。條件允許的情況下，可以在設(shè)備的檢查過程中加入期間核查，確保系統(tǒng)整體處于良好的工作狀態(tài)，各參數(shù)均符合相關(guān)指標。

制樣過程中應當確保使用設(shè)備的密封性，避免因為設(shè)備的密封性欠佳導致煤樣水分流失，對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。檢測過程中所需的儀器設(shè)備主要包括：天平、烘箱以及干燥器等。每次檢測前應當對設(shè)備進行預熱，避免設(shè)備中殘留的水分對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。選用的天平精度應當符合要求，烘干箱無故障等。為了確保設(shè)備的檢測精度滿足要求，應當定期聘請有相關(guān)資質(zhì)的計量檢定部門進行儀器的檢查，確保系統(tǒng)的正常運行。尤其是干燥器，應當確保其內(nèi)部干燥劑未受潮變質(zhì)[3]。

3.3 煤炭自身因素

煤炭種類較多，相互間存在一定的性質(zhì)差異，其中影響水分含量的主要參數(shù)是煤化程度以及粒度大小。煤化程度和粒度大小分別影響煤炭的內(nèi)外含水量。

煤化程度指的是植物遺體在地下埋藏過程中轉(zhuǎn)變未煤炭的程度。煤化程度越高，煤炭內(nèi)部孔隙越少，吸水性越差。根據(jù)GB/T 5751—2009《中國煤炭分類》中的相關(guān)規(guī)定，從煤化程度的角度可以將煤炭分為無煙煤、煙煤以及褐煤。煤化程度從高到低依次排布。

其他條件保持不變的情況下，煤炭的水分含量隨粒度的變化而變化，主要原因書粒度和煤炭的比表面積成反比，粒度越大，煤炭的比表面積越小，吸水能力越弱，水分含量自然較低?，F(xiàn)有標準中對于不同水分檢測指標所需的煤樣粒度進行了詳細的規(guī)定。所以檢測前，首先需要確定煤炭的種類，根據(jù)種類選擇合適的粒度，確保檢測結(jié)果的真實性和準確性。

3.4 方法因素

水分檢測主要包括采樣、制樣以及測定3 個環(huán)節(jié)。

當前取制樣環(huán)節(jié)通常采取全自動取制樣的方式，確保樣本的準確性。采用人工取樣，需要確保取樣布點的均勻，取樣煤層的暴露時間較短，確保煤層各處均能獲得樣本，提升樣本的準確性和代表性。不允許在靜止的煤堆表面進行全部取樣。

人工制樣的過程中，操作人員需要嚴格遵守相關(guān)要求，此外為了提升制樣效率，減少煤層樣本的暴露時間，可以引入一些自動化的設(shè)備，代替人工的部分環(huán)節(jié)，縮短制樣時間；為了減少破碎過程中水分的流失，盡量1 次就將煤樣破碎至規(guī)定粒度，避免多次破碎；可以將不同測定指標的樣本一次性制取，提升制取效率。研磨樣本過程應當進行時間的控制，避免因為研磨導致樣本氧化。選用合適的容器，確保樣本的數(shù)量不超過容器的3/4。

檢測方法應根據(jù)所測指標進行選取，樣本選取前需要充分混合，確保樣本的均勻性和代表性；水分檢測過程中，需要控制干燥時間，時間過短，樣本內(nèi)部水分未完全烘干，檢測結(jié)果偏?。粫r間過長，烘干后的煤樣出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，氧元素的加入使得煤樣的質(zhì)量有所增加，檢測結(jié)果偏小。干燥箱進行初步干燥后，從干燥箱中取出煤樣放入干燥器中，嚴格控制煤樣在空氣中的暴露時間。如果檢測水分值超過2%，則應當對煤樣進行二次干燥，確保檢測結(jié)果的準確性和可靠性。

4 結(jié)語

煤炭含水量是煤炭性能評價的重要指標之一，煤炭含水量的準確測定不僅對煤樣的分類有著顯著幫助，還能夠提升煤炭貯存、加工、使用等環(huán)節(jié)的效率。煤炭中的水分種類較多，檢測過程包括取樣、制樣和實驗室測定等諸多環(huán)節(jié)，需要對每個環(huán)節(jié)的作用和規(guī)定熟稔于心，實際檢測過程中嚴格遵守相關(guān)規(guī)定，根據(jù)煤樣的實際情況選擇適當?shù)臋z測方式和檢測設(shè)備。操作人員應當明確各種形式的水分指標含義和用途，區(qū)分不同檢測方式的差異之處，熟記不同方法的測定程序、步驟和注意事項，確保整個檢測過程的準確可靠，從而獲得客觀、真實的檢測數(shù)據(jù)。