張景香

（力鴻檢驗集團(tuán)有限公司，北京 101318）

煤質(zhì)檢測中煤樣的水分有收到基水分（即全水分Mt）和一般分析試驗煤樣水分（Mad），一般分析試驗煤樣水分是一項重要的煤質(zhì)指標(biāo)，煤的水分對加工、利用、貿(mào)易等都有很大影響。在煤質(zhì)分析中，一般分析試驗煤樣水分也是不同基結(jié)果換算的一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，故其檢測的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。Mad即依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212-2008）測定的水分，《煤的制備方法》（GB/T 474-2008）中要求一般分析試驗煤樣需達(dá)到空氣干燥狀態(tài)（即煤樣在空氣中連續(xù)干燥1 h 后，煤樣的質(zhì)量變化不超過0.1%時，煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)），故環(huán)境條件會影響煤樣的水分大小[1]。但這種影響不能定量評定，借助SPSS 可分析環(huán)境濕度與Mad之間的關(guān)系，定量地分析不同煤炭濕度與Mad之間的關(guān)系，為質(zhì)量管理人員提供有效工具。

1 試驗

1.1 試驗煤炭

選取了動力煤煤炭貿(mào)易中不同煤源的動力煤，包括蒙煤、山西煤、陜煤等多個品名的煤炭作為試驗對象，研究其一般分析試驗煤樣水分與空氣濕度的關(guān)系。

1.2 試驗儀器

電子天平、電熱鼓風(fēng)干燥箱、溫濕度計等。

1.3 試驗方法[2-3]

1.3.1 試驗概述

將上述11 個煤樣編號為A～K，依據(jù)《煤的制備方法》（GB/T 474-2008）制備到0.2 mm 分析樣品，每個樣品約200 g。將0.2 mm 樣品分別平攤在不同淺盤內(nèi)進(jìn)行空氣干燥，空干房間為一個單獨的房間，不依靠任何濕度及溫度控制措施，在自然條件下進(jìn)行空氣干燥，記錄達(dá)到空干狀態(tài)的環(huán)境濕度。達(dá)到空氣干燥狀態(tài)后將11個樣品分別裝瓶搖勻，依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212-2008）測定一般分析試驗煤樣的水分，之后每間隔一定時間測定一次一般分析試驗煤樣的水分，每次測定前需保證樣品達(dá)到空氣干燥狀態(tài)（即煤樣在空氣中連續(xù)干燥1 h 后，煤樣的質(zhì)量變化不超過0.1%時，煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)）。

1.3.2 試驗方法

1）啟動烘箱。打開電源、加熱、鼓風(fēng)開關(guān)，設(shè)置實際溫度為107 ℃（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度在105～107℃之間，還應(yīng)根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果的應(yīng)用）。

2）稱量煤樣。將待測煤樣用轉(zhuǎn)瓶法搖勻。實驗室有LIMS 系統(tǒng)的需要打開系統(tǒng)登錄工號，選水分項目，光標(biāo)定位到“樣品編號”欄，掃碼稱量。檢查天平穩(wěn)定重置清零，取一個稱量瓶放入天平中央位置，輸入稱量瓶編號并按回車鍵，點擊天平上F 鍵將稱量瓶質(zhì)量上傳到電腦，然后清零，稱取煤樣（1±0.1）g，點擊天平上F 鍵將數(shù)據(jù)上傳到電腦。實驗室沒有LIMS 系統(tǒng)的人工記錄樣品編號、器皿號及樣重等信息。

3）烘干。將稱量瓶中的煤樣攤平，把稱量瓶蓋打開，豎直放在稱量瓶上。將稱量瓶放入已恒溫在107 ℃的烘箱中，干燥箱應(yīng)一直處于鼓風(fēng)狀態(tài)，煙煤干燥1 h，無煙煤干燥1.5 h。

4）冷卻。煤樣在烘箱中烘干至規(guī)定時間后，將托盤拿出，迅速將稱量瓶蓋蓋上，放入干燥器中冷卻至室溫（約20 min ，若煤樣較多，適當(dāng)延長冷卻時間）。

5）數(shù)據(jù)計算。將冷卻后的稱量瓶放在天平上稱量，核對稱量瓶編號，記錄或者點擊上傳數(shù)據(jù)。稱量完畢后，計算煤樣的水分，點擊檢查數(shù)據(jù)。

6）檢查性干燥。當(dāng)煤樣的水分大于2%時，需要進(jìn)行檢查性干燥。將煤樣按步驟3）的方法置于烘箱中30 min 后，重復(fù)步驟4）、5）。檢查性干燥至兩次稱量質(zhì)量減少不超過0.001 0 g 或質(zhì)量增加時為止。在后一種情況下，采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量為計算依據(jù)。

7）后處理。將試驗完畢的稱量瓶中的煤樣倒入指定回收器，用干紗布將稱量瓶擦拭干凈后放入干燥器備用。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 濕度與Mad 的相關(guān)性分析

通過SPSS 的雙變量相關(guān)分析功能分析環(huán)境濕度與Mad之間的關(guān)系，相關(guān)性分析結(jié)果如表1 所示。

表1 濕度與Mad 之間的相關(guān)性

由表1 可知，試驗煤樣的濕度與Mad相關(guān)系數(shù)分布在0.738～0.978 之間，且對于試驗煤炭濕度與其一般分析試驗煤樣水分之間相關(guān)性顯著。

2.2 濕度與Mad 的線性回歸分析

回歸分析可分析Mad和濕度之間的因果關(guān)系，建立回歸模型，并根據(jù)實測數(shù)據(jù)來估計模型的參數(shù)，評價回歸模型是否能夠很好地擬合實測數(shù)據(jù)，反映濕度和Mad之間的變化規(guī)律，同時能定量地了解濕度對Mad的影響程度。

表2 給出了各品名煤炭回歸模型的擬合優(yōu)度R2（回歸直線對觀測值的擬合程度）結(jié)果，調(diào)整后R2是衡量模型好壞的重要指標(biāo)之一。R2越大，模型的效果越好，相關(guān)性越強。

表2 模型摘要

表3 為回歸模型的方差分析結(jié)果，模型的顯著性均小于0.05，說明回歸模型都有統(tǒng)計學(xué)意義，表明一般分析試驗煤樣水分和濕度之間存在線性相關(guān)關(guān)系。

表3 方差分析

表4 給出了各品名自變量的偏回歸系數(shù)估計值、標(biāo)準(zhǔn)化后的偏回歸系數(shù)以及回歸系數(shù)的顯著性檢驗結(jié)果。據(jù)此可歸納各品名一般分析試驗煤炭水分與濕度的線性回歸方程如下：

表4 系數(shù)

煤樣A 回歸方程：y=3.750+0.027x

煤樣B 回歸方程：y=1.058+0.016x

煤樣C 回歸方程：y=1.109+0.011x

煤樣D 回歸方程：y=4.125+0.018x

煤樣E 回歸方程：y=6.866+0.035x

煤樣F 回歸方程：y=2.648+0.018x

煤樣G 回歸方程：y=5.190+0.024x

煤樣H 回歸方程：y=5.079+0.034x

煤樣I 回歸方程：y=5.210+0.025x

煤樣J 回歸方程：y=6.225+0.061x

煤樣K 回歸方程：y=6.079+0.057x

其中y代表Mad，x代表濕度。不同煤樣的一般分析煤樣水分受濕度的影響大小不同，方程中斜率代表自變量每改變一個單位因變量的變化值，即針對實驗煤炭環(huán)境濕度每改變10，一般分析煤樣水分變化值從0.11 到0.61 不等，即同一煤炭在不同環(huán)境下（包括不同地域、不同實驗室、同一實驗室不同濕度等）其一般分析試驗煤樣水分會有所不同，且變化幅度有大有小，變化幅度可通過回歸方程的斜率來定量分析。

為了更直觀的反應(yīng)實驗室條件下濕度變化Mad變化情況，舉例如表5 所示。

表5 不同濕度下一般分析試驗煤樣水分差異分析

表5 根據(jù)線性回歸公式計算出同一煤樣在不同濕度下的Mad及不同濕度差下的Mad變化值。由表中不同濕度下Mad可知，同一煤樣在不同濕度下Mad變化情況，濕度從20 增加到80，Mad變化值均超過0.6，最大變化值達(dá)到3.66。由表中不同濕度差帶來的Mad差值可知，濕度差達(dá)到20 時，Mad變化均超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的樣品測定的重復(fù)性限。Mad隨濕度的變化大小與其本身的煤質(zhì)有關(guān)，Mad越小濕度變化帶來的Mad變化越小。例如B 和C 樣，濕度即使變化60，Mad變化也不超過1，而J 和K 樣的Mad變化值最明顯，同樣濕度變化60，Mad變化超過了3。進(jìn)一步證明變化程度及結(jié)果與回歸方程的斜率有關(guān)。

3 結(jié)論

1）通過分析環(huán)境濕度與煤的一般分析試驗煤樣的水分相關(guān)，且呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即一般分析試驗煤樣的水分隨環(huán)境濕度增大而增大。

2）環(huán)境濕度對不同試驗煤炭煤的一般分析試驗煤樣水分的影響程度不同，通過回歸方程的斜率可定量地分析濕度對其一般分析試驗煤樣水分的影響程度。這種影響程度的大小與煤本身的特性有關(guān)。

3）在實際工作中Mad的結(jié)果出現(xiàn)偏差需考慮環(huán)境濕度的不同，這是以往經(jīng)常被忽略的因素。例如同一煤炭間隔一段時間或者隨著季節(jié)變化其Mad結(jié)果有可能變化較大，或者天氣變化（降雨）造成濕度突然改變等情況，不同實驗室環(huán)境控制程度不同或者地域氣候等不同都會造成一般分析試驗煤樣水分的較大差異。

4）《煤炭分析試驗方法一般規(guī)定》（GB/T 483-2007）[4]中對一般分析試驗煤樣水分測定的期限規(guī)定是，凡需根據(jù)水分測定結(jié)果進(jìn)行校正或換算的分析試驗，應(yīng)同時測定煤樣水分；如不能同時進(jìn)行，兩者測定也應(yīng)在盡量短的、煤樣水分未發(fā)生顯著變化的期限內(nèi)進(jìn)行，最多不超過5 d。實際工作中經(jīng)常會遇到0.2 mm 樣品復(fù)檢或者標(biāo)煤測定水分的情況，習(xí)慣性地按照5 d 的期限來判定是否同時測定水分，往往是即使在5 d 以內(nèi)樣品的水分也發(fā)生了實質(zhì)性的變化，導(dǎo)致測定結(jié)果失真，例如環(huán)境濕度發(fā)生明顯變化（下雨、采取控制濕度措施等）。

5）試驗分為兩個階段，第一階段分析A～I(xiàn) 樣品，第二階段分析J 和K 樣品。第一階段測試頻率高、樣品量大，每次測定前樣品混合可能不均勻，影響了Mad測定結(jié)果，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)性系數(shù)沒有第二階段的高，但能從一定程度上分析和解釋不同煤濕度與水分之間的關(guān)系。