王 勇

（山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院有限公司，山西 太原 030001）

1 煤質(zhì)檢驗(yàn)的特點(diǎn)

煤炭的精細(xì)化利用及深加工能夠顯著提升煤炭的價(jià)值，隨之而來(lái)的是對(duì)煤炭性質(zhì)和各項(xiàng)指標(biāo)準(zhǔn)確分析要求的不斷提高。通過(guò)具體的化學(xué)或物理方法測(cè)試和研究包括煤炭的組成、性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)在內(nèi)的煤炭指標(biāo)可以為煤炭的高價(jià)值及精細(xì)化利用提供理論基礎(chǔ)。煤炭的種類及性質(zhì)不僅受到地層沉積環(huán)境、成煤地質(zhì)時(shí)代的影響，還受到原始成煤地層中無(wú)機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)成分的影響，這也就意味著煤層具有顯著的非均質(zhì)性和各向異性的特點(diǎn)，導(dǎo)致不同區(qū)域所生產(chǎn)煤炭在煤質(zhì)上通常具有較大的差別，需要頻繁對(duì)所生產(chǎn)原煤進(jìn)行煤質(zhì)檢驗(yàn)。然而煤質(zhì)檢驗(yàn)流程中的原煤采樣、制樣、環(huán)境、實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析等過(guò)程均易產(chǎn)生誤差[1]導(dǎo)致所得原煤水分、揮發(fā)分、灰分、發(fā)熱量、含硫量等煤質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度降低[2]。因此，加強(qiáng)煤質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中的影響因素管理，及時(shí)排除干擾因素，不斷完善并合理化相關(guān)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室分析流程，能夠提升煤質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的合理、科學(xué)、有效利用。

2 煤質(zhì)檢驗(yàn)中誤差的分類、來(lái)源和消除

誤差是客觀存在的，任何的測(cè)量結(jié)果均不可能絕對(duì)準(zhǔn)確[3]。誤差一般用于衡量測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。分析煤質(zhì)檢驗(yàn)流程中存在的誤差可以提高日常監(jiān)測(cè)的質(zhì)量控制。本節(jié)將煤質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中影響檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差，并具體分析誤差來(lái)源及消除方法。

2.1 煤質(zhì)檢驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差及消除方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中受某些因素影響使多次測(cè)量同一量所得結(jié)果按照固定規(guī)律變化而產(chǎn)生的誤差被稱為系統(tǒng)誤差。煤質(zhì)檢驗(yàn)流程中設(shè)備的老化和磨損會(huì)產(chǎn)生磨損誤差；單位換算或同一指標(biāo)的不同檢測(cè)方法之間存在測(cè)量方法誤差；煤質(zhì)分析中所使用化學(xué)試劑的性質(zhì)及作用參數(shù)的細(xì)微差別將產(chǎn)生試劑差異；煤質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫濕度和通風(fēng)情況等環(huán)境差異會(huì)直接影響樣品的質(zhì)量導(dǎo)致條件差異產(chǎn)生，從而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，或者影響精密儀器的精度從而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。

為了消除煤質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中的系統(tǒng)誤差，檢驗(yàn)人員應(yīng)定期校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)儀器，并通過(guò)在煤質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置對(duì)照及空白實(shí)驗(yàn)組以消除磨損誤差；具體的煤質(zhì)指標(biāo)化驗(yàn)采用專人進(jìn)行，從而避免不同工作人員在某些測(cè)量方法及單位換算習(xí)慣上的差異，以消除測(cè)量方法的誤差；在進(jìn)行煤質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)之前，認(rèn)真核對(duì)所需化學(xué)試劑性質(zhì)的準(zhǔn)確性，保證所用化學(xué)試劑具有相同的使用條件可以避免試劑差異；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)固定實(shí)驗(yàn)室溫度、濕度、通風(fēng)情況等環(huán)境參數(shù)，指定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的煤樣采樣、制樣、保存方法，可以減小條件差異產(chǎn)生的誤差，提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.2 煤質(zhì)檢驗(yàn)中的隨機(jī)誤差及消除方法

隨機(jī)誤差是在排除系統(tǒng)誤差后仍會(huì)隨機(jī)發(fā)生的誤差，具有不可避免性及可變性。煤質(zhì)檢驗(yàn)時(shí)不同煤樣樣品之間存在的細(xì)微質(zhì)量差異會(huì)導(dǎo)致抽樣誤差的產(chǎn)生，對(duì)照原則和隨機(jī)化是減小該類抽樣誤差影響的有效方法；煤的非均質(zhì)性和各向異性導(dǎo)致每一份煤樣品之間均存在樣品不均勻?qū)е碌姆蔷鶆蛘`差，增加平行實(shí)驗(yàn)次數(shù)可以有效減少非均勻誤差的影響；實(shí)驗(yàn)室外噪聲振動(dòng)及儀器內(nèi)振動(dòng)影響、磁場(chǎng)變化和空氣擾動(dòng)等無(wú)法控制的因素會(huì)導(dǎo)致偶然誤差發(fā)生，通常要布置交叉實(shí)驗(yàn)將該類偶然誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度降到最低。

2.3 煤質(zhì)檢驗(yàn)中的粗大誤差及消除方法

在一定的測(cè)量條件下，當(dāng)出現(xiàn)明顯偏離實(shí)際值或不在預(yù)期范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，該結(jié)果被認(rèn)為是受到粗大誤差影響而明顯錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的外界震動(dòng)、電壓突變、機(jī)械沖擊、電磁干擾等客觀外界條件的意外改變均會(huì)導(dǎo)致被檢測(cè)樣品狀態(tài)或儀器示值的改變，從而產(chǎn)生粗大誤差使實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的客觀外界條件的變化有敏銳的感知度，盡可能在相同的客觀外界條件下實(shí)驗(yàn)并能夠根據(jù)3σ 準(zhǔn)則在被檢測(cè)結(jié)果次數(shù)大于等于十次的條件下剔除含粗大誤差的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；實(shí)驗(yàn)人員粗心大意容易導(dǎo)致錯(cuò)誤操作、錯(cuò)誤讀數(shù)和錯(cuò)誤記錄，指定合理的自檢流程可以有效消除該類粗大誤差的產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)明顯的粗大誤差，但并非是客觀外界條件及實(shí)驗(yàn)人員操作失誤所致時(shí)，通常認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)儀器內(nèi)部發(fā)生故障所致，應(yīng)進(jìn)行檢修并校準(zhǔn)后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3 煤質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的提高措施

不同的煤質(zhì)指標(biāo)測(cè)定時(shí)有具體的工作條件，本節(jié)具體分析水分、灰分、發(fā)熱量和含硫量煤質(zhì)指標(biāo)測(cè)驗(yàn)過(guò)程中的主要誤差來(lái)源并指出相應(yīng)的措施以提升測(cè)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度[4]。

3.1 水分測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確度提升的措施

煤中的水分共分為結(jié)合水、內(nèi)在水和外在水三個(gè)狀態(tài)，水分在煤的總體質(zhì)量中占比較大，限制影響其可燃性，是主要的煤質(zhì)指標(biāo)之一。煤中水分含量的準(zhǔn)確測(cè)定，關(guān)鍵在于包括煤樣采樣、制樣的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中煤中的水分含量既不增加也無(wú)損耗。因此，應(yīng)采用無(wú)水采樣方法進(jìn)行原煤的采樣避免外來(lái)水對(duì)煤中水分含量造成影響，并在采樣后將煤樣及時(shí)密封于干燥陰涼的容器中減少煤中水分的揮發(fā)，在煤樣運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室后盡快對(duì)原煤水分含量進(jìn)行測(cè)定，以提升水分含量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3.2 灰分測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確度提升的措施

灰分為煤炭充分燃燒后的殘?jiān)|(zhì)量占總質(zhì)量的占比，影響煤的發(fā)熱量、密度等性質(zhì)。煤中的無(wú)機(jī)礦物含量和有機(jī)質(zhì)燃燒殘?jiān)鼮榛曳值闹饕獊?lái)源，因此要準(zhǔn)確測(cè)定灰分含量需要精準(zhǔn)把握實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的質(zhì)量變化，排除與灰分測(cè)定無(wú)關(guān)物質(zhì)質(zhì)量對(duì)結(jié)果的影響。在灰分測(cè)定前，清理灰分測(cè)定所使用的灰皿、坩堝、石棉板、馬弗爐、天平等儀器，排除無(wú)關(guān)物質(zhì)影響，且對(duì)所有使用儀器每六個(gè)月進(jìn)行定期的設(shè)備檢定；維持灰分測(cè)定過(guò)程中的環(huán)境溫度和濕度，避免灰分受環(huán)境溫濕度影響而發(fā)生質(zhì)量變化，影響測(cè)定結(jié)果；精確的煤灰分測(cè)定應(yīng)使煤中的黃鐵礦和碳酸鹽完全氧化，并使SO3的該反應(yīng)降到最低。

3.3 發(fā)熱量測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確度提升的措施

發(fā)熱量是煤質(zhì)的重要衡量指標(biāo)，需要使用專業(yè)恒溫設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)熱量測(cè)定過(guò)程中不僅需要維持檢測(cè)設(shè)備腔內(nèi)溫度穩(wěn)定，還要求發(fā)熱量測(cè)定實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度維持在15～30 ℃且上下浮動(dòng)不大于1 ℃。發(fā)熱量測(cè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不得受到其他實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的溫度、氣流干擾，配備高純氧氣瓶以保證煤炭充分燃燒，使所測(cè)發(fā)熱量精準(zhǔn)顯示在儀器上。

3.4 含硫量測(cè)驗(yàn)準(zhǔn)確度提升的措施

含硫量主要用于衡量煤炭燃燒對(duì)環(huán)境的污染程度的指標(biāo)，煤中含有的有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫在燃燒后會(huì)殘留有H2S 和SO2等污染物，對(duì)大氣造成直接污染并會(huì)腐蝕鍋爐管道。煤的含硫量測(cè)定通常使用庫(kù)倫滴定法，改方法對(duì)空氣流量的精準(zhǔn)度要求極高，在含硫量測(cè)定過(guò)程中要求空氣流量為1 000 mL/min，若空氣流量小于該值將會(huì)導(dǎo)致煤無(wú)法完全燃燒，導(dǎo)致溴及碘的擴(kuò)散受阻測(cè)量結(jié)果低于正常值；若空氣流量大于該值則會(huì)使部分被滴定的SO2被帶出電解池，導(dǎo)致含硫量測(cè)定結(jié)果相對(duì)降低。庫(kù)倫滴定法要求攪拌速度為500 r/min，以穩(wěn)定滴定速率并避免損壞電解池。

4 結(jié)論

煤自身的非均質(zhì)性和各向異性、煤質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中難以避免的各項(xiàng)非人為及人為因素容易導(dǎo)致煤質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度下降。本文系統(tǒng)分析煤質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差的主要來(lái)源，并給出上述誤差的消除方法。進(jìn)一步具體指出提升水分、灰分、發(fā)熱量、含硫量指標(biāo)測(cè)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的提升辦法，力求將煤質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中的誤差降到最低，以提升檢驗(yàn)結(jié)果的有效應(yīng)和準(zhǔn)確度，為煤質(zhì)檢驗(yàn)行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的高效利用。