煤炭机械化采样参数理论计算

煤炭机械化采样参数理论计算 第4期煤质技术2006年7月 . r ?. i 煤炭机械化采样参数理论计算 谢恩情,方全国,刘霞. (1.国家煤炭质量监督检验中心,北京100013;2.煤炭科学研究总院测试中心,北京 100013; 3.开滦(集团)有限责任公司,河北唐山063018) 摘要:根据ISO13909和GB/T19494提供的机械化采样确定方法及理论计算 公式,阐述了 机械化采样参数的设定和计算方法. 关键词:机械化采样;参数;理论计算 中图分类号:TQ531文献标识码:A文章编号:1007—7677(2OO6)04—0046—03 Theoreticalcalculationofcoalmechanicalsamplingparameter XIEEn—qing,FANGQuan—guo.,LIUXia (1.NationalCoalQualitySuperviseandInspectionCenter,Beijing100013,China2.Testing CenterofChina CoalResearchCenter.Beijing100013,China3.KailuanGroupCorporationLtd.,Tangshan0 63018,China) Abstract:Accordingthedesignedmethodofmechanicalsamplingschemeandthetheoretical calculationformulaofISO13909and GB/T19494,thedesignandcalculationofmechanicalsamplingparameterisexplainedinthis paper. Keywords:mechanicalsampling;parameter;theoreticalcalculation 0引言 我国煤炭机械化采样方法国家GB/T19494 — 2o04于2004年10月1日正式颁布实施,它是 在ISO13909《硬煤和焦炭——采样》标准L1的基 础上,根据我国煤炭加工生产以及市场贸易需求而 制定的.按照我国国情特点和使用习惯,对ISO 标准的结构,层次进行了修改,并对ISO标准中 不适合中国国情的规定和难以理解的描述进行了删 除或补充.现标准与ISO标准相比更具有可操作性. 国家煤炭质量监督检验中心是该标准的起草, 制定单位,并且在近2年陆续为国内电厂,矿务局 的近百余套采样机进行了偏倚和精密度的鉴定试 验.试验中发现我国在机械化采样中普遍存在的问 题是:?大部分用户均主观认为只要采用机械化采 样,煤样就具有代表性;?采样的运行参数不是在 针对煤炭变异性进行计算,而是 国家标准指导下, 随意确定;?对主观确立的采样机运行参数,不进 行精密度验证试验即采纳实施;?用户通常采用机 械化采样与人工采样对比方法,来核对采样机的准 确性或有效性;不对采样机进行偏倚试验,就验收 46 通过,投入使用. 这些问题的存在,反映出大部分采样机用户, 由于对机械化采样认识模糊,而未能严格执行现行 国家标准,特别是未对采样机进行鉴定,并按照标 准规定的方法,程序,计算方法来确立采样参数, 制定采样方案.这些现象的存在,必然导致机械化 采样机偏离其根本的宗旨——采取比人工采样更具 代表性的煤样. 煤炭机械化采样参数的正确计算,是获得科学 采样方案的理论基础,是最终获得有代表性煤样的 前提.采样参数设定是否科学,合理,直接关系到 买卖双方的经济利益.该文将根据ISO13909和 GB/T19494标准的相关内容,归纳采样机运行参 数的计算方法或设定方法,以此推进机械化采样方 案的科学确立. 1采样参数计算方法[卜.] 精密度是对同一个煤进行一系列测定所得结果 间的彼此符合程度,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.采样 精密度的理论估算公式如式(1)所示. 第4期煤质技术2006年7月 P一9/!?二?!!(】)'一^? U 式中,P为批煤在95的置信概率下的采样,制 样和化验总精密度,;V为初级子样方差;Vt 为制样和化验方差;V为采样方差;为划 分成的采样单元数目;U为实际采样的采样单元数 目;为单个采样单元的子样数目. 采样精密度P一_厂(V,,U,,V,P丁), 上式中的这些参数是采样方案设计中的主要内容. 其中和取决于商品煤本身的变异性,是采 样精密度的客观影响因素,同时也是无法改变的因 素;,U,,P丁是主观可变的采样参数. 如果采用间断采样,采样单元间的质量变异性 将影响采样精密度.因此,除非在煤炭品质很 稳定的生产,加工和贸易中,可以采用间断采样, 一 般应避免间断采样,而采用连续采样,使"一, 从而消除采样单元方差对测定误差的影响,此时公 式(1)可简化为: —————— P:2?!堕(21一一 ^? 由公式(2),可以将采样方案设计简化为对 P,V.,n,,P丁这5个参数的计算或设定. 无论是人工采样方案,还是机械化采样方案, 都是在客观影响因素下,主观影响因素,使采 样精密度满足标准要求或买卖双方的协议要求.机 械化采样最突出特点就是可以根据特定的煤炭变异 性和采样精密度要求,通过改变采样参数,设计不 同水平的采样方案.从理论上讲,通过公式(1) 和(2),可以设计出任意精密度水平下的采样方案. 1.1系统参数固化 偏倚是采样机本身的固有参数,其数值大小与 采样机整个系统结构和使用煤炭的变异性有关.采 样机系统结构参数包括:采样切割器开口尺寸,切 割方式,切割次数,初级子样质量,给料器喂料速 度及均匀性,破碎机破碎比,缩分机缩分方式,单 个子样切割次数,缩分比,相邻两个切割器切割频 率以及缩分后子样和总样质量等参数.采样机偏倚 试验,目的就是证实采样机系统结构设计是否合 理,系统是否存在实质性偏倚;它以系统能否满足 人们设定的最大允许偏倚B值或被接受为无偏倚 系统为标志.最大允许偏倚B值确定,有3种方法: (i)根据用户或买卖双方协议进行设定,一般 可以从煤炭生产,加工以及贸易结算中,煤炭品质 的变异性,对买卖双方经济利益的影响来考虑. (2)取1O的最大颗粒被排斥时而导致的误差. (3)无任何资料可用的前提下,取B值为 0.2,O.30(灰分或水分). B值大小相当于对采样机检查性水平的限制, 可以说,在技术上同样满足人们要求的采样机,B 值不同,代表采样机水平不同.根据目前国内采样 机水平和我国商品煤具体情况,通常在02,i.O0 之间选择较为合适.通过采样机偏倚试验后,同时 也是对采样机系统中采样器,给料器,破碎机,缩 分机等分系统的工作参数进行固化. 1.2采样参数的设定和计算 1.2.1参数设定 采样精密度的 (i)预期采样精度P的确定. 限制,即是采样机在最大允许偏倚B值的水平下, 采样准确度的限制.它的确定一般要兼顾以下4条 要素:?采样机最大允许偏倚B值的大小;?使 用煤种可能最大的变异性;?单个子样系统滞留时 间;?商品煤质量验收相关标准所规定的允许差; ?买卖双方贸易中,计价指标约定的允许差. 在充分兼顾以上4个要素的前提下,买卖双方可协 议采样机的预期采样精密度,但一般情况下不超过 GB/T19494关于采样精密度的规定,即:洗煤, P?O.8;未洗煤,P?A11o,且小于1.6. (2)V和P丁的设定.由公式(2)可知,采 样精密度P与初级子样方差,制样和化验方差 P丁有同向性,如果和P丁有任意一个参数增 大,在其它参数保持不变的情况下,P值也将随之 增大,意味着采样误差增加.由采,制,化3环节 方差分析可知,一般数值比较小,其变化对P 值影响不十分显着;V值一般较大,与煤的变异 性直接相关,是影响采样精密度的显着因子. 在对采样批煤品质变异性没有任何信息条件下, ISO13909和GB/T19494均推荐设定V1—20, VP丁一0.2. 值也可按下列步骤进行准确计算:?从同 一 批煤或相同品种的若干批煤中,至少采取5O个 子样;?将各子样在制样的第一阶段就缩分出两 份;?将各试样依据GB/T19494制备成分析煤样 或专用煤样;?按国家标准规定对各份试样进行相 关指标的测试(z);?计算5O个子样的双份试样 测定值的平均值(zi)和差值di;?按公式(3) ). 计算制样和化验方差(P丁 47 第4期煤质技术2006年7月 V~r--(3) ?按公式(4)计算初级子样方差(). 一 ?一 1 1.2.2采样参数的计算 (1)采样单元数.批煤采样单元的划分,可 按公式(5)计算起始采样单元数. :=: (5) 式中,M0为基本采样单元煤量;M为被采样煤实 际批量. GB/T19494推荐基本采样单元煤量为5000t (对于船煤)和1000t(对于火车,汽车等运载工 具).例如对于50000t的船煤,理论上应划分的 采样单元数(m)为: 一一 ?一10?3一?j一^,/丽一,/? (2)子样数目.对于连续采样,由公式(1) 可得到每个采样单元理论上应采取的子样数目. 4V1… 一— mP2_—4VpTLbJ 当一批量大于5000t或1000t的煤作为一个 采样单元采样时,按公式(7)计算子样数目. — p2__4VpT儒(7)一——?? 如果采用公式(6)或(7)计算子样数,得 到负值或数值无穷大,说明期望采样精密度,采样 单元数,制化方差,子样数目不匹配.具体地说, 就是在特定的煤炭变异性()和现有制,化水 平(盯)下,按设定的采样单元数目,不能满足 采样精密度的要求,需要调整,P的数值,如 下例二情况. 1.2.3采样参数的计算举例 举例一:40000t批量船煤,洗精煤,由皮带输 送装船,要求采制化总精密度为0.5(灰分),已知 V1—3.0,Vrr—O.1,求每一采样单元子样数. 一 ?一z.8?3一^,/丽一乙?3 4V14X3.0 一一二==35 举例二:40000t批量船煤,洗精煤,由皮带输 送装船,要求采制化总精密度为0.5(灰分),已 知:V1—3.0,Vrr—O.2,求每一采样单元子样数. 48 由例一得一3, 一 4V1— 3P一4VPT 则: — 3X054X02—24o . z一 . 对于例二有2个解决方案.方案一:降低采样 精密度的要求,即增大P值;方案二:增加采样 单元数目值.为保证结果的准确度,应优先选 择方案二,即增加采样单元数目值,假定取 为4,则: 4V14X3.0 ',=一"4P,4V盯4X0.5一4X0.2==60 科学,合理的采样方案是采样机能够采取有代 表性煤样的必要条件,是避免买卖双方煤质纠纷的 重要保障.特定的采样精密度要求,必须有与其相 适应的采样方案作支持.无论人工采样,还是机械 化采样,其基本原理,根本目的是一致的,就是要 采取有代表性的煤样;但在采样精密度,采样单 元,子样数目和试样质量方面的规定有所不同.机 械化采样通过一系列参数的假定和计算,得到是一 个初始的的采样方案,必须进行精密度试验,必要 时调整参数,其实质是对固化后的采样机,在预期 采样精密度下的采样方案的科学性,合理性进行验 证试验. 2结论 (1)机械化采样精密度与采样参数,系统固化 参数有相互制约关系. (2)采样机安装后验收,进行偏倚试验,实质 是对采样机水平的检验. (3)机械化采样参数的正确计算和合理设定, 是获得科学采样方案的前提. (4)采样机精密度试验是科学采样方案的保障. 参考文献: [1]ISO13909:2001,Hardcoalandcoke—Mechanical sampling[S]. [2](T19494.1—2O04,煤炭机械化采样第一部分:采 样方法rS]. [3](T19494.3—2O04,煤炭机械化采样第三部分:精 密度测定和偏倚试验[S]. 作者简介:谢恩情(1966一),男,辽宁铁岭人,高级工程师, 博士研究生.现为国家煤检中心副主任,主要从事煤炭机械化采样 理论研究及其标准化研究,负责采样机鉴定工作. (收稿日期:2006—04—20) 儡