NGAM一2008天然射线灰分仪在原煤煤质 检测中的研究应用

南方煤矿煤层薄、地质变化大、赋存条件差，原煤煤质不稳定，特别是灰分变化较大，目前大部分采用人工取样检测[1]。人工取样检测工序多，数据滞后，人为因素多，监管成本高，工人工作环境差，劳动强度大。因此，对原煤灰分检测进行技术研究，找出影响因素并于2014年3月在攀枝花煤业(集团)有限责任公司花山、太平煤矿格洗车间成功地安装2台NGAM一2008天然射线灰分仪(以下简称NGAM一2008灰分仪)进行原煤结算灰分检测，实现了原煤灰分自动化、连续化、高效化无放射源在线检测，取得了比较可观的经济技术效益，至今运行效果良好。

1 人工取样检测原煤灰分情况及存在问题

(1)检测数据滞后。原煤在人工取样检测过程中需严格按制订的采样规程采样、制样及送化验室检验，记录检测过程，整理检测结果，并出具检测报告；环节多，时间长，造成检测数据滞后。

(2)工序多、人为因素多、管理成本高。人工取样检测过程需经过采样、制样、检验多工序作业才能出具检测报告，各工序都是人工操作。为保证煤质检测的公开、公平、公正，确保供需双方的经济利益及创造良好的内部市场环境，需安排人员监管各工序。供需双方检测结果若超出允许误差范围，需要协商或仲裁解决，致使管理成本居高不下。

(3)工人工作环境差、工作劳动强度大。原煤通过胶带直接进入精煤分公司格洗车间进行洗选，采样、制样在胶带运输通廊内进行，空间狭小、光线差、煤粉重、噪音大，空气流通性差，环境差。正常每天运送原煤5 000 t～6 000 t，胶带运输量控制在400 t／h左右，参照GB475--2008《商品煤样人工取样方法》n1规定，子样最小质量3妇，子样数在130～150之间，日样量最少在390 kg～450 kg之间。采样时间长，取样次数多，样量多，破碎、缩分劳动强度大。

2 NGAM一2008的工作原理、组成及特点

2．1 工作原理

放射性核素在自然界中普遍存在，岩石和土壤中都有一定量的天然放射性元素，如铀、钍和钾等，煤炭也不例外，并且燃煤中的矿物质(灰分)比有机质含有更多的放射性元素。当微小的放射源发射的天然7射线与周围物质(如煤中的矿物质和有机质)相互作用时，天然丫射线的能量就向低能方向聚集，从而形成“低能峰”，该种“低能峰”的谱线形状和峰面积与煤的成分构成有关[3]。利用以上信息，使用高效率、高灵敏度的7射线探测器探测特征7射线的粒子通量，即可对煤炭灰分含量进行快速监测。将天然放射性信息与胶带单位长度上的煤重信号(胶带称的输出信号)相结合，通过一系列反推运算，从而计算出煤流中灰分的含量。

2．2组成

NGAM一2008灰分仪是非接触式在线探测设备，通过在线测量煤中自身含有的天然r放射性强度来测定煤的灰分，由r射线探测器、环境辐射屏蔽罩及其支架、高精度煤流负荷称重装置、现场操作仪表及主机组成，如图1所示。

2．3特点

(1)无放射源，管理成本低。通过在线测量煤的天然r放射性强度来测定煤的灰分，和有源射线灰分仪相比，没有辐射安全隐患，不存在与放射源有关的任何管理，更安全，运行管理成本低。

(2)检测数据实时性强，数据处理功能强。

NGAM一2008连续接受煤中的天然r射线，可测得并显示10 S、1 min、10 rain、小时、班累计、日累计灰分；实时记录、实时分析运算，生成数据曲线；具备查询历史报表、打印数据报表等功能；网络数据共享，极大地方便了用户的管理，提高了检测自动化水平。

(3)预留功能强大。由于是全范围检测，在提供准确灰分的同时还能提供煤炭运输量的准确数据。预留水分仪接口，与水分仪结合，可准确测量煤流水分。依据所测得的灰分、水分数据，自动运算，校准发热量测定结果，得到更准确的燃煤发热量数据，有助于煤炭的生产和销售。

(4)标定简单。模块化设计，安装简便易行，只用静态标定即可。为进一步提高灰分测量精度，可依据人工取样与NGAM一2008灰分仪检定值的偏差，修正灰分参数。

(5)测量精度高。NGAM一2008灰分仪的测量精度(均方误差d)：当待测灰分在15％以下时，灰分测量精度为±0．5％；当待测灰分在15％～30％时，灰分测量精度为±1．5％；当待测灰分在30％以上时，灰分测量精度为±2．5％；NGAM一2008灰分仪的产量计量精度为0．5级。

3 应用效果

3．1 比对试验的原始数据分析

2014年3月，攀煤(集团)公司对NGAM一2008灰分仪的测量结果进行随机检验，以检查其实际使用效果。表1是花山、太平煤矿11组抽检数据的比对结果记录，其比对、评价方法参照GWT 19952--2005《煤炭在线分析仪测量性能评价方法》、E∥T 1078--1998《7辐射煤灰分测量仪》规定进行。

3．2试验数据分析

3．2．1 花山矿试验数据分析

3．2．1．1 灰分仪示值与化验参比值的关系

NGAM一2008灰分仪示值(Ai)与化验参比值(Ri)的关系如图2所示。

3．2．1．2离群值检验

11组比对数据中，NGAM一2008灰分仪示值与化验参比值之差最大值为3．09(第5组)，计算统计量C：

查C值表得临界值C。。1tl。=0．684。因为C=0．339<0．684，所以C=3．09为正常值，保留。

3．2．1．3平均偏差的计算

平均偏差的计算如下：

由以上计算可知，NGAM一2008灰分仪的测量值与化验值平均灰分偏差为0．392％。

3．2．1．4 比对动态精密度的计算

NGAM一2008灰分仪的示值与化验参比值之差值的方差(V。)和标准差(Sa)：

根据E∥T 1078--1998《7辐射煤灰分测量仪》 中6．2．1．2的规定，高灰分煤(灰分>30％)的测量标准差应在2．5以内㈨。

比对动态精密度Pa(95％置信概率)：

代煤气化技术的开发成功，为煤转化发展奠定了良好的基础。煤气化是现代煤转化的核心，提高煤的气化率、发展大型煤气化技术，是实现煤炭清洁、高效利用的重要途径。建议加强煤转化新技术的开发应用，稳步推进以大型煤气化为龙头的现代煤化工产业规模化、园区化和基地化建设，统筹产业布局，避免无序发展造成产能过剩。