盘煤技术在第三方检验中的应用-中国口岸科学技术-2023年08期

盘煤技术在第三方检验中的应用

作者：符植杨永

符植杨永

煤炭属于固体散货中的矿物类散货，在贸易中常用的计重方式主要有水尺计重、皮带秤计重、汽车衡重，以上3种计重方式均需要场存煤炭进行转移方可计重，同时水尺计重方式还要以满足水尺计重条件的船舶为载体进行计重，对于月度、季度需要盘点场存煤炭重量的单位而言，上述计重方式费用高、可操作性差、用时较长。

盘煤技术是使用特定的工具设备根据相应的标准或规范对堆煤体积、堆积密度进行测定，通过计算得出相应煤场的存煤量。激光测距仪盘煤是目前使用最广泛的盘煤技术，其原理为利用高精度的激光扫描仪对料场表面进行采点，通过计算机处理料堆轮廓数据，重建出料场的3D图形，快速计算出料堆的体积等信息^[1]，再根据测定的堆积密度计算得出存煤重量。盘煤技术实施成本费用相对较少，可操作性强、用时短，但是在目前技术条件下，其相对于水尺计重、皮带秤计重、汽车衡重3种计重方式的精度都比较差。

出于内外部审计监管、贸易需求等多方面要求，许多燃煤电厂、贸易商开始聘请第三方检验机构定期盘煤或专项盘煤，盘煤技术由此开始被第三方检验机构应用为客户提供服务。

激光测距盘煤仪作为盘煤技术应用的主要设备，已经由手持式逐渐发展为无人机航拍盘煤仪、固定式盘煤仪、SLAM盘煤仪。根据目前终端用户对盘煤的需求，可以看出未来盘煤技术的发展应综合便捷、经济、智能、准确的特点，国内盘煤仪供应商仍主要以软件研发、更新迭代为主，目前都不具备硬件生产能力，因此盘煤硬件设备更新会受到一定程度影响，由此也会导致盘煤技术在短期内的发展会相对缓慢。

本文通过对盘煤技术的应用及效果分析，同时针对盘煤技术实施中的难点及盘煤的内容，总结出提高盘煤技术综合效果的可行性建议及盘煤报告的关键要点，旨在促进盘煤技术在第三方检验机构重量鉴定领域的应用。

1 行业基本情况

2003年，检验检测行业开始向第三方民营企业开放^[2]。十年后，国务院批准的《中国（上海）自由贸易试验区总体方案》正式提出，要推进贸易发展方式的转变，鼓励设立第三方检验鉴定机构，按照国际标准采信其检测结果^[3]。受国家鼓励政策的影响，第三方检验检测也迎来了飞跃式发展，规范化程度不断提高，公信度大幅提升，越来越多的外部审计单位、集团公司内控审计将具有相应资质的第三方检验机构出具的煤炭重量盘点报告作为审计依据。针对常规计重方式无法解决的贸易争端，保险公估公司同样会聘请具有相应资质的第三方检验机构对库存煤炭进行重量鉴定。目前，第三方检验机构实施煤炭重量盘点的参考标准主要有DL/T 1878—2018《燃煤电厂储煤场盘点导则》^[4]、MT/T 739—2011《煤炭堆密度小容器测定方法》^[5]，以及企业自身制定并获得认可的技术规范。

虽然盘煤技术在第三方检验机构中的应用还不是很普遍，一方面，由于国内相关硬件设备发展缓慢，同时进口的激光测距仪受国外对半导体制造及相关软件工具、激光、传感器和其他技术的出口实施限制影响；另一方面，受限于市场需求低，设备回本时间长。还有很重要的一点是相关行业标准实施较晚，可操作性不强。但是市场竞争依然很激烈，造成很多此类项目利润微薄。

2 盘煤技术应用

第三方检验机构实施煤炭重量盘点主要有两项工作，即煤炭堆积体积和堆积密度测定，煤炭的场存重量由测定的体积与堆积密度相乘得到。

2.1 煤炭堆积体积测定

煤炭料堆通常是极不规则的，一般采用人工丈量法，即将料堆整理成规范的立体形状，再用米尺或经纬仪、水准仪等工具测量有关参数，计算出料堆体积。但这种方法实用性不强，特别是对场存较大的煤炭料堆，如果通过人工整理形状，工作量大，费时费力，已基本不被采用^[6]。目前，大部分检验机构主要使用便携式激光测距仪对煤炭料堆体积进行测定。

煤炭料堆体积盘点技术的硬件主要由两部分组成，激光测距仪和小型计算机，激光测距仪是用激光作为载波传输距离测量信号对目标距离准确测定的仪器，目前普遍使用的是进口的康拓激光测距仪，其工作的基本原理是利用激光传感器测量煤堆表面上的有限特征点的空间位置信息（X、Y、Z坐标），利用这些点建立煤堆的立体模型^[7]。

数据处理设备主要为小型计算机，其与激光测距仪通过蓝牙或数据线连接后进行数据传输，小型计算机会根据接收到的测量数据进行实时建模，建立的模型由许多非标准三棱柱组成，如图1所示，计算出每个非标准三棱柱的体积后，累加得到整个模型的体积，即被测料堆的体积，测量人员能实时观测图形的变化，可以借此判断所测图形与实物形状的相似性，同时能对偏离点进行及时处理。

图1 使用激光测距仪测绘出的网格状料堆体积模型

Fig.1 Grid-shaped stockpile volume model mapped by a laser rangefinder

便携式激光测距仪具有测量速度快、量程大、数据传输稳定的特点，为了确保测量结果的准确性，检验人员在操作该设备时应注意以下几点：1）测量站点必须选择在料堆周围4 m以外的地方；2）测量站点周围5 m内不能有大型铁质物体；3）测量站点所处环境要视野开阔、地面平整；4）测量站点对于定位点的观察和测量越方便越好；5）测距仪必须保持水平；6）特征点采集过程中应匀速、缓慢；7）定位点范围不能太大，这样主要是提供定位点的测量精度，比如可以选择电线杆的顶部、烟囱的某一角或者建筑物的房角等，定位点与站点的距离越短越好；8）定位点一定是通视性好的点，从各个测量站点望过去都无遮挡，且在测距仪上下40°的范围之内（图2）；9）在不同的测量站点所打的定位点重合度越高，定位的精度越好，测量的结果误差越小；10）应定期检定校准并做好维护保养；11）注意倾斜角测量范围受限、粉尘或小雨等影响因素^[8]。

2.2 煤炭堆积密度的测定

煤炭料堆堆积密度与煤炭的类别、品种、特性、组堆时的压实程度、堆放时间等都有密切关系。料堆堆积密度测定方法主要有模拟法和实测法，堆积密度测定使用的设备主要有密度箱、电子秤、已知质量水泥块或砝码、汽车衡等。

模拟法原理是在煤炭料堆上取样，放置在一定容积的容器内（图3）^[9]，模拟料堆上实际平均压实的程度，根据容器的体积和容器内的物料质量计算堆积密度，这个方法通常可获得不同压力作用下一系列堆积密度值，再根据实验结果、料堆状态、压实情况综合评估后确定。

图3 模拟法测定物料堆积密度示意图

Fig.3 Schematic diagram of measuring of material bulk density using simulation method

实测法原理是在煤炭组堆或卸料过程中，在料堆露出一定高度的平面上选取有代表性压实状态的位置，可以随机选取多处位置^[9]，挖出规定大小形状的坑（图4），收集并称重坑内的煤，以不同高度、不同位置实测密度的平均值作为该煤炭料堆的堆积密度^[4]。

以上两种方法在第三方检验机构盘煤中都有应用，在实际操作中会结合料堆的堆存情况、可操作性等进行综合考量。例如，对于通过落流堆积而成的煤堆，堆积高度小于5 m，煤堆堆积时间较短且未受过雨水影响，可考虑采用模拟法；针对料堆堆积时间较长，或被大型机械碾压造成料堆压实，可考虑采用分层实测法。

图4 实测法测定物料堆积密度示意图

Fig.4 Schematic diagram of measuring material bulk density using actual measurement method

2.3 煤炭重量盘点报告

盘煤人员在进行数据测定过程中及时准确记录各项相关数据，盘点结束后，第三方检验机构根据测定的物料体积及堆积密度出具具有证明作用的料堆重量盘点报告，报告的内容应客观全面，能将盘点的现场情况、模型图片及各项数据呈现出来，盘点报告应包含以下内容：标题、报告编号、报告目录、测量地点、测量时间、各煤炭料堆的体积、堆积密度、参加盘点人员、报告编写的审核人员、批准人员以及其他需要注明的相关信息^[4]。

2.4 应用效果分析

截至目前，该盘煤技术已用于中转港露天煤场、散货矿产品露天堆场、封闭式发电企业储煤场、封闭式筛分煤场进行计重盘点。结合盘煤技术长期应用经验，根据影响因素与操作要点，上述应用环境可分为露天煤场和封闭式煤场两类。

国内的中转港口都是以露天堆场为主，露天堆场的存放能力大，但露天条件下堆场会受阳光直射、风力雨水的影响。盘煤使用的激光测距仪需要在一定亮度环境条件下作业，但是南方地区户外强烈的太阳光会影响测距仪瞄准光圈显示效果，同时激光测距仪的激光发射及接收的透镜镜门长时间直对太阳，可能会造成硬件的灼损。露天堆场是一个开放式的环境空间，随时都可能受到明显的自然风、雨水影响，风力会造成扬尘导致视线效果差，影响测量的效果，同时激光测距仪不能在阴雨天气条件下使用。在露天堆场进行盘煤作业是一种户外作业活动，场地开阔视线较好，同时能给盘煤人员足够的站点位置，为测量活动增加便捷性。

国内大部分火电厂以封闭式的煤场为主，避免了自然风、雨水影响，但是由于企业的生产活动会导致煤场的扬尘增加，封闭煤场空气流动较差，扬尘短时间内无法降至满足测量条件，所以为了达到良好的测量效果，在盘煤作业前应进行喷水降尘操作。相对于露天煤场，封闭式煤场场地普遍狭小，视线较差，测量站点及定位点的选择有限，会严重影响测量效率，此种情况下可以改变站点选择计划，采用“堆上打点法”完成测量，需注意在俯视时测距仪与水平方向的夹角要小于40°。封闭式的煤场能使堆放的煤炭不受外部水分影响，煤炭堆积状态随时间的推移变化相对较小，为提高测量结果的准确度创造了有利条件。

部分地点的露天煤场和封闭式煤场单个煤堆的堆存量较大，其体积也会相应增大，单次作业无法完成测量。此种情况下，在测量前应充分了解测量对象的基本情况，制定合理的测量方案，将此类型煤堆划分为两个测量单元，两个测量单元之间应做一定的标识加以区分，避免重复测量造成结果偏差。

盘煤技术主要用于静态的煤堆计重，且企业无法使用其他精度更高的称重方式，或使用其他方式会导致成本费用太高、操作复杂，而采用盘煤技术对堆存的煤炭进行重量盘点，测量效率高，误差可接受；同时针对特殊堆存的煤炭，例如场存数量较大的煤堆部分自燃，这种煤堆难以使用其他称重方式进行计重，但是激光测距仪结合堆积密度测定方法可以完成计重。

盘煤技术的操作较为便捷，容易上手，体积测定用的激光测距仪携带方便，一定情况下满足单人快速操作需求，在一定程度上具有经济性。另外，激光测距仪配套的软件能实时处理盘点数据，同时显示测量效果，为全面细致的盘煤提供实时指导，效果直观，避免了依赖后续数据回放建模的盲目性和滞后性。

3 盘煤技术实施难点

受客观条件的限制，盘煤技术在实践应用中仍存在很多难点，主要有以下几点：

1）便携式激光测距仪为高精度设备，使用人员对设备内在的结构及测定原理了解不足，在实际使用中很难达到人机结合，会对测量结果的准确性产生影响。

2）激光测距仪在露天或大型煤棚里使用，会同时受到温度、湿度、粉尘、雨、雾、雪以及煤场周围磁场的影响，其中温度、湿度、雨、雪、雾因素可以通过调整盘煤时间降低或去除影响，温度、湿度会影响设备某些零部件的寿命，煤炭堆存现场环境较为恶劣，粉尘和磁场对设备测量精度的影响难以消除，在日常盘煤作业中，无法评估磁场对设备测量准确性的影响程度。

3）受地面塌陷、长期煤炭堆存压力、机械碾压等因素影响，大部分煤炭堆场地面凹凸不平，在使用激光测距仪对煤堆进行体积测定时，不规整的地面对测量误差的影响是不可忽略的。例如一个底面积9000 m²的煤堆，如果基准面的误差达到0.1 m，对体积的误差影响约是900 m³，但在实际操作中，由于上述客观条件的影响，造成基准面测量误差远不止0.1 m。

4）整机性能方面，在较为理想环境条件下，仪器设备整机的体积测量误差在0.7%～2.0%，对于使用的激光测距仪应定期（一般检定周期为一年）委托具有相应资质的计量机构进行检定或校准，但目前计量机构仅能提供部分特定的参数如测量长度、仰角、方位角检定或校准服务，无法对整机误差值进行评估。

5）盘煤重量鉴定中，煤炭堆积密度的测定工作同样重要，受众多因素影响，在实际测定中难以获得一个准确的堆积密度均值，煤炭堆存过程、堆存期间各煤层之间受力不一致，压实程度差异较大，煤炭堆存期间受雨水或洒水降尘降温造成干湿程度不同，以上两个是影响煤炭堆积密度最主要的因素，目前在用的模拟测量法和实测法都难以消除。

4 建议

激光测距仪仍是第三方检验机构使用的主要盘煤设备，测量方便快捷、经济性好，并且很长一段时间内仍将是主流的盘煤设备，本文对盘煤技术的应用推广给出以下几点建议：

1）应加强技术人员培训，参与盘煤的技术人员必须掌握设备的操作要求及性能，了解仪器设备各项参数、构造、使用注意事项，同时能熟练实施堆积密度的测定方法。

2）开始实施盘煤作业前，盘煤人员应对煤炭堆场环境条件进行深入了解，了解内容应包括但不限于煤堆形状、地面平整情况、四周围墙或防尘网布局、煤堆各层面压实程度，根据现场情况制定合理的盘煤方案。

3）新购置的激光测距仪整机测量误差会随着使用年限增加不断变化，计量机构后续应完善整机检定校准服务，给出校准值，确保测量结果的可靠性。

4）条件允许情况下，应选择煤场周围条件较为理想的状态下进行盘点作业，必要时通过人力消除或降低外部因素对盘点结果准确性的影响，创造满足盘点的条件。

5）研究论证更加便捷、准确的堆积密度测定方法，如煤层压力推算法、机械自动取点法。

5 结语

煤炭行业的技术和标准在不断发展和更新，不仅能够提高计重效率，而且第三方检验机构通过使用盘煤技术，能够提供专业的鉴定和解释服务，为购销双方、终端用户提供准确的数据，帮助他们作出正确的决策。本文通过对盘煤技术的操作要点分解、应用效果分析，提炼了盘煤技术实施的难点，同时根据积累的实施经验总结出提高盘煤技术综合效果的可行性建议，为盘煤技术在第三方检验中广泛应用和持续完善提供了实践基础。

参考文献

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第一作者：符植（1990—），男，汉族，海南临高人，本科，助理工程师，主要从事煤炭检验检测技术管理工作，E-mail: 925466763@qq.com

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