本发明涉及一种氮氧混合杜瓦罐及包含该杜瓦罐的破岩装置及破岩方法，属于爆破领域。
背景技术：
1、氮氧混合相变气体破岩是一种新技术，目前越来越多地被用在矿山和其他相关岩体开挖施工。其基本原理是利用液氮和液氧的混合体在一定条件下激发产生相变，瞬间气化膨胀做功，实现矿山开采或岩体开挖施工的岩石致裂、破碎和剥离。该方法经实践检验证明具有较好的发展前景。现有储能筒内可燃物选用纸，由于破岩时需求量大，成本高昂，而且渗流效果不均匀，而且提供合适的液氮液氧混合液也属于一大难题。
技术实现思路
1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种氮氧混合杜瓦罐及包含该杜瓦罐的破岩装置及破岩方法，通过氮氧混合杜瓦罐得到合适比例的液氮液氧混合液，同时在完成破岩任务时，可以就地取材，成本低，渗流效果好。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种氮氧混合杜瓦罐，包括外壳、内胆、液氮输入管、液氧输入管和混合液体输出管，所述液氮输入管、液氧输入管穿过外壳进入到内胆中，液氮输入管伸入到内胆底部，液氧的输出口位于内胆的上端，混合液体输出管的一端位于内胆的底部；在内胆中设有显示液体的液位计，安全管一端插入到内胆中，另一端连接有压力表。
3、作为优选，所述安全管上连接有组合调节阀，组合调节阀与增压截止阀连接，增压截止阀与位于增压盘管连接，增压盘管位于内胆与外壳之间。
4、作为优选，所述安全管上连接有放空阀。
5、作为优选，所述外壳上安装有抽真空阀。
6、作为优选，所述安全管上连接内胆防爆膜。
7、一种氮氧液态混合体储能筒破岩装置，包括塑料管，在塑料管内安装有生物质成型燃料装置，在生物质成型燃料装置内设有连接外激发器的发火元件，在塑料管与生物质成型燃料装置之间设置有排气管；所述生物质成型燃料装置包括若干个燃料单元、分流器和盖板，所述燃料单元依次堆叠，燃料单元上端设有不通的第一凹槽，在燃料单元周向设有若干个第一通孔，在燃料单元上端设有连通第一通孔的环状凹槽，环状凹槽与第一凹槽通过十字状的第二凹槽连通，在燃料单元上设有连通第一凹槽和第一通孔的第一斜孔，所述分流器位于最上端的燃料单元上；分流器的注入口连接氮氧液态混合体输送管道，氮氧液态混合体输送管道与上述的氮氧混合杜瓦罐连接。
8、一种氮氧液态混合体储能筒破岩装置的破岩方法，包括以下步骤：
9、(1)在待破岩区钻孔；
10、(2)将生物质成型燃料装置装入塑料管道中，放入钻孔中；
11、(3)在顶端安装分流器，将分流器注入口连接氮氧液态混合体输送管道，氮氧液态混合体通过注入口注入到分流器中，氮氧液态混合体通过第一凹槽、第一通孔和第一斜孔顺流而下；
12、(4)输送管道上设有流量计，当流量计显示氮氧液态混合体的注入量达到预定值时停止注入。
13、所述步骤(4)中预定值通过以下步骤确认：
14、(41)确定氮氧液态混合体储能筒破岩所需的名义能量e的经验公式为：
15、e＝kaxbycz (kj)
16、式中：a为矿山岩石物理力学性能因素的能量消耗占比，变化范围为40～50％；b为岩体地质构造因素的能量消耗占比，变化范围为20～40％；c为孔网参数(破岩块度)因素的能量消耗占比，变化范围为20～30％，x、y、z依次为a、b、c三个参数的指数；k为与激发方式、氮氧液态混合体储能筒规格有关的系数；
17、(42)用随机筹划法或正交法确定试验方案，并运用回归分析方法对试验数据进行处理，得到上述经验公式中x、y、z、k的值分别为：
18、x＝0.1～0.2、y＝0.6～1、z＝0.3～0.6、k＝(1～10)×105；
19、(43)确定破岩所需的实际能量为ea＝(0.98～1.5)e。
20、(44)采用液态气体膨胀做功的主要计算公式表征各参数与气体释放能量之间的关系：
21、
22、式中：ug为气体膨胀所作之功，mj；po为环境的绝对压力，取大气压为0.1013mpa；p为炮孔内的绝对压力，mpa；v为炮孔的容积，m3；k为气体的绝热指数，对于双原子气体k＝1.4，储能筒内主要以双原子为主，取k＝1.4；
23、(45)根据步骤(41)得到ug＝(40～50％)e，计算得到气体对炮孔壁的瞬间压强p；
24、(46)根据理想气体状态方程，将步骤(45)计算得到的压强p代入以下公式，计算得到氮氧液态混合体的名义注入质量m；
25、
26、即
27、式中：m为氮氧液态混合体的注入质量，g；m为混合气体的摩尔质量，其范围为28～32g/mol；v为炮孔内气体体积，其取值范围为0.02～0.5m3；t为温度，其范围为673～1773k；n为气体的物质的量，mol；r为摩尔气体常数(也叫普适气体恒量)，r＝8.314j/(mol·k)；
28、(47)确定工程应用中储能筒的氮氧液态混合体的实际注入质量ma＝(0.95～1.5)m。
29、在本发明中，热罐是指从未使用的或是长时间不用(排空后停止工作超过两周以上)的杜瓦罐，其内部温度与环境温度相同。热罐冷却使用液氧进行。冷却前先称一下空罐重量并存档。
30、在本发明中，当液氧进入杜瓦罐时，会大量汽化。因此开始充液氧时，流速要慢，同时打开排空阀、混合液出口阀、液氮进口阀，保证气体出口最大，防止罐内压力上升过快。开始充装后慢慢关闭203、205，同时关注压力表和安全阀，如压力过大(接近公称压力2.3mpa)，则暂停关阀。充装约10l(充液停止时罐内剩余量，不计充装过程中挥发的量)时，停止充气，保持207开启。静置1小时，通过液氧汽化将罐体内胆冷却(条件允许时可关闭207，静置1夜)。
31、混合时充装顺序：先充氧后充氮。
32、(1)充装液氧
33、连接液氧供应管路，保持阀门207开启，明确液氧充装量后，打开阀门204开始充装。电子称读数到达规定量时，关闭液氧进口阀204。
34、(2)充装液氮
35、连接液氮供应管路，明确液氮充装量后，打开阀门203开始充装。由于液氮(-196℃)遇到液氧(-183℃)时会汽化：①开始充液氮时，流速要慢；②同时打开阀门207和204开启。充装开始后可慢慢关闭阀门204，同时关注压力表读数(不超过2.3mpa)。到达液氮充装量关闭液氮进口阀203和放空阀207。
36、使用时连接管路至混合液体出口阀205，打开阀门，混合液可以流出，流量可通过流量计观察。当需要加大输出流量时，可打开增压截止阀211，罐内压力升高，输出流量增大。
37、有益效果：本发明的氮氧混合杜瓦罐及包含该杜瓦罐的破岩装置及破岩方法，具有以下优点：
38、1、液氮输入管伸入到内胆底部，液氧的输出口位于内胆的上端，混合液体输出管的一端位于内胆的底部，通过此设计以及先充液氧后充液氮，防止液氮完全蒸发；
39、2、生物质可燃物采用的花生壳、稻壳或秸秆等属于农村常见的典型废弃资源，这些环保材料的有效利用不仅可以变废为宝，还可以大幅降低储能筒内可燃物成本，有利于气体破岩技术的推广应用；本发明中储能筒破岩装置解决了氮氧液态混合体在可燃物中分散不均导致的可燃物燃烧不充分、能量释放不均等问题，有利于提高破岩能量利用效率，改善破岩效果。
1.一种氮氧混合杜瓦罐，其特征在于：包括外壳、内胆、液氮输入管、液氧输入管和混合液体输出管，所述液氮输入管、液氧输入管穿过外壳进入到内胆中，液氮输入管伸入到内胆底部，液氧的输出口位于内胆的上端，混合液体输出管的一端位于内胆的底部；在内胆中设有显示液体的液位计，安全管一端插入到内胆中，另一端连接有压力表。
2.根据权利要求1所述的氮氧混合杜瓦罐，其特征在于：所述安全管上连接有组合调节阀，组合调节阀与增压截止阀连接，增压截止阀与位于增压盘管连接，增压盘管位于内胆与外壳之间。
3.根据权利要求1所述的氮氧混合杜瓦罐，其特征在于：所述安全管上连接有放空阀。
4.根据权利要求1所述的氮氧混合杜瓦罐，其特征在于：所述外壳上安装有抽真空阀。
5.根据权利要求1所述的氮氧混合杜瓦罐，其特征在于：所述安全管上连接内胆防爆膜。
6.一种氮氧液态混合体储能筒破岩装置，其特征在于：包括塑料管，在塑料管内安装有生物质成型燃料装置，在生物质成型燃料装置内设有连接外激发器的发火元件，在塑料管与生物质成型燃料装置之间设置有排气管；所述生物质成型燃料装置包括若干个燃料单元、分流器和盖板，所述燃料单元依次堆叠，燃料单元上端设有不通的第一凹槽，在燃料单元周向设有若干个第一通孔，在燃料单元上端设有连通第一通孔的环状凹槽，环状凹槽与第一凹槽通过十字状的第二凹槽连通，在燃料单元上设有连通第一凹槽和第一通孔的第一斜孔，所述分流器位于最上端的燃料单元上；分流器的注入口连接氮氧液态混合体输送管道，氮氧液态混合体输送管道与权利要求1至5任一项所述的氮氧混合杜瓦罐连接。
7.一种如权利要求6所述的氮氧液态混合体储能筒破岩装置的破岩方法，其特征在于，包括以下步骤：
