一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法技术

本发明专利技术属于采矿破岩领域，提供一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法，包括以下步骤：破岩储能管由吸收剂、中心充液管、排气管、柔性外壳和管口密封件组成，储能管中的相变介质选择氮氧液态混合体。氮氧液态混合体由液氮和液氧以一定比例均匀混合，氮氧混合比例为a∶b；本发明专利技术提供了一种能针特定规格气体破岩储能管理论计算得到最佳氮氧混合比例的方法，储能管在该氮氧混合比例下，既能满足储能管内卷纸完全燃烧释放出最大能量以确保炮孔内氮氧液态混合体完全相变并达到最大膨胀比，又可充分提高施工作业的安全性，可为氮氧液态混合体储能管在矿山开采中大范围使用提供理论基础和技术指导。供理论基础和技术指导。供理论基础和技术指导。

【技术实现步骤摘要】
一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法


[0001]本专利技术属于采矿破岩领域，具体地说是一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法。

技术介绍

[0002]气体破岩技术在矿山开采中正在逐渐得到应用。气体破岩储能管中的氮氧液态混合体不属于易燃易爆品；储能管在装入炮孔注入氮氧液态混合体前，不需要采用专门设施储存和运输。因此，与传统的露天深孔爆破技术相比，该破岩技术具有成本低、操作安全和振动幅度小、粉尘量少、噪音低等显著优点。
[0003]目前气体储能管破岩技术在小范围应用过程中，氮氧液体混合比的控制主要以经验为主，纯液氧具有强氧化性和助燃性、感度高等特点。因此，氮氧液态混合体中液氧浓度过高时，将使得储能管对压力、电火花、冲击等作用的敏感度提高，导致破岩作业的安全性降低。所以，储能管中氮氧液态混合体的液氧含量在满足助燃的前提下，应使其含量尽量低以有助于破岩作业安全性的提高。
[0004]综上，因此本专利技术提供了一种气体破岩储能管中氮氧液体最佳混合比例的确定方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法，以解决现有技术中储能管中氮氧液态混合体的液氧含量在满足助燃的前提下，应使其含量尽量低以有助于破岩作业安全性的提高等问题。
[0006]一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：破岩储能管由吸收剂、中心充液管、排气管、柔性外壳和管口密封件组成，储能管中的相变介质选择氮氧液态混合体。氮氧液态混合体由液氮和液氧以一定比例均匀混合，氮氧混合比例为a∶b；
[0008]其中，a+b=1；
[0009]步骤二：计算卷纸的饱和系数：
[0010]；
[0011]式中：为饱和系数；为卷纸质量（kg）；为总液态气体质量（液氮液氧的比例为a∶b，其中a+b=1）（kg），a为液氮的占比，b为液氧的占比，a+b=1；
[0012]步骤三：计算卷纸的氧系数，测定卷纸的元素含量分别为碳C
‑
x%，氢H
‑
y%，氧O
‑
z%；
[0013]C+O2=CO2、C+O2=CO、H2+O2=H2O；
[0014]其中，燃烧元素和氧气的质量比分别为1∶2.67、1∶1.33、1∶8；
[0015]根据燃烧程度计算；
[0016]；
[0017]；
[0018]式中：为卷纸完全燃烧生成CO2的点，为卷纸部分燃烧只能生成CO的点；
[0019]步骤四：确定混合液体中氮氧混合比和液氧的最小注入量：
[0020]；
[0021]；
[0022]得到氮氧混合比a∶b=(1
‑
b)∶b，需要混合液体中的最小液氧注入量为。
[0023]进一步的，所述步骤一，所述饱和系数为完全饱和时，氧气质量与单位体积吸收剂质量之比，氧系数为不同燃烧程度下，氧气质量与单位体积吸收剂(或可燃物部分）质量之比。
[0024]进一步的，所述步骤一，饱和系数计算方法的前提是必须保证储能管中的卷纸吸收氮氧液态混合体至饱和状态。
[0025]进一步的，所述步骤二中，所述氧系数计算方法的卷纸中元素含量可采用有机元素分析仪测定。
[0026]进一步的，所述饱和系数≥氧系数时，此时卷纸在液氧中充分燃烧生成CO2和H2O，放出最大的热量，储能管能产生最大的破岩效果；当氧系数>饱和系数≥氧系数时，此时部分卷纸在液氧中燃烧不充分，生成CO2、CO和H2O，放出部分的热量，储能管能产生破岩效果小于饱和系数≥氧系数时的；当氧系数>饱和系数时，此时部分卷纸在液氧中极其燃烧不充分，生成CO和碳单质，放出少量的热量，储能管能产生破岩效果较差。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术提供了一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法，该方法能理论计算出氮氧液态混合体储能管的最佳氮氧混合比例，储能管在该氮氧混合比例下，既能满足储能管内卷纸完全燃烧释放出最大能量以确保炮孔内氮氧液态混合体完全相变并达到最大膨胀比，又可充分提高施工作业的安全性，可为氮氧液态混合体储能管在矿山开采中大范围使用提供理论基础和技术指导。
附图说明
[0029]图1是本专利技术氮氧液态混合体储能管的结构示意图。
[0030]图中：
[0031]1、塑料外壳；2、发火元件；3、中心充液管；4、排气管；5、卷纸；6、氮氧液态混合体；
7、管口密封件。
实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。
[0033]本专利技术提供一种气体破岩储能管中氮氧液体最佳混合比例的确定方法，包括以下步骤：
[0034]将液氧和液氮按照一定比例混合后的氮氧液态混合体通过中心铝管注入储能管中后，液态混合体被储能管中环绕铝管的多层纸片（可燃有机物，也即还原剂）充分吸收，当设置在多层纸片中某个位置的发火元件释放高电压火花时，处于该部位的氮氧液态混合体中的液氧被加热随即产生燃烧，其火焰燃烧的波阵面沿储能管轴向传播，使得储能管其他部位的多层纸片也迅速参与燃烧，这种化学反应产生的热量使得岩石炮孔内的氮氧液态混合体处于过热状态时，迅速气化膨胀，短时间内膨胀至为原体积的700多倍，在氮氧膨胀气体的荷载作用下，岩石介质受到破裂破坏并产生了小幅度的抛掷运动，最终达到破岩的目的。
[0035]液氧在液态气体中的占比、氮氧液态混合体的量，直接影响了卷纸在化学燃烧过程中产生的热量和气化膨胀压力，最终影响破岩效果。
[0036]步骤一：破岩储能管由吸收剂5、中心充液管3、排气管4、柔性外壳1和管口密封件组成，储能管中的相变介质选择氮氧液态混合体。氮氧液态混合体由液氮和液氧以一定比例均匀混合，卷纸在氮氧液态混合体中处于浸润至饱和状态；
[0037]液氮液氧的比例为a∶b；
[0038]其中，a+b=1；
[0039]步骤二：计算卷纸的饱和系数，饱和系数定义为完全饱和时，氧气质量与单位体积吸收剂质量之比，根据储能管的卷纸质量和液氮液氧混合液体的总质量得出：
[0040]；
[0041]式中：为饱和系数；为卷纸质量（kg）；为总液态气体质量（氮氧混合比例为a∶b，其中a+b=1）（kg），a为液氮的占比，b为液氧的占比，a+b=1；
[0042]步骤三：计算卷纸的氧系数，氧系数定义为不同燃烧程度下，氧气质量与单位体积吸收剂(可燃物部分）质量之比，测定卷纸的元素含量分别为碳C
‑
x%，氢H
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y%，氧O
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z%；
[0043]C+O2=CO2、C+O2=CO、H2+O2=H2O；
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体破岩储能管中最佳氮氧混合比例的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：破岩储能管由吸收剂、中心充液管、排气管、柔性外壳和管口密封件组成，储能管中的相变介质选择氮氧液态混合体，氮氧液态混合体由液氮和液氧以一定比例均匀混合，氮氧混合比例为a∶b；其中，a+b=1；步骤二：计算卷纸的饱和系数：；式中：为饱和系数；为卷纸质量（kg）；为总液态气体质量（氮氧混合为a∶b，其中a+b=1）（kg），a为液氮的占比，b为液氧的占比，a+b=1；步骤三：计算卷纸的氧系数，测定卷纸的元素含量分别为碳C
‑
x%，氢H
‑
y%，氧O
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z%；C+O2=CO2、C+O2=CO、H2+O2=H2O；其中，燃烧元素和氧气的质量比分别为1∶2.67、1∶1.33、1∶8；根据燃烧程度计算；；；式中：为卷纸完全燃烧生成CO2的点，为卷纸部分燃烧只能生成CO的点；步骤四：确定混合液体中最佳氮氧混合比例和液氧的最小注入量：；；得到最佳氮氧混合比例为a∶b=(1
‑
b)∶b，需要混合液体中的最小液氧注入量为。2.如权利要求1所述一种气体破岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娟，石鹏雄，李运潮，鲁承桂，刘志刚，
申请(专利权)人：中材南京矿山研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：