具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一次性孔内充装二氧化碳致裂器，结构简单，适用于矿山工程岩体爆破中，尤其适用于具有控制岩石爆破成型要求的定向预裂爆破场合中，安全性高，爆破效果好。

参看图1及图2所示，所述一次性孔内充装二氧化碳致裂器包括：管体1、发热棒、充装头2、单向进气阀3及外接气管4，所述管体1的一端为封闭端，所述管体1的另一端为开口端，所述管体1上设有泄能口5，所述充装头2连接在所述管体1的开口端，且将所述管体1的开口端封堵；

所述充装头2上设有发热棒安装部，所述发热棒包括：底座6、接线柱7、纸管8及电点火头9，所述底座6安装于所述充装头2上的发热棒安装部中，所述纸管8设于所述管体1内，且所述纸管8的外端连接于所述底座6的里端上，所述接线柱7轴向穿设于所述底座6中，且所述接线柱7的第一端伸出于所述底座6的外端，所述接线柱7的第二端伸出于所述底座6的里端，且设于纸管8内，在所述接线柱7的第二端上连接有所述电点火头9，所述纸管8内充装有发热剂；

所述充装头2上还设有用于向主管内部充装二氧化碳的充装通道，在所述充装通道中设有开启和关闭充装通道的单向进气阀3，所述单向进气阀3具有进气口与出气口，所述外接气管4连接于所述单向阀的进气口上，所述出气口与所述管体1的内部联通。

其中，管体1采用一次成型卷板工艺加工，以保证其强度。管体1的材质为Q235钢材。另外，本实施中，通过采用一次成型卷板加工工艺制作管体1，改变了致裂器的加工工艺，提高了加工效率，降低了制造成本。

所述单向进气阀3包括阀体，所述阀体为具有内腔的两端开口的环状壳，所述阀体的内腔为从外到内依次分成第一腔段、第二腔段及第三腔段，所述第一腔段内壁上设有连接部，可用于连接外部管路，所述第二腔段为阶梯状结构，包括两个阶梯段；其中，邻接所述第一腔段的阶梯段直径大于所述第一腔段的直径，远离所述第一腔段的阶梯段小于所述第一腔段的直径，在远离所述第一腔段的阶梯段中设有阀芯及抵接于所述阀芯一侧的弹簧，所述弹簧的另一端固定于远离所述第一腔段的阶梯段中，当单向进气阀3的左侧的进气口进入液态二氧化碳达到阀芯的开启压力时，阀芯自动打开，液态二氧化碳从单向进气阀3的出气口流出。

本发明实施例提供的一次性孔内充装二氧化碳致裂器，通过在充装头2的充装通道中安装单向进气阀3，并在单向进气阀3的进气口上设置外接气管4，在向钻孔内安装致裂器时，可以在致裂器安装进钻孔内时，再通过所述外接气管4向致裂器的管体1内部充装液态二氧化碳，解决了传统二氧化碳致裂器由于结构的限制在孔外充装液态二氧化碳存在的安全隐患，从而便于提高二氧化碳致裂器使用时的安全性。

在一些实施例中，所述充装头2焊接于所述管体1的开口端。具体的，充装头2与管体1之间可采用全自动焊接机焊接，以确保焊接均匀，保证焊缝质量。

所述外接气管4采用无缝钢管制成。该无缝钢管具有中空截面，与实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻。

所述充装通道包括第一阶孔道与第二阶孔道，所述第一阶孔道的直径大于所述第二阶孔道，所述第一阶孔道的内部轮廓与所述单向进气阀3的阀体的外部轮廓一致，所述单向进气阀3安装于所述第一阶孔道中，所述第二阶孔道的第一端与所述单向进气阀3的出气口对接，所述第二阶孔道的第二端与所述管体1的内部联通。

本实施例中，通过将第一阶孔道大于第二阶孔道设置，不仅仅是为了适应单向气阀安装的需要；这样设置，使得充装通道的进气口端大于与管体1的内部联通的出气口端，可以保证充装液态二氧化碳的稳定性。

继续参看图1所示，所述纸管8设于所述管体1内，且所述纸管8的外壁与所述管体1的内壁之间具有空腔，液态二氧化碳进入管体1内后即充斥于所述空腔中。

所述发热棒安装部为与所述充装通道并行设置的安装孔，所述发热棒的底座6旋合在所述充装头2的安装孔中，且所述底座6的外端压靠于所述充装头2的外端面上。

继续参看图1所示，在一些实施例中，所述接线柱7包括并行穿设于所述充装头2上的两根，分别作为正负电极，两根接线柱7的第二端分别连接有导线，两根导线的末端分别与所述电点火头9连接。

参看图2所示，所述发热棒是为液态二氧化碳气化提供热能的部件，通过将所述接线柱7的第一端连接于发爆器10上，在电点火头9的激发下，发热剂被点燃，在纸管8内燃烧，气化液态二氧化碳，当管体1内的气压达到一定值时，从所述泄能口5定向喷发，以实现定向断裂爆破。

具体地，所述底座6上预留有孔道，在所述孔道中穿设设有所述接线柱7。在一些实施例中，所述底座6的第一端的内侧面与所述充装头2外端面之间还设有密封垫。

可以理解的是，一般地，二氧化碳致裂器是从泄能端释放高能高压气体，由于二氧化碳致裂器长径比值较大，可以近似的看作是点爆破，而且致裂器的泄能端一般设置有几个泄气口，安装到钻孔内的二氧化碳致裂器无法控制泄气口的方向，不能形成定向爆破的效果；因此，受其自身结构的限制，大多数爆破存在超挖、欠挖、周边不平整和边坡破坏严重的现象。

因此，为了解决上述技术问题，继续参看图1所示，在一些实施例中，所述泄能口5为沿所述管体1的外壁轴向设置的切缝。切缝位置在设置时应避开管体1接头位置，以保证管体1的整体强度。具体地，所述切缝沿轴向的中点位置与所述管体1的中点位置重合。

优选地，所述切缝为线性长条状切缝槽。这样，通过在管体1外侧预留长条状切缝槽，引导致裂器优先从切缝槽方向破裂，促使高能高压气流定向切割，达到定向爆破的效果。

在一些实施例中，所述切缝的长度为管体1长度的1/3，所述切缝的宽度为3～5mm，所述切缝的深度为管体1壁厚的1/5。

在一个实施例中，例如，利用该二氧化碳致裂器实施爆破；在钻孔内安装二氧化碳致裂器时，二氧化碳致裂器的切缝朝向定向爆破的一侧；当多个钻孔同时爆破时，将致裂器带有切缝槽的一侧朝向同一个方向，高能高压气流向同一个方向释放，在爆破形成的应力波和爆生气体静楔共同作用下，钻孔之间的岩石沿着预设方向定向断裂，从而获得精确控制的爆破断裂面，减小围岩、边坡等其它方向的裂纹数量，限制了需要保护方向的裂纹扩展长度，有利于提高爆破效果；同时，降低了围岩和边坡的后期的治理成本。本发明技术方案尤其适用于岩巷、隧道、边坡的定向断裂控制爆破。

本发明实施例提供的一次性孔内充装二氧化碳致裂器，通过对致裂器本身结构进行改进，改变了当前二氧化碳致裂器的充装工艺，在钻孔内充装更加安全；进一步地，该二氧化碳致裂器为一次性使用，避免了回收环节，在一定程度上提高了施工效率；更进一步地，通过设置单侧切缝槽，改变当前的泄能端点状泄能的方式，可以形成定向断裂控制爆破的效果，进而减少围岩不必要的损伤，从而改善爆破效果。

基于前述实施例提供的一次性孔内充装二氧化碳致裂器，还提供了一种向钻孔中安装二氧化碳致裂器的方法，包括步骤：

S1、将所述二氧化碳致裂器送入钻孔中；其中，所述二氧化碳致裂器的管体1内未充装液态二氧化碳。

本实施例中，在推入钻孔的过程中，在钻孔口的致裂器上连接支撑杆，利用所述支撑杆顶住二氧化碳致裂器，以确保二氧化碳致裂器不滑出钻孔。

S2、在所述二氧化碳致裂器送入钻孔中之后，将外接气管4连接于二氧化碳充装设备的出气口上，启动二氧化碳充装设备，向所述外接气管4内充入液态二氧化碳。

S3、随着从外接气管4流向单向进气阀3的进气口中的液态二氧化碳量增多至预定量时，单向进气阀3的通道自动开启，液态二氧化碳进入二氧化碳致裂器的管体1内部，直至二氧化碳致裂器的内部充装至预定压力值。

所述单向进气阀3是控制液态二氧化碳进入致裂器的部件，从外界向致裂器内部充装液态二氧化碳时，单向进气阀3自动开启，液体进入致裂器内部；在一些实施例中，当致裂器内部充装压力达到10MPa时，单向进气阀3自动关闭，停止充装。

本发明实施例改变了当前二氧化碳致裂器的充装工艺，在二氧化碳致裂器安装在钻孔内之后再进行充装更加安全；进一步地，由于该二氧化碳致裂器为一次性使用，避免了回收工序，在一定程度上可以提高施工效率。

为了便于后续的爆破工序，可以将接线柱7的第一端连接于矿用隔爆型发爆器10上，以通过所述发爆器10起爆二氧化碳致裂器。

在二氧化碳致裂器在钻孔中安装好之后，所述方法还包括步骤S4、利用所述发爆器10引爆纸管8内的电点火头9，利用电点火头9释放的热能使管体1内的液态二氧化碳瞬间气化，管内压力随之升高。

S5、当压力达到管体1＝侧壁设置的切缝槽的抗剪强度极限时，切缝槽被剪切破坏，高能高压的二氧化碳气体沿着所述切缝槽释放，形成线性的切割气流，按照预定的方向切割煤岩体，实现定向断裂爆破。

可以理解的是，切缝槽处的抗剪强度相对主管侧壁其余位置处较低，管体1内压力在达到切缝槽的抗剪强度极限时，切缝槽被破坏，气流从破坏的切缝槽处沿切缝向外冲击，形成线性的切割气流作用于岩体上。

本发明实施例中，通过采用设置的单侧切缝槽线性泄能，改变当前的泄能端点状泄能的方式，可以形成定向断裂控制爆破的效果，进而减少围岩不必要的损伤，从而改善爆破效果。

需要说明的是，在本文中，各个实施例之间描述的方案的侧重点不同，但是各个实施例又存在某种相互关联的关系，在理解本发明方案时，各个实施例之间可相互参照；另外，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。