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。

参看图1至图4所示，本发明实施例提供的沿钻孔轴向多孔对称泄能切缝二氧化碳致裂器，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控制场合中。

参看图1及图2所示，所述装置包括：主管100、充装头200及发热棒300，所述充装头200连接在所述主管100的第一端，具体的，所述主管100为特种钢材制作的管体，其抗拉强度至少为600MPa；主管100与充装头200之间采用螺纹连接，可重复组装拆卸。

在所述充装头200上设有用于向主管100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针阀201；其中，针阀201(Needle valve)为一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节流量，所述针形阀塞一般用经过淬火的钢制长针制作，而阀座是用锡、铜等软质材料制成。阀针与阀座间的密封是依靠其锥面紧密配合达到的。所述阀针的锥度有1:50和60°锥角两种，本实施例中所述阀针的锥度选择60°。

所述充装头200上与所述充装通道轴向并行还设有安装通孔，所述发热棒300的第一端设于所述安装通孔中，所述发热棒300的第二端设于所述主管100内，所述发热棒300与所述主管100的内壁之间具有空腔101，在所述空腔101内充装有液态二氧化碳，所述发热棒300用于为液态二氧化碳气化提供热能，在所述发热棒300的第一端还设有接线柱301。

所述主管100的侧壁上至少设有一组泄能孔110，每组泄能孔110包括多个沿主管100轴向间隔设置的多个泄能孔110，且多个泄能孔110轴向共线设置，以达到类似轴向切缝定向释放能量的目的，实现沿钻孔轴向上朝向钻孔内壁定向爆破的效果。

在一些实施例中，多个沿主管100轴向间隔设置的多个泄能孔110之间等距设置；所述泄能孔110可以为圆孔、长方槽孔或圆头长方槽孔等。

当致裂器启动时，主管100内高能高压的二氧化碳气液混合体(流体)从每个泄能孔110内同时向外释放，沿着致裂器管体的轴向形成了连贯的线性的切割射流，均匀的作用于孔壁，这种利用控制爆破应力场的分布和爆生气体对介质的准静态作用的方式，达到控制被爆破介质的破碎程度及开裂方向、能够较为有效的保护围岩的目的，具有成型好，能够减少被保护岩石损伤的优点；而且射流直接作用于煤岩体，煤岩体与致裂器外壁之间的缝隙较小，二氧化碳气液混合体携带的能量沿程损失较小，可以解决传统泄能头能量无序释放导致快速衰减的问题。

相比于在二氧化碳致裂器端头设置泄能孔110的结构，本发明实施例提供的沿钻孔轴向多孔对称泄能切缝二氧化碳致裂器，通过对致裂器本身结构进行改进，在所述主管100的侧壁上至少设有一组泄能孔110，每组泄能孔110包括多个沿主管100轴向间隔设置的多个泄能孔110，且多个泄能孔110轴向共线设置。这样，不仅减少了泄能头，而且在发热棒300加热空腔101内的液态二氧碳至预定压力时，高压二氧化碳气液混合射流沿多个共线设置的泄能孔110向外释放，形成沿钻孔轴向定向切缝的定向切割煤岩体的目的，实现岩体的定向断裂控制爆破，从而减少围岩不必要的损伤，改善爆破效果。

继续参看图2所示，在一些实施例中，所述主管100的侧壁上设有两组所述泄能孔110，该两组泄能孔110关于主管100的轴剖面对称设置。在实施爆破时，本实施例中的二氧化碳致裂器放入钻孔时，应将致裂器的主管100上两侧对称的泄能孔110朝向预先设计的切割方向放置，当致裂器启动后，沿两侧对称的泄能孔110释放高压二氧化碳气液混合射流，达到定向切割煤岩体的目的。

继续参看图2及图3所示，所述泄能孔110中还设有定压剪切片111；当主管100内的液态二氧化碳达到定压剪切片111的阈值压力时，所述定压剪切片111会被高压剪切损坏，从而打开泄能孔110的通道，释放高压二氧化碳气液混合射流，达到定向切割煤岩体的目的；其中，所述定压剪切片的外轮廓形状与泄能孔110的内轮廓形状一致。

参看图3所示，所述泄能孔110为阶梯孔，至少包括第一阶孔112及与第一阶孔112相连的第二阶孔113，所述第一阶孔112的第一端位于或靠近所述主管100的外壁，所述第一阶孔112管的第二端与所述第二阶孔113的第一端相连，所述第二阶孔113的第二端位于所述主管100的内壁；所述第一阶孔112的直径大于所第二阶孔113的直径，所述定压剪切片111设于所述第一阶孔112的第二端，固定于所述第二阶孔113的第一端端面上。本实施例中，通过将泄能孔110设置成台阶状结构，贴近主管100内壁的部分孔径小，靠近主管100外壁的部分孔径大，方便在泄能孔110中安装定压剪切片111等零件。

在又一些实施例中，在所述定压剪切片111与所述第二阶孔113的第一端端面之间还设有密封垫片114，在未启动致裂器前，用于保证主管100内部的密封性。

具体地，所述第一阶孔112的内壁上设有螺纹，在所述第一阶孔112中设有中空压紧螺母115，所述中空压紧螺母115与所述螺纹配合旋接于所第一阶孔112中，抵接于所述定压剪切片111上将定压剪切片111固定。

本实施例中，定压剪切片111、中空压紧螺母115和密封垫的尺寸均相对较小，组装过程也比传统二氧化碳致裂器更加简单，易于操作。

另外，可以理解的是，第二阶孔113厚度太大，留给第二阶孔113上部分的空间就被占用，不利于定压剪切片111和中空压紧螺母115的安装；如第二阶孔113厚度太小，在爆破过程中易损坏第二阶孔113，造成主管100报废，不利于回收再利用。由于第二阶孔113的厚度厚度与致裂器的最大爆破压力有关，因此，可以根据致裂器的最大爆破压力确定第二阶孔113的厚度。

在一些实施例中，第二阶孔113的厚度+密封垫片114的厚度+定压剪切片111的厚度+中空压紧螺母115的厚度≤主管100厚度。这样确保致裂器在送入钻孔时不会发生刮钻孔壁的现象。

可以理解的是，主管100上的泄能孔110相当于高压射流的喷嘴，喷嘴直径的大小决定了射流的作用面积和射流的作用时间，进而影响射流的强度和衰减速度，在一些泄能孔110的形状结构中，可近似看成圆柱型喷嘴，其出入口直径大小基本相同，出入口孔径大小差异基本可忽略不计。在一些实施例中，泄能孔110孔径的确定方式为:

根据以下公式计算确定出所述泄能孔110的截面积：

式中：A-泄能孔的截面积,m²；

M-致裂器内充装的二氧化碳质量，kg；

ρ-喷出的二氧化碳气液混合体密度，kg/m³；

T-喷出的二氧化碳气液混合体温度，℃；

V-喷出的二氧化碳气液混合体速度，m/s；

在计算得到所述截面积A之后，根据圆的面积公式，所述泄能孔110的直径根据所述截面积A计算得到。

当所述泄能孔110为前述实施例中的阶梯状孔时，所述泄能孔110的直径替换为泄能孔110的第一阶孔112的直径，仍旧可根据前述公式确定第一阶孔112的截面积，并进而得到其直径。

本实施例中，提供了一种具体的确定泄能孔110直径的解决方案，根据上述计算公式得到泄能孔110的截面积，进而再得出泄能孔110的直径，为本发明泄能孔110的设计提供关键技术参数，使本发明在应用时发挥最大效能，为定向断裂控制爆破提供装备支撑和技术支持。

继续参看图2所示，在一些实施例中，所述发热棒300包括底座302及设置于所述底座302上的纸管303，所述纸管303设于所述主管100腔体内，在所述纸管303内充装有发热剂304，所述纸管303内还设有点火头305；所述点火头305为电点火头，便于起爆控制。

所述发热棒300的底座302旋合在所述充装头200的安装通孔中，所述底座302上预留有孔道，所述接线柱301安装于所述孔道中，并延伸于所述纸管303内与所述点火头305连接。所述发热剂304为在某种温度条件下，发生化学反应时能放出热量的混合料，其成分可以采用在售的发热剂304成品；优选地，本实施例中的发热剂304主要由高氯酸铜或高氯酸镁等组成。

当电点火装置点火后，引燃发热剂304，发热剂304高速燃烧，给液态二氧化碳气化提供热量，可以使管内压力急剧升高，以快速得到破坏泄能孔110中的定压剪切片111的所需的气体压力。

本发明实施例提供的沿钻孔轴向多孔对称泄能切缝二氧化碳致裂器，通过在致裂器管壁轴向开多个泄能孔110，可以使高能高压的气体沿着轴向开设的多个泄能孔110定向释放高能高压二氧化碳气液混合体，形成连贯的线性切割射流，达到定向断裂控制爆破的目的；进一步地，减少了传统二氧化碳致裂器的泄能头，使结构简单，且成本低；进一步地，本发明实施例的二氧化碳致裂器的主体部分基本可重复使用，降低了爆破成本。

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。