具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图3，本实施例提供一种岩体开挖装置10，包括罐体11以及设置在罐体11内部的激发管12，罐体11的内壁沿罐体11的轴线方向开设有切槽13，罐体11用于存放液态二氧化碳，激发管12在通电状态下将液态二氧化碳变为超临界二氧化碳，罐体还与定位机构连接，定位机构用于将罐体固定在钻孔内。

激发管12设置在罐体11的内部，当罐体11内部充满液态二氧化碳时，激发管12浸泡在液态二氧化碳中，激发管12在通电后会瞬间产生高温(800℃以上)将液态二氧化碳变为超临界二氧化碳，该过程会在罐体11内产生高压。由于罐体11内壁设有切槽13，切槽13的存在降低了罐体11在切槽13处的强度，当罐体11内部处于高压状态时，罐体11会在切槽13处破裂，超临界二氧化碳由罐体11内快速释放冲击钻孔孔壁，并发生相变气化，其体积瞬间膨胀600-700倍，作用在周边岩体上，致使岩体开裂。该岩体开挖装置10能够定向、集中释放能量，有效提高了破岩效率，还能减少对拟保留岩体的损伤，解决了现有技术中二氧化碳相变破裂技术由于能量较小导致的破岩能力不足的技术问题。定位机构的设置能够将罐体固定在钻孔内，防止罐体破裂时整个开挖装置飞出钻孔外，出现安全事故。

在本实施例中，罐体11为内部中空的壳体，其形状和大小不作限定，切槽13设置在罐体11的内壁上并沿罐体11的轴线方向延伸。切槽13的深度、长度和截面形状不作限定，只要不破坏罐体11本身的密封且能降低罐体11在切槽13处的强度即可。应理解，切槽13的深度过浅无法明显降低罐体11在切槽13处的强度，无法保证能量被定向、集中释放，切槽13的深度过深则会导致罐体11在切槽13处的强度过低，在罐体11内部的能量还没有积聚完成之前提早将能量释放，破岩效果不好，故可以根据破岩的效率进行合理的选择。切槽13的长度和位置则可以根据破岩的位置、面积进行合理的选择。示例地，切槽13的深度为罐体11壁厚的1/5、长度为罐体11长度的1/3、起始位置在罐体11内壁长度方向的1/3处。切槽13的设置用于降低罐体11的强度，其截面形状可以为V形、方形、半圆形等，只要能够实现其作用即可。

激发管12是将液态二氧化碳变为超临界二氧化碳的器件，其具体结构和组成不作限定。示例地，激发管12包括管体、密封在管体内的药剂以及一端浸泡在药剂内部的导线，导线在通电后会激发管12体内的药剂，药剂发生化学反应放出的热量使液态二氧化碳高于其相变温度31.4℃变为超临界二氧化碳并产生200MPa以上峰值压力。

综上所述，该岩体开挖装置10包括罐体11以及设置在罐体11内部的激发管12，罐体11的内壁沿罐体11的轴线方向开设有切槽13，罐体11用于存放液态二氧化碳，激发管12在通电状态下将液态二氧化碳变为超临界二氧化碳，罐体还与定位机构连接，定位机构用于将罐体固定在钻孔内。上述岩体开挖装置10能够定向、集中释放能量，具有较高的安全性和较强的破岩能力，能有效提高了破岩效率，还能减少对拟保留岩体的损伤。

可选地，罐体11的外壁设有与切槽13相对应的标记，标记用于指示切槽13的位置。

切槽13设置在罐体11的内部，若罐体11由非透明材质制成，在使用过程中，技术人员无法从罐体11的外部识别切槽13的位置，进而无法确定该岩体开挖装置10的能量会由何处释放。因此，在罐体11的外壁上设置与切槽13相对应的标记，标记可以指示切槽13的位置(可以为切槽13的起始位置、终止位置或切槽13在罐体11圆周方向的设置位置)，技术人员在预埋该岩体开挖装置10时，将标记正对开挖岩体的临空面即可保证能量朝临空面释放，保证破岩效果，提高破岩效率。

请参照图1和图4，可选地，定位机构包括通过罐体11底部与罐体11的内腔连通的底座21以及设置在底座21上的定位销22，底座21的侧壁上设有定位孔211，定位销22的底部伸入定位孔211内并将定位孔211密封，定位销22的顶部的直径大于定位孔211的直径，以防止定位销22脱离底座21。

罐体11的底部设有开口，底座21为顶部开口且内部具有容纳腔的结构，容纳腔内设有定位销22，定位销22为底部小顶部大的结构，定位销22的底部能够伸入伸出定位孔211、顶部无法伸出定位孔211且能够与底座21内壁相抵持。示例地，定位销22呈T形，包括垂直连接的阻挡部221和固定部222，固定部222为直径小于或等于定位孔211的圆柱体并伸入定位孔211内，阻挡部221为直径大于定位孔211的圆柱体。

底座21与罐体11连通，罐体11中的液态二氧化碳会自动流入底座21内。在对罐体11内部充入液态二氧化碳之前，定位销22的底部位于定位孔211内部，既将定位孔211封闭，也没有伸出底座21外壁，优选地，定位销22的底面呈圆弧形，在充液前与底座21的外壁平齐。在对罐体11内部充入液态二氧化碳之后，液态二氧化碳会对定位销22的顶部产生推动作用，定位销22在液态二氧化碳的作用下，其底部由定位孔211伸出底座21，插入安置岩体开挖装置10的钻孔孔壁，将岩体开挖装置10固定，能够有效防止岩体开挖装置10冲出钻孔，出现飞管事故，因此能显著提高施工过程的安全性，此外，定位销22的设置还能够使岩体开挖装置10应用于水平破岩。

在本实施例中，对底座21与罐体11的连接方式不作限定，示例地，底座21与罐体11之间通过焊接的方式连接，或者，底座21与罐体11之间通过粘接的方式连接。

为了防止岩体开挖装置10在放入钻孔前定位销22伸出定位孔211，可选地，定位销22的侧壁上套设有第一O型圈23，第一O型圈23的外径大于定位孔211的直径，第一O型圈23与底座21的内壁相抵持。

在定位销22的侧壁上套设第一O型圈23，第一O型圈23固定在底座21的内壁上，当定位销22有伸出定位孔211的趋势时，其内圈可以对定位销22施加与定位销22运动方向相反的摩擦力，以防止定位销22在充液前移位，误伸入或伸出底座21。应理解，第一O型圈23对定位销22产生的摩擦力相对较小，只能防止充液前定位销22移位，无法阻止充液后定位销22在液态二氧化碳的作用下伸出定位孔211。同时，第一O型圈23的设置还可以将定位销22的底部与定位孔211之间的间隙密封，防止液态二氧化碳的泄露。

为了进一步防止液态二氧化碳泄露，可选地，定位销22的底部套设有第二O型圈24，第二O型圈24位于定位销22的底部与定位孔211之间，将两者之间的间隙密封。第二O型圈24的数量可以为多个，多个第二O型圈24间隔套设在定位销22的底部。

请参照图1，可选地，岩体开挖装置10还包括与罐体11内部连通的充液嘴31，充液嘴31用于向罐体11内部充入液态二氧化碳。

充液嘴31应该为具有通道的结构，充液嘴31的通道将罐体11的内腔与外部连通，使液态二氧化碳经由充液嘴31进入罐体11内部。

请参照图1和图5，可选地，岩体开挖装置10还包括与罐体11顶部连接的顶盖41以及设置在顶盖41内的内堵头42、球阀43和弹簧44，顶盖41上设有通孔411，通孔411的大径端朝向罐体11，内堵头42设置在通孔411的大径端，内堵头42上设有导流孔421，导流孔421将通孔411与罐体11连通，充液嘴31设置在通孔411的小径端，弹簧44的一端与内堵头42连接、另一端与球阀43连接，球阀43在弹簧44的作用下将通孔411分为相互隔离的两部分。

罐体11的顶部开口并与顶盖41连接，充液嘴31设置在顶盖41上，罐体11通过顶盖41和充液嘴31与外部连通。可选地，充液嘴31与顶盖41螺纹连接。通孔411为变直径且贯通顶盖41上侧和下侧的孔，球阀43在弹簧44弹力的作用下，卡在通孔411的内部，将通孔411分为相互隔离的两部分，球阀43与通孔411的小径端之间为第一空间，球阀43与通孔411的大径端之间为第二空间，充液嘴31设置在第一空间内，内堵头42、球阀43和弹簧44设置在第二空间内。

充液时，液态二氧化碳经充液嘴31进入第一空间内，推动球阀43朝向弹簧44方向运动，使第一空间和第二空间连通，液态二氧化碳进入第二空间内，然后经由内堵头42上的导流孔421进入罐体11内部。正常情况下，罐体11在爆破后，内部的液态二氧化碳被全部释放，但是，在激发管12失效的情况下，可能导致罐体11并未爆破，此时，岩体开挖装置10即成为存在安全隐患的压力容器，需要将罐体11内部的液态二氧化碳释放以避免安全事故。通过按压球阀43，使球阀43朝向弹簧44方向运动，可再次将第一空间和第二空间连通，罐体11内部的液态二氧化碳可以经由内堵头42上的导流孔421重新回到第二空间内，之后再进入第一空间，最后经由充液嘴31流出。

通过球阀43与弹簧44、通孔411的配合，使得液态二氧化碳能够双向进出罐体11，在激发管12失效的极端情况下可以安全迅速地释放罐体11内的液态二氧化碳。

在本实施例中，对通孔411的形状不作限定，只要通孔411为变直径且能够保证球阀43卡在通孔411内部时能够将通孔411分为相互隔离的两部分即可。示例地，通孔411包括第一圆柱孔、锥形孔和第二圆柱孔，第一圆柱孔与锥形孔的小径端连通，第二圆柱孔与锥形孔的大径端连通，第一圆柱孔的直径与锥形孔小径端的直径相等，第二圆柱孔的直径与锥形孔大径端的直径相等。充液嘴31的外壁呈圆柱形，通过与第一圆柱孔螺纹配合与顶盖41连接，内堵头42外壁呈圆柱形，设置在第二圆柱孔内，与第二圆柱孔螺纹连接。球阀43在仅受重力和弹簧44力时卡在第一圆柱孔和锥形孔的交界处，将第一圆柱孔与锥形孔和第二圆柱孔隔离，此时，第一圆柱孔构成了第一空间，锥形孔和第二圆柱孔构成了第二空间。

为了方便弹簧44的固定和限位，可选地，岩体开挖装置10还包括弹簧座45，内堵头42朝向球阀43的一侧设有凹槽，凹槽用于容纳弹簧座45，弹簧44设置在弹簧座45的内腔中，弹簧44在伸长和压缩的过程中，受弹簧座45内壁的限制，不会发生扭曲。

请参照图1和图6，可选地，充液嘴31包括连接部311和收紧部312，收紧部312的直径小于连接部311的直径，连接部311与通孔411的内壁螺纹连接，收紧部312位于通孔411内部，收紧部312上设有与充液嘴31内腔连通的泄压孔313。

在激发管12失效的情况下，需要按压球阀43释放罐体11内部的液态二氧化碳，充液嘴31的连接部311与通孔411的内壁螺纹连接，转动充液嘴31即可使充液嘴31相对于通孔411向下运动，进而压迫球阀43朝向弹簧44所在方向运动，使第一空间和第二空间连通。充液嘴31的收紧部312小于通孔411的直径，与通孔411之间存在间隙，液态二氧化碳可以通过该间隙和泄压孔313经充液嘴31流出后被释放。泄压孔313的数量可以为多个，均匀设置在充液嘴31收紧部312的侧壁上。

可选地，顶盖41上设有导线孔412，激发管12的导线通过导线孔412伸出罐体11外部。

激发管12设置在罐体11内部，罐体11的开口被顶盖41封住，根据激发管12的工作原理，需要外界的控制装置通过导线启动激发管12，在顶盖41上设置导线孔412，将罐体11内部的激发管12的导线引出，方便对其进行控制。

应理解，激发管12可以设置在罐体11内部的任何位置，只要能够充分激发罐体11内部的液态二氧化碳即可。示例地，激发管12通过螺钉与内堵头42连接，或者，激发管12通过螺钉与设置在内堵头42上的弹簧座45连接，使激发管12尽可能开进顶盖41，减少导线的长度。

请参照图1和图7，岩体开挖装置10在使用过程中需要先预埋在钻孔内，为了方便对已经安置好的岩体开挖装置10充液，可选地，岩体开挖装置10还包括套设在充液嘴31外壁的中空连接管51和设置在中空连接管51端部的快速接头52，快速接头52用于与二氧化碳充液机连接，中空连接管51的管壁上设有连接槽511，限位销54通过连接槽511将中空连接管51固定在充液嘴31上。

快速接头52用于与二氧化碳充液机连接，可以根据二氧化碳充液机的不同规格匹配相应的快速接头52。中空连接管51则将快速接头52与充液嘴31连通。为了方便中空连接管51与充液嘴31之间的连接和拆卸，在中空连接管51的外壁上设置连接槽511，然后将限位销54伸入连接槽511中并转动使其与充液嘴31抵持，实现中空连接管51与充液嘴31之间的固定，当需要拆卸时，只需将中空连接管51与连接时反向转动然后拔出即可，方便快捷。

中空连接管51和快速接头52的设置使得岩体开挖装置10在使用前无需灌注液态二氧化碳，只是在使用时将岩体开挖装置10放入钻孔后开始灌注液态二氧化碳，可有效地避免罐体11意外爆裂导致的安全问题。

可选地，连接槽511呈L形，包括依次连接的第一竖直部、水平部和第二竖直部，第一竖直部和第二竖直部设置在水平部的同一侧且相互平行并朝向中空连接管51的底部。示例地，连接槽511包括两个，对称设置在中空连接管51的底部。充液完成后，向下推动中空连接管51，然后转动中空连接管51，再向上提起中空连接管51即可实现中空连接管51与充液嘴31的分离。

可选地，充液嘴31和中空连接管51之间设有第三O型圈53，第三O型圈53将充液嘴31和中空连接管51之间的间隙密封，防止液态二氧化碳泄露。第三O型圈53可以为多个，多个第三O型圈53沿中空连接管51的轴向间隔设置。

可选地，中空连接杆的外壁设有与切槽13相对应的标识，标识用于指示切槽13的位置。标识的存在可以向技术人员提示预埋在钻孔内的罐体11内部切槽13的方位。

请参照图8，本实施例还提供一种岩体开挖方法，采用上述的岩体开挖装置10，方法包括：

S100：在待开挖岩体的临空面的一侧施工一排钻孔。

S200：将岩体开挖装置放入钻孔内，并使岩体开挖装置的罐体内壁的切槽朝向临空面。

S300：向罐体内部注入液态二氧化碳，用中粗砂将钻孔密封并振捣密实。

S400：通电激发岩体开挖装置的激发管，以启动岩体开挖装置。

该岩体开挖方法采用能够定向释放能量的岩体开挖装置，使得能量定向、集中作用于岩体的临空面上，有效提高了破岩效率，还能减少对拟保留岩体的损伤。

请参照图9，示例地，上述将岩体开挖装置放入钻孔内，并使岩体开挖装置的罐体内壁的切槽朝向临空面包括：

S210：将岩体开挖装置放入钻孔内。

S220：调整岩体开挖装置的中空连接杆使中空连接杆上的标识位于临空面垂直线上。

请参照图10，示例地，上述向罐体内部注入液态二氧化碳，用中粗砂将钻孔密封并振捣密实包括：

S310：将岩体开挖装置的快速接头与二氧化碳充液机连接，启动二氧化碳充液机向罐体内部充液，直至罐体内部达到预设压力。

S320：向下推动中空连接杆，转动中空连接杆，再向上拔出中空连接杆。

S330：使用中粗砂填充钻孔，并将钻孔内的中粗砂振捣密实。

请参照图11，示例地，上述通电激发岩体开挖装置的激发管，以启动岩体开挖装置包括：

S410：将激发管的导线与控制装置连接；

S420：启动控制装置，致裂岩体。

请参照图12，示例地，在激发岩体开挖装置的激发管，以启动岩体开挖装置之后，上述方法还包括：

S500：检查罐体，转动罐体完整的岩体开挖装置的充液嘴，释放完整罐体内的液态二氧化碳。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。