一种CO2致裂装置的制作方法

一种co2致裂装置
技术领域
1.本实用新型涉及液态气体致裂设备技术领域，具体而言，涉及一种co2致裂装置。


背景技术：

2.co2致裂设备利用液态co2受热气化膨胀，然后快速释放高压co2来达到破岩石或落煤的目的。现有技术中，co2致裂设备有两种类型，第一种是传统泄能片型，主要由充装头、发热剂(或活化器)、储液罐、泄能片和泄能头组成，其中储液罐为壁厚20mm左右的钢管，在使用时，先在施工目的地向储液罐灌注液态co2，然后通过导向杆将致裂设备送入钻孔，并利用砂砾填实，最后连接控制设备进行爆破，并且储液罐可重复使用。第二种是一次性耗材致裂设备，主要由充装口、发热剂和储液罐组成，在使用时，先在施工目的地向储液罐灌注液态co2，通过导向杆将致裂设备送入钻孔，然后填塞砂砾并振捣密实，最后连接控制设备进行爆破。
3.上述两种类型的co2致裂设备在使用过程中，都利用砂砾对放入钻孔的该设备进行填塞并振捣密实，但是，在液态co2受热气化膨胀过程中，由于对放入钻孔的co2致裂设备进行了简单的砂砾填塞，砂砾层与钻孔之间的摩擦力较小，当co2致裂设备所受向上推力大于封堵材料与钻孔内壁之间的摩擦力时，易出现飞管安全事故。另外，上述两种类型的co2致裂设备均采用先向储液罐内灌注液态co2，再向钻孔放置co2致裂设备，灌注液态co2后的co2致裂设备在储运及安装过程中，易出现储液罐爆裂的安全事故。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种co2致裂装置，用以解决现有技术中，co2致裂装置在安装和爆破过程中，易出现安全事故的技术问题。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：
6.本实用新型实施例提供一种co2致裂装置，包括：储液罐上盖和储液罐，储液罐的开口与储液罐上盖的一端密封套接，储液罐内用于容置发热剂和液态co2，储液罐内设置有导线，导线的一端与发热剂连接、另一端伸出储液罐用于与控制爆破设备连接，在储液罐上盖上开设有通孔，单向阀门组件的一端通过通孔与储液罐连通、另一端与中空连接杆密封连接，中空连接杆上还套设有自锁组件，单向阀门组件伸出于储液罐上盖的部分容置于自锁组件内。
7.可选地，储液罐为柔性罐体。
8.可选地，还包括依次设置在储液罐上盖和自锁组件之间的橡胶垫和压板，单向阀门组件的另一端穿过橡胶垫和压板与中空连接杆密封连接，储液罐内的气压升高以推动储液罐上盖挤压橡胶垫横向扩张。
9.可选地，自锁组件包括相互配合的限位块和椎体栓塞，限位块内开设有与椎体栓塞外壁对应的锥形孔，且锥形孔的大端朝向储液罐上盖，限位块包括多个扇形限位块，多个扇形限位块沿椎体栓塞的周向设置，通过椎体栓塞在锥形孔内运动，以推动多个扇形限位
块沿背离锥形孔的方向运动。
10.可选地，限位块的外壁周向设置有多个锯齿圆环。
11.可选地，储液罐上盖包括同轴设置的储液罐上盖外环、储液罐上盖内环、储液罐上盖内环堵头、楔形截面圆环和压环，储液罐上盖内环堵头朝向钻孔底部的一侧与发热剂固定连接，储液罐上盖内环开设有阶梯通孔，阶梯通孔的大端固定套设在储液罐上盖内环堵头上、小端与单向阀门组件的出口连通，储液罐上盖内环堵头的边缘开设有注液孔，注液孔与储液罐连通，储液罐上盖外环套设在储液罐上盖内环外壁上，且储液罐上盖外环的外壁呈楔形，楔形截面圆环和压环分别套设在储液罐上盖外环上，柔性罐体的开口端位于储液罐上盖外环外壁和楔形截面圆环的内壁之间。
12.可选地，单向阀门组件包括依次设置的充液嘴、球体和弹簧，充液嘴的一端穿过橡胶垫和压板与中空连接杆密封连接、另一端与阶梯通孔的小端连通，弹簧固定设置在储液罐上盖内环堵头背离发热剂的一侧，球体位于充液嘴和弹簧之间，且与阶梯通孔的小端抵接，以密封阶梯通孔的小端。
13.可选地，单向阀门组件为单向阀，单向阀朝向阶梯通孔的大端导通。
14.可选地，中空连接杆朝向储液罐上盖的一端相对设置有两个限位槽，限位槽包括相互垂直且连通的横向槽和纵向槽，纵向槽与中空连接杆的延伸方向平行，充液嘴背离储液罐上盖的一端相对设置有两个限位柱，两个限位柱分别通过纵向槽插设于横向槽内，以使中空连接杆与充液嘴可拆卸连接。
15.可选地，还包括传力柱、钢板和螺母，钢板用于盖设在钻孔的开口上，传力柱位于钢板和限位块之间，中空连接杆远离充液嘴的一端外壁设置有外螺纹，中空连接杆通过钢板和传力柱伸入自锁组件，伸出钻孔的中空连接杆与螺母螺纹连接。
16.本实用新型实施例的有益效果包括：
17.本实用新型实施例提供的一种co2致裂装置，该装置包括：储液罐上盖和储液罐，储液罐的开口与储液罐上盖的一端密封套接，储液罐内用于容置发热剂和液态co2，储液罐内设置有导线，导线的一端与发热剂连接、另一端伸出储液罐用于与控制爆破设备连接，在储液罐上盖上开设有通孔，单向阀门组件的一端通过通孔与储液罐连通、另一端与中空连接杆密封连接，中空连接杆上还套设有自锁组件，单向阀门组件伸出于储液罐上盖的部分容置于自锁组件内。本实施例中的气体致裂装置先安装在钻孔内，然后通过中空连接杆向储液罐内通入液体co2，在中空连接杆和储液罐之间设置有单向阀门组件，单向阀门组件使得从中空连接杆通入的液态co2能够进入至储液罐内，而储液罐内的co2无法逆向进入中空连接杆内，从而能够有效减低co2致裂装置在运输和安装过程中的危险性，另外，通过在中空连接杆上套设有自锁组件，自锁组件能够对容置于钻孔内的储液罐进行封堵，以代替现有技术中通过砂砾填塞并振捣密实以封堵储液罐，由于砂砾层与钻孔内壁之间的摩擦力较小，在储液罐内的液态co2受热气化膨胀过程中，易出现飞管安全事故，而本实施例中，采用自锁组件对储液罐进行封堵，自锁组件能与钻孔内壁相互封锁，不会出现相对移动，能够有效降低液体co2吸热膨胀过程中发生飞管安全事故的可能性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用
的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的co2致裂装置的结构示意图；
20.图2为本实用新型图1中a
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a剖视图；
21.图3为本实用新型图1中b处的放大示意图；
22.图4为本实用新型实施例提供的co2致裂装置中中空连接杆的结构示意图。
23.图标：100
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co2致裂装置；111
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阶梯通孔；112
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储液罐上盖；1121
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储液罐上盖内环；1122
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储液罐上盖外环；113
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储液罐上盖内环堵头；114
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楔形截面圆环；115
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注液孔；116
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压环；120
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储液罐；121
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发热剂；131
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弹簧；132
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球体；133
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充液嘴；1331
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限位柱；1332
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密封圈；140
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自锁组件；141
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限位块；1411
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扇形限位块；142
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椎体栓塞；143
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橡皮筋；151
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压板；152
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橡胶垫；160
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中空连接杆；161
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螺母；162
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传力柱；163
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钢板；164
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限位槽；1641
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横向槽；1642
‑
纵向槽；200
‑
钻孔。
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
25.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
26.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。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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实用新型中的具体含义。
28.图1为本实用新型提供的co2致裂装置100的结构示意图，请参照图1，本实用新型实施例提供一种co2致裂装置100，包括：储液罐上盖112和储液罐120，储液罐120的开口与储液罐上盖112的一端密封套接，储液罐120内用于容置发热剂121和液态co2，储液罐120内设置有导线，导线的一端与发热剂121连接，另一端伸出储液罐120用于与控制爆破设备连接，在储液罐上盖112上开设有通孔，单向阀门组件的一端通过通孔与储液罐120连通、另一端与中空连接杆160密封连接，中空连接杆160上还套设有自锁组件140，单向阀门组件伸出于储液罐上盖112的部分容置于自锁组件140内。
29.储液罐120用于容置发热剂121和液态co2，导线一端与发热剂121连接、另一端伸出钻孔200外用于与控制爆破设备连接，当需要爆破时，控制爆破设备通过导线使得发热剂
121发热，从而使得液态co2吸热迅速膨胀，达到破碎岩体的目的。
30.自锁组件140用于将自锁组件140下方的储液罐120以及储液罐120内的co2封锁在自锁组件140和钻孔200形成的空间内。即就是，在储液罐120内的液态co2受热气化膨胀过程中，co2的压力小于自锁组件140与钻孔200内壁之间的摩擦力，因此，能够有效降低因co2受热膨胀而发生飞管安全事故的可能性。
31.单向阀门组件能单向导通，以使液态co2能够通过中空连接杆160进入储液罐120内，但是，储液罐120内的气体无法通过单向阀门组件通入至导入杆。
32.例如，液态co2，当储液罐120内的液态co2吸热膨胀后，储液罐120内的压力快速增大至200
‑
300mpa，强大的压力可对岩石进行爆破。在本实施例中，实现爆破功能的是液态co2，并不限于此，在其他实施例中，还可以是其他能够受热膨胀的气体。
33.由上所述，该装置包括：储液罐上盖112和储液罐120，储液罐120的开口与储液罐上盖112的一端密封套接，储液罐120内用于容置发热剂121和液态co2，储液罐120内设置有导线，导线的一端与发热剂121连接、另一端伸出储液罐120用于与控制爆破设备连接，在储液罐上盖112上开设有通孔，单向阀门组件的一端通过通孔与储液罐120连通、另一端与中空连接杆160密封连接，中空连接杆160上还套设有自锁组件140，单向阀门组件伸出于储液罐上盖112的部分容置于自锁组件140内。本实施例中的co2致裂装置100先安装在钻孔200内，然后通过中空连接杆160向储液罐120内通入液体co2，从而能够有效减低co2致裂装置100在运输和安装过程中的危险性。在中空连接杆160和储液罐120之间设置有单向阀门组件，单向阀门组件使得从中空连接杆160通入的液态co2能够进入至储液罐120内，而储液罐120内的co2无法逆向进入中空连接杆160内。另外，通过在中空连接杆160上套设有自锁组件140，自锁组件140能够对容置于钻孔200内的储液罐120进行封堵，以代替现有技术中通过砂砾填塞并振捣密实以封堵储液罐120，由于砂砾层与钻孔200内壁之间的摩擦力较小，在储液罐120内的液态co2受热气化膨胀过程中，易出现飞管安全事故，而本实施例中，采用自锁组件140对储液罐120进行封堵，自锁组件140能与钻孔200内壁相互封锁，不会出现相对移动，能够有效降低液体co2吸热膨胀过程中发生飞管安全事故的可能性。
34.可选地，储液罐120为柔性罐体。
35.柔性罐体质量轻，液态co2进入柔性罐体，柔性罐体变形并与钻孔200内壁紧密接触，同时推动柔性罐体以上的储液罐上盖、橡胶垫152、压板151等向上运动，在向上运动过程中，自锁组件140封堵，使得自锁组件140下方的橡胶垫152和压板151无法继续向上运动，在co2压力和自锁组件140的反向作用力下，橡胶垫152横向变形以对钻孔200进行密封，同时，柔性罐体还能提高钻孔200空间的利用率。
36.可选地，co2致裂装置100还包括依次设置在储液罐上盖112和自锁组件140之间的橡胶垫152和压板151，单向阀门组件的另一端穿过橡胶垫152和压板151与中空连接杆160密封连接，储液罐120内的气压升高以推动储液罐上盖挤压橡胶垫152横向扩张。
37.由上述可知，储液罐120为柔性罐体。自锁组件140可与钻孔200内壁抵接后，使得自锁组件140无法在相对于钻孔200内壁移动。示例地，首先调节自锁组件140相对于钻孔200内壁的位置，以使自锁组件140与钻孔200内壁之间锁死，再向中空连接杆160内通入液态co2，液态co2经过单向阀门组件进入储液罐120内，然后控制爆破设备通过导线控制发热剂121发热，以使储液罐120内的co2吸热快速膨胀，储液罐120内的压力快速上升至200
‑
300mpa，储液罐120内强大的压力能够推动储液罐上盖112朝向钻孔200的开口方向运动，强大的压力通过推动储液罐上盖112向橡胶垫152施加作用力，使得橡胶垫152横向扩张，但是，由于自锁组件140不会发生移动，如此，强大压力的作用力通过压板151反向施加在橡胶垫152上，使得橡胶垫152被压缩，使其横向扩张，直至橡胶垫152的外缘与钻孔200的内壁完全抵接，以实现对橡胶垫152下方的空间进行密封的目的。这样一来，既能有效降低飞管事故发生的可能性，又能防止液态co2在膨胀过程中出现co2泄漏。
38.请结合参照图1和图2，可选地，自锁组件140包括相互配合的限位块141和椎体栓塞142，限位块141内开设有与椎体栓塞142外壁对应的锥形孔，且锥形孔的大端朝向储液罐上盖112，限位块141包括多个扇形限位块1411，多个扇形限位块1411沿椎体栓塞142的周向设置，通过椎体栓塞142在锥形孔内运动，以推动多个扇形限位块1411沿背离锥形孔的方向运动。
39.限位块141包括多个扇形限位块1411，应理解，多个扇形限位块1411是指两个或者两个以上的扇形限位块1411。
40.多个扇形限位块1411的外壁与钻孔200内壁抵接，在co2压力推动椎体栓塞142朝向钻孔200的开口方向运动时，椎体栓塞142在限位孔内向上运动，在椎体栓塞142向上运动的过程中，多个扇形限位块1411均沿背离锥形孔的方向运动，即就是，多个扇形限位块1411在椎体栓塞142的抵压下，向外扩散，由于钻孔周边岩石的限制，从而导致限位块141很难相对钻孔200内壁发生移动。
41.示例地，请结合参照图1和图2，扇形限位块1411有三个，三个扇形限位块1411的外壁两端分别通橡皮筋143束缚，以防散开，在向中空连接杆160通入液态co2之前，先调节限位块141的位置，使得三个扇形限位块1411的外壁与钻孔200的内壁完全抵接，并且椎体栓塞142的外壁与锥形孔的内壁紧密相贴，这样一来，液态co2吸收膨胀过程中产生的压力对椎体栓塞142的推动距离较小，整个装置的稳定性更高。
42.请参照图1，可选地，限位块141的外壁周向设置有多个锯齿圆环，有效增大了限位块141外壁与钻孔200内壁之间的摩擦力，从而提高了自锁组件140对钻孔200封堵效果。
43.可选地，储液罐上盖112包括同轴设置的储液罐上盖外环1122、储液罐上盖内环1121、储液罐上盖内环堵头113、储液罐上盖112和楔形截面圆环114及压环116，储液罐上盖内环堵头113朝向钻孔200底部的一侧与发热剂121固定连接，储液罐上盖内环1121开设有阶梯通孔111，阶梯通孔111的大端固定套设在储液罐上盖内环堵头113上、小端与单向阀门组件的出口连通，储液罐上盖内环堵头113的边缘开设有注液孔115，注液孔115与储液罐120连通，储液罐上盖外环1122套设在储液罐上盖内环1121的外壁上，且储液罐上盖外环1122外壁呈楔形，楔形截面圆环114和压环116分别套设在储液罐上盖外环1122外壁上，柔性罐体的开口端位于储液罐上盖外环1122的外壁和楔形截面圆环114的内壁之间。
44.具体地，请参照图1，储液罐上盖112包括储液罐上盖内环1121和储液罐上盖外环1122，其中，储液罐上盖内环1121的外壁与储液罐上盖外环1122的内壁之间螺纹连接，在储液罐上盖内环1121上开设有阶梯通孔111，其中，储液罐上盖内环堵头113位于阶梯通孔111的大端处，并与阶梯通孔111的大端螺纹连接，在储液罐上盖内环堵头113朝向储液罐120的一侧固定连接设置有发热剂121，在储液罐上盖内环堵头113的边缘处开设有多个注液孔115，并且，发热剂121位于多个注液孔115之间，以防在向储液罐120内加入液态co2时，对发
热剂121结构造成破坏以致发热剂121失效。在储液罐上盖内环堵头113背离所述储液罐120的一侧设置有弹簧131座，在弹簧131座上固定设置有弹簧131，弹簧131的另一端上的球体132与阶梯通孔111的小端抵接，以使储液罐120内的co2不能通过阶梯通孔111进入中空连接杆160内，另外，阶梯通孔111和注液孔115形成通孔。储液罐上盖外环1122外壁呈楔形，储液罐上盖外环1122的大端朝向储液罐120的方向设置、小端背离储液罐120的方向设置，储液罐120为柔性罐体，柔性罐体的灌口套设在储液罐上盖外环1122的大端处，在储液罐上盖外环1122上还依次套设有楔形截面圆环114和压环116，压环116与储液罐上盖外环1122螺纹连接，压环116抵紧楔形截面圆环114以使柔性罐体与储液罐上盖外环1122之间密封固定连接。
45.请结合参照图1和图3，可选地，单向阀门组件包括依次设置的充液嘴133、球体132和弹簧131，充液嘴133的一端穿过橡胶垫152和压板151与中空连接杆160密封连接、另一端与阶梯通孔111的小端连通，弹簧131固定设置在储液罐上盖内环堵头113背离发热剂121的一侧，球体132位于充液嘴133和弹簧131之间，且与阶梯通孔111的小端抵接，以密封阶梯通孔111的小端。
46.具体地，中空连接杆160朝向充液嘴133一端的内壁上安装密封圈1332，密封圈1332用于使充液嘴133与中空连接杆160的内壁密封连接。球体132位于充液嘴133与弹簧131之间，当液态co2通过中空连接杆160向储液罐120通入时，气体的压力会将抵接在阶梯通孔111处的球体132推开，以使液态co2通过阶梯通孔111的小端进入阶梯通孔111的大端，并通过注液孔115进入储液罐120内，当液态co2通入完毕时，弹簧131的弹力推动球体132抵接在阶梯通孔111的小端，以密封阶梯通孔111。
47.可选地，单向阀门组件为单向阀，单向阀朝向阶梯通孔111的大端导通。单向阀能使液态co2通入储液罐120内，不能使储液罐120内的气体进入中空连接杆160内，并且，单向阀为耐高压单向阀。
48.请参照图4，可选地，中空连接杆160朝向储液罐上盖的一端相对设置有两个限位槽164，限位槽164包括相互垂直且连通的横向槽1641和纵向槽1642，纵向槽1642与中空连接杆160的延伸方向平行，充液嘴133背离储液罐上盖的一端相对设置有两个限位柱1331，两个限位柱1331分别通过纵向槽1642插设于横向槽1641内，以使中空连接杆160与充液嘴133可拆卸连接。
49.具体地，当储液罐上盖112、充液嘴133、以及橡胶垫152和压板151装好之后，向充液嘴133上套设中空连接杆160，中空连接杆160的一端开设有限位槽164，限位槽164包括相互垂直且连通的横向槽1641和纵向槽1642，设置在充液嘴133上的两个限位柱1331分别从中空连接杆160的端部的纵向槽1642的一端进入，当限位柱1331到达纵向槽1642的另一端时，转动中空连接杆160，使两个限位柱1331分别进入横向槽1641，以使中空连接杆160与充液嘴133固定连接，当向储液罐120内完成液态气体通入时，通过转动中空连接杆160，使得充液嘴133上的限位柱1331移动至纵向槽1642，便于将中空连接杆160拆卸下来。
50.可选地，co2致裂装置100还包括传力柱162、钢板163和螺母161，钢板163用于盖设在钻孔200的开口上，传力柱162位于钢板163和限位块141之间，中空连接杆160远离充液嘴133的一端外壁设置有外螺纹，中空连接杆160通过钢板163和传力柱162伸入自锁组件140，伸出钻孔200的中空连接杆160与螺母161螺纹连接。
51.当储液罐120内液态气体通入完毕时，松动螺母161并转动中空连接杆160，使中空连接杆160与充液嘴133上限位柱1331脱离接触，然后，将螺母161、中空连接杆160、传力柱162取下来，进行控制爆破，爆破过程中，只损坏了柔性罐体和发热剂121，其他的部件不会被损坏，可重复利用。
52.另外，当发热剂121因意外失效不能导致储液罐120破裂时，可以通过在原钻孔200旁边另行钻孔并安放致裂设备，在此致裂岩体，原co2致裂设备中的柔性罐体将会因围压力解除而自动爆裂，进一步提高了co2致裂设备出现意外时的安全性。
53.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。