我国对二氧化碳致裂器的使用和研究多在煤矿领域,近年来,二氧化碳致裂器的应用逐渐扩展到了露天破岩领域,由于缺乏相应的理论研究,致使该设备在露天破岩领域的应用受到了一定的限制。本文在基于国内学者对二氧化碳致裂器在煤矿领域应用和理论研究的基础上,分别采用了理论分析,现场实验和数值模拟三种手段,对二氧化碳致裂器在露天破岩领域的作用机理和施工参数优化进行了研究,完善了该设备在露天破岩领域的理论基础,提高了该设备的生产效率。首先,在大量阅读和总结国内外研究成果的基础上,分别从现有的岩石爆破破碎理论、二氧化碳致致裂器对孔壁压力分析、二氧化碳致裂器的能量分析以及二氧化碳致裂器的岩石裂隙扩展规律四个方面研究了二氧化碳致裂器的致裂能力和作用机理,得出其岩石破碎机理类似于集中装药,致裂时产生的冲击波和高压二氧化碳气体对岩石的裂隙扩展起到了主要作用。其次,从设备、法律法规、施工流程等方面介绍了二氧化碳致裂器系统,并通过现场四次不同特点的现场实验观察了岩石裂隙分布规律,岩石位移规律,气体逃逸路径等,得出二氧化碳致裂器的致裂岩石产生的裂隙与垂直临空面有关,岩石的裂隙多为张拉裂隙,致裂产生大块率较高等结论。然后,利用颗粒离散元(PFC5.0)数值模拟软件对二氧化碳致裂器在岩石中致裂过程进行数值模拟,建立了两种岩体数值模型,并设置了膨胀颗粒模拟致裂,观察岩石致裂过程中的裂隙发展规律,对实验中的致裂现象进行验证,得到垂直临空面在二氧化碳致裂器的致裂效果起减小岩石夹制作用和提供位移空间的作用,当岩石无原生裂隙时,在二氧化碳致裂器生成岩石裂隙发展主要在喷射孔附近,较难达到临空面。最后,总结前期的基础理论,现场试验结果以及数值模拟结果提出二氧化碳致裂器在露天破岩领域的作用机理,在二氧化碳致裂器作用下,岩石前期主要受冲击波影响,中后期气体的准静态作用对岩石裂隙的扩展起到了主要作用,而后期岩石产生应力跌落也帮助了裂隙尖端细观裂隙的发展。根据全文的研究成果从创造临空面、二次致裂、致裂参数以及施工流程四方面对二氧化碳致裂器在露天破岩领域的应用提出建议。