本发明涉及矿山井等地下水工程水害防治技术领域，特别涉及一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置。
背景技术：
为解决中东部矿区深部煤层底板承压含水层的突水威胁，许多矿企利用近水平定向钻对底板含水层进行超前区域注浆改造，而按照注浆压力的变化，该注浆过程一般分为“充填注浆”阶段、“升压注浆”阶段和“高压劈裂注浆”阶段，高压劈裂注浆阶段是注浆过程的最后阶段，其决定了整个区域注浆改造的效果，而合理的注浆压力选择却缺少理论依据，主要靠经验判断。但当压力过大时，容易造成受注岩层损伤、浆液浪费等问题；当压力过小时，容易造成注浆范围不足、岩体裂隙充填率不足和注浆效果差等问题。因此，劈裂注浆阶段的注浆压力的合理选择是超前区域注浆技术的重要指标和抓手，决定了超前区域注浆改造的成败。
室内劈裂注浆模型实验是确定岩体劈裂注浆压力的重要手段，由于原始地层岩样物理力学性质和孔裂隙发育的不均质性和各向异性，在模型实验中广泛采用水泥浇筑的与受注地层物理力学性质相似的类岩石样品进行劈裂注浆试验，但在类岩石试样中内置裂缝是该实验的难点和重点。
现有方法主要以钢片等作为预制裂隙片，在裂隙岩体的制作过程中将预制裂隙片插入类岩体浆料中，待类岩体浆料成型后拔出预制裂隙片，但该方法仅能制造贯通型裂缝，无法制造内置裂缝。针对非贯通型的内置裂缝的预制，多采用云母片等进行填充，但这种方法只能对填充型内置裂缝进行模拟，无法制作含有内置空腔裂缝的类岩体试样。公开号为cn104327472a的一种模拟岩石内部裂纹扩展透明材料的充填型内置裂缝的制作方法，但该方法需要对固化成型的试件进行反复的烘干、冷冻，操作繁琐，能耗和成本非常高，而且在零下50℃到零下60℃的低温环境、以及高温低温交替环境会对试样的力学性能造成影响，固定云母片的细线也会残留在类岩体试样中，这也可能对试样的力学性能造成影响；公开号为cn110987557a和cn111006923a的一种采用聚羟基脂肪酸酯制作类岩体内置型张开型裂缝的方法，具体为利用聚羟基脂肪酸酯制作成裂隙预制片和固定预制片的细线，利用聚羟基脂肪酸酯分解的特性在养护过程中分解为气体和水，但该方法中对固定细线加工要求非常高，而且该细线为与外界沟通的贯通管道，影响了试样的内置效果，并且缺少注浆孔的合理布置，无法试验劈裂注浆试验。因此，现阶段劈裂注浆模型试验的类岩体试样的内置空腔裂缝预制的问题仍然是困扰模型试验的难点。
综上，为解决劈裂注浆模型试验中的类岩体试样的内置空腔裂缝预制问题，我们提出了一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置，该装置能够在类岩体中内置各种几何参数(开度、延展长度)的空腔裂缝，并能够调整与应力水平的夹角，实现不同应力水平和裂隙几何参数条件下的劈裂注浆过程中的裂缝劈裂扩展试验。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置，包括底板，所述底板上端前部和上端后部均设置有第一侧板，所述底板上端左部和上端右部均设置有第二侧板，所述第二侧板与第一侧板相匹配，两个所述第一侧板和两个第二侧板共同围成一个矩形空腔，所述第一侧板和第二侧板上端中部均固定安装有固定柱，四个所述固定柱之间共同设置有固定组件，所述固定组件设置有两个，两个所述固定组件中部共同固定安装有注浆孔管，所述注浆孔管上端固定套接有夹角指针，所述注浆孔管下端设置有裂缝片。
优选的，所述注浆孔管外表面下部通过螺栓固定安装有卡箍，所述卡箍下端通过螺栓与裂缝片上端固定连接。
优选的，所述夹角指针左端固定安装有套环，所述套环内腔与注浆孔管上端固定套接。
优选的，所述固定组件包括直线形钢丝，所述直线形钢丝设置有四个，四个所述直线形钢丝相邻两个均呈九十度夹角，四个所述直线形钢丝分别与四个固定柱固定连接，四个所述直线形钢丝相互靠近的一端共同固定安装有圆环形钢丝，所述圆环形钢丝与注浆孔管外表面固定套接。
优选的，所述底板前端、后端、左端和右端均开有两个限位槽，所述底板上端中部固定安装有中心标记。
优选的，所述第一侧板左端斜面和右端斜面均开有两个上下对称的卡槽，所述第二侧板前端斜面和后端斜面均固定安装有两个卡块，所述卡块与卡槽相匹配，所述第一侧板和第二侧板下端均固定安装有两个限位块，所述限位块与限位槽滑动连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明设计了一种能够在类岩体试样浇筑过程中预制形成内置型空腔裂缝的装置，该装置能够实现不同几何参数的裂缝片与注浆孔管的组装和搭配，从而实现不同几何参数和与主应力夹角的空腔裂缝的制作，且基于固体石蜡熔点低的特点，形成了类岩体内置型空腔裂缝的制作模型；该装置形成了完全意义上的内置型空腔裂缝，并与注浆孔联通，为实现劈裂注浆试验提供了良好的类岩体试样，也为研究劈裂注浆压力提供了良好基础。
附图说明
图1为本发明一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置的注浆孔管与裂缝片的连接结构示意图；
图3为本发明一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置的夹角指针的整体结构示意图；
图4为本发明一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置的固定组件的整体结构示意图；
图5为本发明一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置的底板的整体结构示意图；
图6为本发明一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置的第二侧板的整体结构示意图。
图中：1、底板；2、第一侧板；3、第二侧板；4、固定柱；5、固定组件；6、注浆孔管；7、夹角指针；8、裂缝片；21、卡箍；31、套环；41、直线形钢丝；42、圆环形钢丝；51、限位槽；52、中心标记；61、卡块；62、限位块；81、卡槽。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
如图1-6所示，一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置，包括底板1，底板1上端前部和上端后部均设置有第一侧板2，底板1上端左部和上端右部均设置有第二侧板3，第二侧板3与第一侧板2相匹配，两个第一侧板2和两个第二侧板3共同围成一个矩形空腔，第一侧板2和第二侧板3上端中部均固定安装有固定柱4，四个固定柱4之间共同设置有固定组件5，固定组件5设置有两个，两个固定组件5中部共同固定安装有注浆孔管6，注浆孔管6上端固定套接有夹角指针7，注浆孔管6下端设置有裂缝片8。
注浆孔管6外表面下部通过螺栓固定安装有卡箍21，卡箍21下端通过螺栓与裂缝片8上端固定连接，卡箍21可以和注浆孔管6和裂缝片8分离，裂缝片8可根据选择不同厚度和不同长度，即改变了裂缝空腔的开度和延展度。
夹角指针7左端固定安装有套环31，套环31内腔与注浆孔管6上端固定套接，夹角指针7与裂缝片8平行，用以标记裂缝与主应力夹角大小。
固定组件5包括直线形钢丝41，直线形钢丝41设置有四个，四个直线形钢丝41相邻两个均呈九十度夹角，四个直线形钢丝41分别与四个固定柱4固定连接，四个直线形钢丝41相互靠近的一端共同固定安装有圆环形钢丝42，圆环形钢丝42与注浆孔管6外表面固定套接，固定组件5将注浆孔管6固定在中心标记52正上方，两个固定组件5的设计使得注浆孔管6保持垂直于底板1。
底板1前端、后端、左端和右端均开有两个限位槽51，底板1上端中部固定安装有中心标记52，限位槽51和限位块62的设计，便于安装第一侧板2和第二侧板3。
第一侧板2左端斜面和右端斜面均开有两个上下对称的卡槽81，第二侧板3前端斜面和后端斜面均固定安装有两个卡块61，卡块61与卡槽81相匹配，第一侧板2和第二侧板3下端均固定安装有两个限位块62，限位块62与限位槽51滑动连接，第一侧板2和第二侧板3均为等腰梯形结构。
需要说明的是，本发明为一种利用固体石蜡制作含空腔型裂缝的类岩体的装置，使用时，首先通过对受注地层采取岩芯进行室内试验得到其物理力学性质，如抗拉强度、单轴抗压强度、弹性模量、内聚力和摩擦角等，并通过对标准养护期的不同水灰比浆液结石体进行室内试验，标定得到与受注地层物理力学性质相近的浆液结石体，以便用标定得到的浆液进行类岩体试样浇筑，在注浆孔管6外壁和裂缝片8外侧涂抹一层黄油，然后，利用固定组件5以十字捆绑的方式将注浆孔管6置于底板1中心位置，通过设置中心标记52便于对准底板1中心，通过设置两个固定组件5使注浆孔管6保持垂直，并保证裂缝片8置于空腔中心位置，通过转动注浆孔管6可调整裂缝片8与主应力的夹角，并通过夹角指针7进行标记，调整完毕后，利用标定好的水泥标号和水灰比浆液将注浆孔管6和裂缝片8周围空间进行浇筑，并通过振捣将浇筑过程中的气泡赶出浆液，以使其密实、均与，在水泥浆液由液态转化为固态过程中，需要轻微活动注浆孔管6以使裂缝片8不粘附在水泥浆液结石体中，待水泥浆液初凝成型后，去掉注浆孔管6上的固定组件5，将注浆孔管6连同裂缝片8一同垂直拔出试样，并保证试样不受损，此时裂缝片8在试样中形成内置空腔裂缝与垂直贯通裂缝，将固态石蜡加热至液态，在内置空腔型裂缝处倒入与其体积相同的液态石蜡，待石蜡冷却凝固后，将注浆孔管6插入浇筑形成注浆孔道中，并且底部与石蜡接触，并用与试样一致的水灰比水泥浆液倒入贯通裂缝中，直至与试样上平面齐平，并养护达到与受注地层岩样相同的物理力学性质为止，拆除第一侧板2和第二侧板3后，利用沸水灌注的方式通过注浆孔管6将内置空腔裂缝中的固体石蜡融化清洗流出，从而得到内置空腔型裂缝和注浆孔管6的劈裂注浆类岩体试样，为实现劈裂注浆试验提供了良好的类岩体试样，也为研究劈裂注浆压力提供了良好基础。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。