(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111200039.4 (22)申请日 2021.10.14 (71)申请人 中煤能源研究院有限责任公司 地址 710003 陕西省西安市碑林区雁塔路 北段66号中煤能源大厦二层 (72)发明人 赵萌烨　朱磊　吴玉意　徐凯　 黄剑斌　秋丰岐　刘文涛　程海星　 刘治成　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 陈翠兰 (51)Int.Cl. E21D 11/00(2006.01) E21F 17/18(2006.01) E21F 17/00(2006.01)G06Q 50/02(2012.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻 力计算方法 (57)摘要 本发明提供了一种无煤柱切顶沿空留巷巷 内顶板支护阻力计算方法， 通过建立无煤柱切顶 沿空留巷巷内顶板结构模型， 依次确定基本顶上 覆岩层作用力、 基本顶结构滑 落失稳传递作用力 和切顶控制岩层结构传递作用力； 通过计算基本 顶上覆岩层作用力、 基本顶结构滑 落失稳传递作 用力和切顶控制岩层结构传递作用力有效计算 得到无煤柱切顶沿空 留巷巷内顶板支护阻力， 本 发明的计算方法更加合理、 准确的对 巷内顶板的 支护方法与参数进行确定， 提高了对 无煤柱切顶 沿空留巷 巷内顶板支护阻力计算的精确度。 权利要求书4页 说明书9页 附图4页 CN 113982626 A 2022.01.28 CN 113982626 A 1.一种无煤柱切顶沿空留巷 巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 建立无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型， 依次确定结构滑落失稳支护力组 成， 其中结构滑落失稳支护力包括基本顶上覆岩层作用力P3、 基本顶结构滑落失稳传递作 用力P2和切顶控制岩层结构传递作用力P1； 步骤2， 根据基本顶上覆载荷层厚度h4以及基本顶上覆载荷层载荷传递系数KG， 确定基 本顶上覆岩层作用力P3； 步骤3， 根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型， 基本顶上覆岩层作用力P3作用于 基本顶， 确定基本顶结构滑落失稳传递作用力P2； 步骤4， 根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型， 确定基本顶板与层间软弱岩层作 用力W2； 步骤5， 根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型， 将基本顶结构滑落失稳传递的作 用力P2、 层间软弱岩层作用力W2之和作用于切顶 控制岩层， 确定切顶 控制岩层结构传递作用 力P1； 步骤6， 根据无煤柱切顶沿空留巷 巷内顶板结构模型， 确定直接顶作用于巷道的重量 W1； 步骤7， 根据无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型， 将所述切顶控制岩层结构传递的 作用力P1和所述直接顶作用于巷道的重 量W1之和确定为 无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护 阻力R。 2.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 步骤1中， 无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型通过无煤柱切顶开采过程中位于 切顶高度范围内的切顶控制层与切顶高度范围外基本顶的破断结构特征进 行建立， 无煤柱 切顶沿空留巷巷内顶板结构模型采用短砌体 ‑砌体的结构模型， 其中， 切顶控制层 破断形成 短砌体结构； 基本顶破断形成砌体梁结构； 其中， 在无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板结构模型中， 切顶控制层采用切顶控制层岩块 的水平力， 其中， 切顶控制层岩块的水平力通过岩块与切顶作用切 落破碎岩体的摩擦阻力 提供； 基本顶的破断结构特征采用基本顶岩块的水平力， 其中， 基本顶岩块的水平力通过岩 块与矸石的摩擦阻力提供。 3.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 步骤2中， 基本顶上覆岩层作用力P3的计算公式如下： P3＝KGl2∑h4γ2； 其中， h4为基本顶上覆载荷层厚度， m； γ2为载荷层平均容重， kN/m3； l2为基本顶破断岩 块长度， m； KG为基本顶上覆载荷 层载荷传递系数； 其中， 基本顶上覆载荷 层载荷传递系数 KG的计算公式如下： 其中， 为基本顶上覆载荷层内摩擦角； λ3基本顶上覆载荷层侧应力系数； l2为基本顶 破断岩块长度， m； h3为基本顶厚度， m。 4.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 步骤3中， 基本顶结构滑落失稳传递的作用力P2的计算公式如下：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113982626 A 2其中， l2为基本顶破断岩块长度， m； h3为基本顶厚度， m； γ1为载荷层平均容重； i2为基本 顶破断岩块 块度， θ2为基本顶破断岩块回转角； 为基本顶破断岩块内摩擦角。 5.根据权利要求4所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 基本顶结构滑落失稳传递作用力P2通过基本顶上覆岩层作用力P3和基本顶自重确 定， 其中， 基本顶结构滑落失稳传递作用力P2的大小与基本顶滑落失稳支护力R2的大小对 应； 基本顶滑落失稳支护 力R2根据砌体梁结构滑落失稳 条件确定； 砌体梁结构滑落失稳条件通过砌体梁结构接触铰上的水平力T1和砌体梁结构接触铰上 的摩擦剪力Qc确定； 其中， 砌体梁结构接触 铰上的水平力T1的计算公式如下： 砌体梁结构接触 铰上的摩擦剪力Qc的计算公式如下： 砌体梁结构滑落失稳 条件的计算公式如下： 基本顶滑落失稳支护 力R2的计算公式如下： 其中， T1为基本顶砌体梁结构接触铰上 的水平力， kN/m； Qc为基本顶砌体梁结构接触铰 上的摩擦剪力， kN/m； R2为基本顶结构滑落失稳支护力， kN/m； P2为基本顶结构滑落失稳传递 的作用力； i2为基本顶破断岩块块度； 为基本顶破断岩块内摩擦角； γ1为载荷层平均容 重； h3为基本顶厚度， m； l2为基本顶破断岩块长度， m。 6.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 步骤4中， 基本顶与切顶控制层 层间软弱岩层作用力W2的计算方法如下： W2＝l1∑h2γ2； 其中， l1为切顶控制层破断岩块长度， m； h2为基本顶与切顶控制岩层层间软弱岩层厚 度， m； γ2为载荷层平均容重， k N/m3。 7.根据权利要求1所述的一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法， 其特 征在于， 步骤5中， 切顶控制岩层结构传递的作用力P1的计算公式如下 所示： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113982626 A 3