CN113982626A - 一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法 - Google Patents

一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法
技术领域
本发明涉及煤矿巷道支护技术领域，具体为一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法。
背景技术
无煤柱切顶沿空留巷不设置护巷煤柱，将上区段工作面回采巷道通过切顶卸压的方式保留，作为下区段工作面回采巷道，从而大幅提高煤炭资源开采效率，该开采方式已在国内各个矿区得到普遍应用。无煤柱开采取消了区段煤柱的过渡作用，留巷稳定性与顶板结构形态联系密切，切顶卸压使得顶板形成了区别于传统开采顶板结构的新方式。回采来压时，顶板难以形成稳定结构，严重威胁留巷的生产安全。
无煤柱切顶沿空留巷条件多样、控制对象差异性大，巷内顶板的支护方法与参数选择多依据现场经验，缺乏科学合理的确定方法。为了加强留巷顶板的稳定性、提高支护效率，需要研发一种无煤柱切顶沿空留巷条件下，控制巷内顶板稳定性的支护阻力确定方法。
发明内容
针对现有技术中巷内顶板的支护方法与参数采用依据现场经验存在结果不精确的问题，本发明提供一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，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。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，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。
优选的，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。
优选的，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：
Figure BDA0003304576590000031
其中，
Figure BDA0003304576590000034
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。
优选的，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：
Figure BDA0003304576590000032
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，
Figure BDA0003304576590000033
θ2为基本顶破断岩块回转角；
Figure BDA0003304576590000035
为基本顶破断岩块内摩擦角。
进一步的，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：
Figure BDA0003304576590000041
砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力Qc的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000042
砌体梁结构滑落失稳条件的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000043
基本顶滑落失稳支护力R2的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000044
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；
Figure BDA0003304576590000046
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。
优选的，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，kN/m3。
优选的，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：
Figure BDA0003304576590000045
其中，h1为切顶控制岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000051
θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；γ1为载荷层平均容重；P2为基本顶结构滑落失稳传递作用力；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。
优选的，步骤6中，直接顶作用于巷道的重量W1的计算公式如下：
W1＝l1∑hγ2；
l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3。
优选的，步骤7中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000052
其中，l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ1为载荷层平均容重；γ2为载荷层平均容重，kN/m3；θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；h1为切顶控制岩层厚度，m；h2为基本顶与切顶控制岩层层间软弱岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000053
进一步的，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R通过直接顶作用于巷道的重量W1和切顶控制岩层结构传递作用力P1之和确定，其中切顶控制岩层结构传递作用力P1的大小与切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1大小对应；
切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1根据短砌体结构滑落失稳条件确定；
短砌体结构滑落失稳的条件通过短砌体结构接触铰上的水平力T和短砌体结构接触铰上的摩擦剪力QA确定；
其中短砌体结构接触铰上的水平力T的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000061
短砌体结构接触铰上的摩擦剪力QA的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000062
短砌体结构滑落失稳的条件的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000063
切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000064
其中，T为短砌体结构接触铰上的水平力，kN/m；
Figure BDA0003304576590000066
为切顶控制岩层破断岩块内摩擦角；QA为切顶控制层短砌体结构接触铰上的摩擦剪力，kN/m；R1为切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力，kN/m；θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；P1为切顶控制岩层结构传递的作用力；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000065
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
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。
附图说明
图1为本发明无煤柱切顶沿空留巷“短砌体—砌体”顶板结构示意图。
图2为本发明基本顶滑落失稳力学模型图。
图3为本发明切顶控制岩层滑落失稳力学模型图。
图4为基本顶受力分析图。
图5为切顶控制岩层受力分析图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明一个实施例中，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，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。
具体的，根据图5所示，该无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力计算方法，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；
具体的，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，基本顶岩块断破的岩块回转角为最大值。
步骤2，根据图4所示，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；
具体的，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：
Figure BDA0003304576590000081
其中，
Figure BDA0003304576590000082
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。
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；
具体的，根据图2所示，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：
Figure BDA0003304576590000091
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，
Figure BDA0003304576590000092
θ2为基本顶破断岩块回转角；
Figure BDA0003304576590000097
为基本顶破断岩块内摩擦角。
其中，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：
Figure BDA0003304576590000093
砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力Qc的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000094
砌体梁结构滑落失稳条件的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000095
基本顶滑落失稳支护力R2的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000096
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；
Figure BDA0003304576590000103
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。
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；
具体的，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，kN/m3；
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；
具体的，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：
Figure BDA0003304576590000101
其中，h1为切顶控制岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000102
θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；γ1为载荷层平均容重；P2为基本顶结构滑落失稳传递作用力；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。
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；
具体的，步骤6中，直接顶作用于巷道的重量W1的计算公式如下：
W1＝l1∑hγ2；
l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3。
步骤7，根据图3所示，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。
具体的，步骤7中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000111
其中，l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ1为载荷层平均容重；γ2为载荷层平均容重，kN/m3；θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；h1为切顶控制岩层厚度，m；h2为基本顶与切顶控制岩层层间软弱岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000112
其中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R通过直接顶作用于巷道的重量W1和切顶控制岩层结构传递作用力P1之和确定，其中切顶控制岩层结构传递作用力P1的大小与切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1大小对应；
切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1根据短砌体结构滑落失稳条件确定；
短砌体结构滑落失稳的条件通过短砌体结构接触铰上的水平力T和短砌体结构接触铰上的摩擦剪力QA确定；
其中短砌体结构接触铰上的水平力T的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000121
短砌体结构接触铰上的摩擦剪力QA的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000122
短砌体结构滑落失稳的条件的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000123
切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1的计算公式如下：
Figure BDA0003304576590000124
其中，T为短砌体结构接触铰上的水平力，kN/m；
Figure BDA0003304576590000126
为切顶控制岩层破断岩块内摩擦角；QA为切顶控制层短砌体结构接触铰上的摩擦剪力，kN/m；R1为切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力，kN/m；θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；P1为切顶控制岩层结构传递的作用力；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000125
实施例
工程概况
董东煤矿50107工作面采用无煤柱切顶沿空留巷的方式进行巷道留设，切顶斜深8.3m，角度15°。直接顶厚度2m，切顶范围外，软弱岩层厚度3.3m，基本顶厚度为9m，采高3.4m，基岩体积力为0.027MN/m3，载荷层平均体积力0.023MN/m3。
巷内顶板支护阻力确定
1)根据董东煤矿无煤柱切顶开采留巷覆岩中位于切顶高度范围内的切顶控制层与切顶高度范围外的破断结构特征，其基本顶产生侧向破断形成砌体梁结构，切顶控制岩层破断形成短砌体结构，组成留巷顶板的“短砌体-砌体”结构模型；
2)董东煤矿无煤柱切顶沿空留基本顶F关键块长度l2＝13.7m，则基本顶块度
Figure BDA0003304576590000131
董东50107工作面顶板载荷层部分为散沙，部分为沙砾层、粘土层和风化层，根据文献岩层条件取平均参数
Figure BDA0003304576590000132
Figure BDA0003304576590000133
根据基本顶上覆载荷层载荷传递系数可知：
KG＝0.63；
基本顶上覆岩层作用力P3：
P3＝KGl2∑h4γ2＝23812kN；
其中，γ2为载荷层平均容重，kN/m3；l2为基本顶破断岩块长度，m；h4为基本顶上覆载荷层厚度，m；
基本顶结构滑落失稳传递作用力P2：
Figure BDA0003304576590000134
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，
Figure BDA0003304576590000135
θ2为基本顶破断岩块回转角；
Figure BDA0003304576590000136
为基本顶破断岩块内摩擦角。
层间软弱岩层作用力W2：
W2＝l1∑h2γ2＝554.4kN；
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，kN/m3。
切顶控制岩层结构传递作用力P1：
Figure BDA0003304576590000141
其中，h1为切顶控制岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure BDA0003304576590000142
θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；γ1为载荷层平均容重；P2为基本顶结构滑落失稳传递作用力；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。
直接顶作用于巷道的重量W1：
W1＝l1∑hγ2＝322kN；
其中，l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3。综上，可确定无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R值：
R≥2909+322＝3231kN；
现场采用单体支柱配合锚索对顶板进行支撑，实测开采期间平均支柱工作阻力315kN/架，每米范围内有10根单体支撑顶板，顶板上仍有3根锚索作用，总支撑力可达3711kN/m，巷内支护顶板稳定，但顶板仍有明显的下沉，说明支护强度基本满足现场生产需要，同时证明该无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力确定方法合理且准确。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

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：
Figure FDA0003304576580000021
其中，
Figure FDA0003304576580000025
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：
Figure FDA0003304576580000024
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，
Figure FDA0003304576580000022
θ2为基本顶破断岩块回转角；
Figure FDA0003304576580000023
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：
Figure FDA0003304576580000031
砌体梁结构接触铰上的摩擦剪力Qc的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000032
砌体梁结构滑落失稳条件的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000035
基本顶滑落失稳支护力R2的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000033
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；
Figure FDA0003304576580000034
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，kN/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：
Figure FDA0003304576580000041
其中，h1为切顶控制岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure FDA0003304576580000042
θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；γ1为载荷层平均容重；P2为基本顶结构滑落失稳传递作用力；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。
8.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6中，直接顶作用于巷道的重量W1的计算公式如下：
W1＝l1∑hγ2；
l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ2为载荷层平均容重，kN/m3。
9.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7中，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000043
其中，l1为切顶控制层破断岩块长度，m；γ1为载荷层平均容重；γ2为载荷层平均容重，kN/m3；θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；h1为切顶控制岩层厚度，m；h2为基本顶与切顶控制岩层层间软弱岩层厚度，m；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure FDA0003304576580000051
10.根据权利要求9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，无煤柱切顶沿空留巷巷内顶板支护阻力R通过直接顶作用于巷道的重量W1和切顶控制岩层结构传递作用力P1之和确定，其中切顶控制岩层结构传递作用力P1的大小与切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1大小对应；
切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1根据短砌体结构滑落失稳条件确定；
短砌体结构滑落失稳的条件通过短砌体结构接触铰上的水平力T和短砌体结构接触铰上的摩擦剪力QA确定；
其中短砌体结构接触铰上的水平力T的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000052
短砌体结构接触铰上的摩擦剪力QA的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000053
短砌体结构滑落失稳的条件的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000054
切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力R1的计算公式如下：
Figure FDA0003304576580000055
其中，T为短砌体结构接触铰上的水平力，kN/m；
Figure FDA0003304576580000056
为切顶控制岩层破断岩块内摩擦角；QA为切顶控制层短砌体结构接触铰上的摩擦剪力，kN/m；R1为切顶控制层短砌体结构滑落失稳支护力，kN/m；θ1为切顶控制岩层破断岩块回转角；P1为切顶控制岩层结构传递的作用力；i1为切顶控制岩层破断岩块块度，
Figure FDA0003304576580000061
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