IPC分类号 : E21C39/00I,E21C41/18I,E21F17/18I,G06Q50/02I
专利摘要
专利摘要
本发明公开了一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，该方法包括以下步骤：步骤一、确定基本顶岩层(3)的初次强制放顶步距；步骤二、建立深孔预裂强制放顶力学模型；步骤三、构建坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数之间的关系式；步骤四、确定坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值。本发明根据初采预裂裂隙在基本顶岩层中的特点，建立深孔预裂强制放顶模型，运用断裂力学理论，推导基本顶初次破断距，确定深孔预裂强制放顶参数，为煤矿坚硬顶板强制放顶参数设计研究提供理论参考。
权利要求
1.一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，所述坚硬顶板工作面包括由底层向顶层依次分布的坚硬顶板工作面煤层(1)、直接顶岩层(2)和基本顶岩层(3)，其特征在于，所述坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法包括以下步骤：
步骤一、确定基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
步骤二、建立深孔预裂强制放顶力学模型；
步骤三、构建坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数之间的关系式：基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，通过深孔预裂裂隙(4)尖端应力强度因子的计算公式和岩石混凝土压剪断裂判据构建基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
其中，L
步骤四、确定坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值：根据坚硬顶板工作面所处的环境，构建的基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
2.按照权利要求1所述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，其特征在于：步骤一中所述基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
3.按照权利要求1所述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，其特征在于：步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型为含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型。
4.按照权利要求1所述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，其特征在于：步骤三中所述基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，通过深孔预裂裂隙(4)尖端应力强度因子的计算公式和岩石混凝土压剪断裂判据构建基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
步骤301、基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，将基本顶岩层(3)在初次破断之前视为两端简支的岩梁，获取深孔预裂裂隙(4)尖端应力强度因子表达式，所述深孔预裂裂隙(4)尖端应力强度因子包括Ⅰ型应力强度因子K
所述深孔预裂裂隙(4)尖端的Ⅱ型应力强度因子K
其中，根据应力强度因子手册，F
根据应力强度因子手册，F
根据应力强度因子手册，F
根据应力强度因子手册，F
q为基本顶岩层(3)上覆荷载，单位为kPa；h为基本顶岩层(3)厚度，单位为m；T为基本顶岩层(3)岩梁两端水平挤压力，单位为N；Q为直接顶岩层(2)传递的坚硬顶板工作面支架阻力，单位为kN；
步骤302、将步骤301中获取的深孔预裂裂隙(4)尖端的Ⅰ型应力强度因子K
其中，λ为压剪比，K
5.按照权利要求1所述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，其特征在于：步骤三中所述通过三角函数计算公式构建深孔预裂裂隙(4)倾角β、深孔预裂裂隙(4)垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式为：
6.按照权利要求1所述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，其特征在于：步骤四中所述根据坚硬顶板工作面所处的环境，构建的基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
步骤401、根据坚硬顶板工作面所处的环境，经过实地测量，获取深孔预裂裂隙(4)倾角β的值，将深孔预裂裂隙(4)倾角β的值和步骤一中确定的基本顶岩层(3)初次强制放顶步距L
步骤402、根据坚硬顶板工作面所处的环境，经过实地测量，获取直接顶岩层(2)厚度L2的值，将直接顶岩层(2)厚度L2的值和步骤401中获取的深孔预裂裂隙(4)垂深a的值代入深孔预裂裂隙(4)倾角β、深孔预裂裂隙(4)垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式中，获取强制放顶压裂钻孔长度L的值。
说明书
技术领域
本发明属于煤矿坚硬顶板控制技术领域，具体涉及一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法。
背景技术
坚硬顶板具有强度高、节理裂隙不发育、整体性强等特点，煤层开采期间极易形成大面积悬顶，顶板突然冒落会引发工作面强烈来压，造成“压架”、“飓风”等突发性事故，严重威胁着煤矿生产人员及设备的安全。因此坚硬顶板的控制理论与技术一直是矿山压力研究的重点问题。
我国学者从上世纪五十年代开始致力于坚硬顶板矿山压力控制研究，经历七十余年的发展，主要在理论研究和现场应用两个方面取得了大量成果。对于坚硬顶板控制方向的理论研究一般主要采用爆破学、断裂力学以及弹塑性力学理论，着重研究顶板控制机理和施工参数。相对理论研究，坚硬顶板控制的现场应用研究取得的成果更加显著。煤矿现场的坚硬顶板控制技术从维持顶板不冒落过渡到促进顶板冒落，主要采用了煤柱法、充填法、强制放顶以及水压预裂等技术。结合理论研究和现场应用，坚硬顶板控制技术不断完善，施工参数设计更加准确，确保了煤矿的安全高效生产，为社会带了巨大经济效益。
虽然针对强制放顶的理论研究取得了长足发展，但是现场强制放顶参数的设计大多数仍旧采取经验取值，并且强制放顶效果很难控制。针对初采期间强制放顶建立的基本顶力学模型大多包含垂直的预裂裂隙，且一般都采用弹性力学分析预裂深度与基本顶初次破断距的关系，很难揭示强制放顶过程中基本顶岩层的破断机理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶的方法，该方法根据初采预裂裂隙在基本顶岩层中的特点，建立深孔预裂强制放顶模型，运用断裂力学理论，推导基本顶初次破断距，确定深孔预裂强制放顶参数，为煤矿坚硬顶板强制放顶参数设计研究提供理论参考。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，所述坚硬顶板工作面包括由底层向顶层依次分布的坚硬顶板工作面煤层、直接顶岩层和基本顶岩层，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定基本顶岩层初次强制放顶步距L0；
步骤二、建立深孔预裂强制放顶力学模型；
步骤三、构建坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数之间的关系式：基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，通过深孔预裂裂隙尖端应力强度因子的计算公式和岩石混凝土压剪断裂判据构建基本顶岩层初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙倾角β和深孔预裂裂隙垂深a之间的关系式；通过三角函数计算公式构建深孔预裂裂隙倾角β、深孔预裂裂隙垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式；
其中，L0的单位为m，β的单位为°，a的单位为m，L的单位为m；
步骤四、确定坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值：根据坚硬顶板工作面所处的环境，构建的基本顶岩层初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙倾角β和深孔预裂裂隙垂深a之间的关系式，以及构建的深孔预裂裂隙倾角β、深孔预裂裂隙垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式，获取坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值，所述坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数包括深孔预裂裂隙倾角β、深孔预裂裂隙垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L。
上述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，步骤一中所述基本顶岩层初次强制放顶步距L0小于基本顶初次来压步距且大于基本顶周期来压步距。
上述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型为含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型。
上述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，步骤三中所述基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，通过深孔预裂裂隙尖端应力强度因子的计算公式和岩石混凝土压剪断裂判据构建基本顶岩层初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙倾角β和深孔预裂裂隙垂深a之间的关系式的具体过程为：
步骤301、基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，将基本顶岩层在初次破断之前视为两端简支的岩梁，获取深孔预裂裂隙尖端应力强度因子表达式，所述深孔预裂裂隙尖端应力强度因子包括Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ，所述深孔预裂裂隙尖端的Ⅰ型应力强度因子KΙ的表达式为：
所述深孔预裂裂隙尖端的Ⅱ型应力强度因子KΙΙ的表达式为：
其中，根据应力强度因子手册，FM(a/h)为纯弯曲作用下的单边裂隙形状因子函数且FM(a/h)＝1.122-1.4(a/h)+7.33(a/h)
根据应力强度因子手册，Fσ1(a/h)为垂直裂隙方向均匀拉伸作用下的单边裂隙形状因子函数且Fσ1(a/h)＝1.12-0.231(a/h)+10.55(a/h)
根据应力强度因子手册，Fσ2(a/h)为平行裂隙方向均匀拉伸作用下的单边裂隙形状因子函数且
根据应力强度因子手册，Fq(a/h)为集中切向力作用下的单边裂隙形状因子函数且
q为基本顶岩层上覆荷载，单位为kPa；h为基本顶岩层厚度，单位为m；T为基本顶岩层岩梁两端水平挤压力，单位为N；Q为直接顶岩层传递的坚硬顶板工作面支架阻力，单位为kN；
步骤302、将步骤301中获取的深孔预裂裂隙尖端的Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ的表达式代入岩石混凝土压剪断裂判据表达式中，得到基本顶岩层初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙倾角β和深孔预裂裂隙垂深a之间的关系表达式为：
其中，λ为压剪比，Kc为基本顶岩层断裂韧度，单位为MN·m
上述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，步骤三中所述通过三角函数计算公式构建深孔预裂裂隙倾角β、深孔预裂裂隙垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式为： 其中，L2为直接顶岩层的厚度，a为深孔预裂裂隙垂深，β为深孔预裂裂隙倾角。
上述的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，步骤四中所述根据坚硬顶板工作面所处的环境，构建的基本顶岩层初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙倾角β和深孔预裂裂隙垂深a之间的关系式，以及构建的深孔预裂裂隙倾角β、深孔预裂裂隙垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式，获取坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值的具体过程为：
步骤401、根据坚硬顶板工作面所处的环境，经过实地测量，获取深孔预裂裂隙倾角β的值，将深孔预裂裂隙倾角β的值和步骤一中确定的基本顶岩层初次强制放顶步距L0的值代入获取的基本顶岩层初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙倾角β和深孔预裂裂隙垂深a之间的关系式中，获取深孔预裂裂隙垂深a的值；
步骤402、根据坚硬顶板工作面所处的环境，经过实地测量，获取直接顶岩层厚度L2的值，将直接顶岩层厚度L2的值和步骤401中获取的深孔预裂裂隙垂深a的值代入深孔预裂裂隙倾角β、深孔预裂裂隙垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式中，获取强制放顶压裂钻孔长度L的值。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明建立的深孔预裂强制放顶力学模型为含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型，能够充分反应预裂裂隙在基本顶岩层中的特点，更加接近实际工程。
2、本发明通过对深孔预裂强制放顶参数进行确定，能够有效地确定基本顶岩层初次强制放顶步距，保证初采期间工作面的安全回采。
3、本发明根据初采预裂裂隙在基本顶岩层中的特点，建立深孔预裂强制放顶模型，运用断裂力学理论，推导基本顶初次破断距，确定深孔预裂强制放顶参数，为煤矿坚硬顶板强制放顶参数设计研究提供理论参考。
综上所述，本发明根据初采预裂裂隙在基本顶岩层中的特点，建立深孔预裂强制放顶模型，运用断裂力学理论，推导基本顶初次破断距，确定深孔预裂强制放顶参数，为煤矿坚硬顶板强制放顶参数设计研究提供理论参考。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程示框图；
图2为本发明的岩层钻孔柱状示意图；
图3为本发明基本顶岩层上形成的深孔预裂裂隙示意图；
图4为本发明构建的含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型的示意图；
图5为本发明的钻孔布置形式示意图；
图6为本发明的预裂钻孔参数示意图；
图7为本发明的S1207工作面支架工作阻力分布直方图；
图8a为本发明的水平挤压力模型示意图；
图8b为本发明的上覆荷载产生的弯矩模型示意图；
图8c为本发明的上覆荷载与支架阻力形成的剪切力模型示意图；
图9为本发明的水平挤压力引起的应力强度因子计算简图；
图10为本发明的上覆荷载产生的弯矩引起的应力强度因子计算简图。
附图标记说明：
1—工作面煤层；2—直接顶岩层； 3—基本顶岩层；
4—预裂裂隙；5—切眼； 6—回风顺槽；
7—胶运顺槽；8—S1201工作面；9—第一压裂钻孔；
10—第二压裂钻孔； 11—第三压裂钻孔。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，本发明的一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法，所述坚硬顶板工作面包括由底层向顶层依次分布的坚硬顶板工作面煤层1、直接顶岩层2和基本顶岩层3，所述坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法包括以下步骤：
步骤一、确定基本顶岩层3初次强制放顶步距L0；
本实施例中，步骤一中所述基本顶岩层3初次强制放顶步距L0小于基本顶初次来压步距且大于基本顶周期来压步距。
具体实施时，如果基本顶岩层3初次强制放顶步距L0小于基本顶周期来压步距，基本顶岩层3在强制放顶实施后不能及时破坏，会随着回采作业推进一定距离，直到基本顶岩层3悬露跨度达到基本顶周期极限断裂跨距时才垮落，因此基本顶岩层3初次强制放顶步距L0小于基本顶初次来压步距；为了安全强制放顶，因此，基本顶岩层3初次强制放顶步距L0大于基本顶周期来压步距。
步骤二、建立深孔预裂强制放顶力学模型；
本实施例中，步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型为含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型。
具体实施时，强制放顶是在坚硬顶板工作面煤层1推进一定距离后，留足钻孔注水的施工空间，以一定的倾角施工钻孔，实施预裂弱化坚硬顶板工作面煤层1，能够有效地切断直接顶岩层2，并在基本顶岩层3上形成深孔预裂裂隙4，根据基本顶岩层3的结构特点，将基本顶岩层3在初次破断之前视为两端简支的岩梁，建立含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型，其中，基本顶岩层3初次强制放顶步距为L0，基本顶岩层3的厚度为h，基本顶岩层3岩梁两端水平挤压力为T，基本顶岩层3上覆荷载为q，深孔预裂裂隙4垂深为a，深孔预裂裂隙4倾角为β，直接顶岩层2传递的工作面支架阻力为Q。
本实施例中，基本顶岩层3上形成的深孔预裂裂隙4如图3所示，建立的含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型如图4所示。
步骤三、构建坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数之间的关系式：基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，通过深孔预裂裂隙4尖端应力强度因子的计算公式和岩石混凝土压剪断裂判据构建基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系式；通过三角函数计算公式构建深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式；
其中，L0的单位为m，β的单位为°，a的单位为m，L的单位为m；
本实施例中，步骤三中所述基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，通过深孔预裂裂隙4尖端应力强度因子的计算公式和岩石混凝土压剪断裂判据构建基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系式的具体过程为：
步骤301、基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，将基本顶岩层3在初次破断之前视为两端简支的岩梁，获取深孔预裂裂隙4尖端应力强度因子表达式，所述深孔预裂裂隙4尖端应力强度因子包括Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ，所述深孔预裂裂隙4尖端的Ⅰ型应力强度因子KΙ的表达式为：
所述深孔预裂裂隙4尖端的Ⅱ型应力强度因子KΙΙ的表达式为：
其中，根据应力强度因子手册，FM(a/h)为纯弯曲作用下的单边裂隙形状因子函数且FM(a/h)＝1.122-1.4(a/h)+7.33(a/h)
根据应力强度因子手册，Fσ1(a/h)为垂直裂隙方向均匀拉伸作用下的单边裂隙形状因子函数且Fσ1(a/h)＝1.12-0.231(a/h)+10.55(a/h)
根据应力强度因子手册，Fσ2(a/h)为平行裂隙方向均匀拉伸作用下的单边裂隙形状因子函数且
根据应力强度因子手册，Fq(a/h)为集中切向力作用下的单边裂隙形状因子函数且
q为基本顶岩层3上覆荷载，单位为kPa；h为基本顶岩层3厚度，单位为m；T为基本顶岩层3岩梁两端水平挤压力，单位为N；Q为直接顶岩层2传递的坚硬顶板工作面支架阻力，单位为kN；
具体实施时，基于步骤二中建立的深孔预裂强制放顶力学模型，将基本顶岩层3在初次破断之前视为两端简支的岩梁，将建立的含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型中基本顶岩梁的复合型覆荷载分解成水平挤压力、上覆荷载产生的弯矩和上覆荷载与支架阻力形成的剪切力，通过计算水平挤压力引起的应力强度因子、上覆荷载产生的弯矩引起的应力强度因子和上覆荷载与支架阻力形成的剪切力的应力强度因子获取深孔预裂裂隙4尖端Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ；
具体实施时，将如图4建立的含有斜边缘裂隙的深孔预裂强制放顶力学模型中基本顶岩梁的复合型覆荷载分解成水平挤压力、上覆荷载产生的弯矩和上覆荷载与支架阻力形成的剪切力，水平挤压力模型如图8a所示、上覆荷载产生的弯矩模型如图8b所示和上覆荷载与支架阻力形成的剪切力模型如图8c所示。
所述深孔预裂裂隙4尖端Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ的推导过程如下：
如图8a和图9所示，水平挤压力引起的应力强度因子计算过程为：
根据弹性力学平面中的应力状态分析，将水平力转化到预裂裂隙面上，根据应力强度因子手册求得： 其中；KΙσ水平挤压力引起的Ⅰ型应力强度因子，KΙΙσ为水平挤压力引起的Ⅱ型应力强度因子；σ为水平挤压力，单位为N；
将基本顶岩梁两端的水平挤压力简化为均布应力，即σ＝-T/h，代入KΙσ和KΙΙσ，得到：
如图8b和图10所示，上覆荷载产生的弯矩引起的应力强度因子计算过程为：
将上覆荷载产生的弯矩引起的应力进行分解，得到 其中，KΙM为上覆荷载产生的弯矩引起的Ⅰ型应力强度因子；σ是y＝h/2时σx的值，σx为水平方向所受的力且 y为基本顶岩层3上高度且y∈(-h/2h,/，2)将y＝h/2代入σx中，得到σx＝3qL0
如图8c所示，上覆荷载与支架阻力形成的剪切力的应力强度因子计算过程为：
将上覆荷载与支架阻力形成的剪切力p表示为p＝qL0-Q，将p的表达式代入 中，得到上覆荷载与支架阻力形成的剪切力的应力强度因子KΙΙq为
将水平挤压力引起的Ⅰ型应力强度因子KΙσ、水平挤压力引起的Ⅱ型应力强度因子KΙΙσ、上覆荷载产生的弯矩引起的Ⅰ型应力强度因子KΙM和上覆荷载与支架阻力形成的剪切力的应力强度因子KΙΙq进行相加，得到深孔预裂裂隙4尖端的Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ的计算公式为：
步骤302、将步骤301中获取的深孔预裂裂隙4尖端的Ⅰ型应力强度因子KΙ和Ⅱ型应力强度因子KΙΙ的表达式代入岩石混凝土压剪断裂判据表达式中，得到基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系表达式为：
其中，λ为压剪比，Kc为基本顶岩层3断裂韧度，单位为MN·m
本实施例中，如图6所示，步骤三中所述通过三角函数计算公式构建深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式为： 其中，L2为直接顶岩层2的厚度，a为深孔预裂裂隙4垂深，β为深孔预裂裂隙4倾角。
步骤四、确定坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值：根据坚硬顶板工作面所处的环境，构建的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系式，以及构建的深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式，获取坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值，所述坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数包括深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L。
本实施例中，步骤四中所述根据坚硬顶板工作面所处的环境，构建的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系式，以及构建的深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式，获取坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的值的具体过程为：
步骤401、根据坚硬顶板工作面所处的环境，经过实地测量，获取深孔预裂裂隙4倾角β的值，将深孔预裂裂隙4倾角β的值和步骤一中确定的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0的值代入获取的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系式中，获取深孔预裂裂隙4垂深a的值；
步骤402、根据坚硬顶板工作面所处的环境，经过实地测量，获取直接顶岩层2厚度L2的值，将直接顶岩层2厚度L2的值和步骤401中获取的深孔预裂裂隙4垂深a的值代入深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式中，获取强制放顶压裂钻孔长度L的值。
为了验证本发明的技术效果，以柠条塔煤矿S1207工作面8为例，柠条塔煤矿位于陕北黄土高原北部，采用本发明的步骤一到步骤四的方法确定该工作面初采期间深孔预裂强制放顶参数。
毛乌素沙漠东南缘，距榆林市神木县城三十公里，处于构造盆地内部，区域地质构造相对简单，地层倾角较小，S1207工作面8主要开采2-2煤层，开采深度主要在130m～195m，属于浅埋煤层，S1207工作面8井下东西方向分别为S1209工作面和S1205工作面，南侧是煤矿南翼2-2煤主巷道，地面标高+1222～+1273m，煤层底板标高+1114m～+1121m，S1207工作面由北向南开采，走向长3260m，倾向长300m，面积为978000m
具体地，如图2所示，根据地质调查结果可知，S1207工作面8的坚硬顶板工作面煤层1的厚度L1为4.3m，直接顶岩层2的厚度L2为3.6m，直接顶岩层2主要包括细粒砂岩薄层，基本顶岩层3的厚度h为18m，基本顶岩层3主要包括细砂岩，局部含细粒长石砂岩和泥钙质胶结。
根据S1207工作面8的赋存情况，参考东西方向的S1209工作面和S1205工作面，经现场实测，步骤一中所述确定的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0为25m。
根据S1207工作面8的赋存情况，经过现场实测，基本顶岩层3上覆荷载q＝0.225MPa，基本顶岩层3的厚度h＝18m，直接顶岩层2传递的工作面支架阻力Q＝10320kN，基本顶岩层3岩梁两端水平挤压力T＝0N，压剪比λ＝1，基本顶岩层3的断裂韧度Kc＝1.5MN/m
根据S1207工作面8赋存情况，现场实测，深孔预裂裂隙4倾角β为30°；
将深孔预裂裂隙4倾角β的值和步骤一中确定的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0的值代入步骤301获取的基本顶岩层3初次强制放顶步距L0、深孔预裂裂隙4倾角β和深孔预裂裂隙4垂深a之间的关系式
中，得到深孔预裂裂隙4垂深a的值为9m。
将将直接顶岩层2厚度L2的值和步骤401中获取的深孔预裂裂隙4垂深a的值代入深孔预裂裂隙4倾角β、深孔预裂裂隙4垂深a和强制放顶压裂钻孔长度L之间的关系式 种，得到强制放顶压裂钻孔L的长度为25.2m。
具体地，采用强制放顶压裂钻孔的长度L指导坚硬顶板工作面上强制放顶压裂钻孔的布置，对坚硬顶板工作面上强制放顶压裂钻孔进行布置的具体方法为：在切眼5的位置上钻12个呈一字型均匀排布的第一压裂钻孔K9且K9的数量为9个，在回风顺槽6布置一列第二压裂钻孔S110且S110的数量为2个，在胶运顺槽7布置一列第三压裂钻孔S211且S211的数量为2个，所述第二压裂钻孔S1与回风顺槽6轴向成45°角相交，所述第三压裂钻孔S2与胶运顺槽7轴向成45°角相交。
如图5所示，将压裂钻孔L的长度设置为26m，与工作面推进方向的夹角为30°的倾角施工钻孔，按照由中间向两边的顺序先钻压裂钻孔K并注水压裂，再钻压裂钻孔S并注水压裂，压裂钻孔进尺总计：312m(12个K孔)+104m(2个S1孔和2个S2孔)＝416m。
S1207工作面8采用综合机械化走向长壁后退式采煤法，选用ZY12000/27/58D型二柱式掩护支架，额定工作阻力为12000kN，压裂钻孔施工过程中选用ZDY650型号钻机及其配套平台，选用的钻头直径为56mm，选用的钻杆直径为42mm，经现场实测，采用水力压裂技术进行强制放顶，在不计切眼5宽度的情况下，基本顶岩层3初次强制放顶步距平均为27m，工作面安全顺利推过初采期，未出现顶板事故。S1207工作面支架工作阻力分布如图7所示，直接顶岩层2传递的坚硬顶板工作面支架阻力有富余量，支架选型合理。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
一种坚硬顶板工作面深孔预裂强制放顶参数的确定方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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