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根据顶板岩层中自然γ射线穿过剩留以后其辐射强度逐渐衰减的特性，对采用自然γ射线方法检测剩留煤层厚度的理论和实验进行了研究，建立了剩留煤层厚度与自然γ射线辐射强度衰减量的数学模型，通过在水峪煤矿采煤工作面的实测数据，证明了数学模型的正确性，另外对自然γ射线辐射强度衰减量受辐射角度和顶板岩层厚度的影响也进行了较详细地讨论，研究结果为采煤机摇臂调高传感装置的研究提供了基础。