自然平衡拱

塌落後壓在洞頂襯動上，拱形分離體的重量印為洞項圍岩壓力，而拱外岩體仍保持平衡，形成的拱稱為自然平衡拱。 由於斷層、節理裂限的強烈切制，使圍岩成為類似於鬆散介質，或者圍岩本類的鬆散介質。在地下開挖後。圍岩因失去平衡而與母岩分離，在其項部出現拱形身是土體分離體。

中文名稱	自然平衡拱
英文名稱	dome of natural equilibrium;natural arch
定　　義	採掘空間上方岩層破壞後形成的相對穩定的拱形結構。
套用學科	煤炭科技（一級學科），煤礦開採（二級學科），礦山壓力與岩層控制（三級學科）

基本介紹

• 中文名：自然平衡拱
• 外文名：Natural balance arch
• 領域：圍岩載荷理論
• 學科：建築科學

概述

岩石因有結晶結構和節理而不很堅固，因此在其本身的重力作用下能夠自然崩落。根據強度的不同，岩石的自然崩落有一定的極限角度。小於這個角度時自然崩落便停止，所崩落的岩層保持著平衡狀態。採掘空間上方岩層破壞後形成的相對穩定的拱形結構叫自然平衡拱。當煤岩體出現一個空間後，頂板失去支撐，如不加以支護就會下沉，產生裂縫變形，隨之裂縫不斷擴大，頂板煤岩呈塊狀鬆動而垮落下來。如果空間不再擴大頂板不再冒落時，形成相對穩定的拱形狀態（如圖所示）。

自然平衡拱結構

形成原因

自然平衡拱的形成是因為煤岩層都有一定的自撐力（強度），冒落後保持一小段懸伸於空間，並能托上面的煤岩層，再向空間多伸出一段。這樣越往上懸伸部分也越長，最後從空間兩側突出的懸沖部分幾乎連線，將最上部的岩層全部托住，達到平衡狀態。自然平衡拱只能在短時間內保持平衡，當時間長久或受到其他礦山壓力的影響時，平衡遭到破壞；平衡拱的跨度與高度就會不斷的擴大，形成新的自然平衡拱。

穩定性保持

在剛剛掘完的巷道中，新的支柱通常經過短時間即被壓壞。而後來重新架設的支護將維持很長時間。這是因為：初期掘進巷道的結果，上部岩石的平衡遭到破壞，因而岩石移動，引起很大的作用於支柱上的壓力。巷道上面形成拱形後，上部岩石達到平衡，新的支柱只承受拱形輪廓內的岩石重量，也就是說壓力巳固定並停止在正常狀態。

為了保護支柱和減小初期壓力，可設定可縮性的支柱（撥尖端的立柱）。當初期壓力作用於支柱時，立柱的尖端即折壞，巷道的斷面稍為減小，但支柱則保存下來並能使用較長時間。