在掘進巷道之前，地下的巖層或煤層是實體的，上部巖層的重量壓在下部巖層上，處于平衡狀態(tài)。這時候巖體不變形，也不會移動。我們在煤層或巖層中掘進一條巷道后，巷道頂部的巖層就要往下落，這個頂部巖層的重量就壓在巷道的兩幫上(叫做支承壓力)，就像蓋房子用的水泥預制板搭在兩堵磚墻上一樣。如果巷道斷面小，而頂板巖層又堅硬，這個“預制板”(頂板)一時還不會垮落；如果巷道斷面大，頂板巖層比較松軟、層理又明顯，這個“預制板”就會發(fā)生離層和彎曲下沉，老工人叫“頂板有勁”了；要是不用支架．式采用其他辦法支護住，最后就要斷裂、破壞，冒落下來。這種由于進行采掘活動而在巷道及回采工作面周圍巖體中，以及在支架上所引起的力，叫做“礦山壓力”，人們習慣稱為頂板壓力。
　　
　　掘出的巷道如不支護，頂板就要冒落，冒頂會不會越冒越高呢?在回答這個問題之前，我們先來看看有些農(nóng)村的窯洞吧。在黃土高原土質致密的地方，人們往往在向陽坡掏成半圓頂窯洞居住，窯洞里不支護，上面的黃土層多少年也不會塌落。井下巷道也是這樣，當頂板冒成“拱”的形狀(有的軟巖層可能冒成“窩頭狀”)，就自然平衡不再往高處冒了，形成了自然平衡拱。這時頂板的壓力通過圓拱傳遞到巷道兩幫上，就好像一座石拱橋，橋上的物體重量是由兩邊橋基來承擔一樣。這個拱可以保持比較長時間的穩(wěn)定，因此巷道支架所承受的壓力，主要是拱內破碎巖石的重量。這種情況，在煤炭科學理論上叫做“自然平衡拱假說”。