本書分析了深厚沖積層凍結法鑿井技術現狀與存在的技術問題；系統闡述了600～1000m深厚沖積層凍結壁平均溫度精準計算方法、凍結壁厚度設計計算體系和以外圈為主凍結孔圈的多圈孔凍結方案設計技術；詳細論述了凍結壁形成特性時間與工況雙動態控制理論與技術；系統論述了深厚沖積層設計應用C80～C100混凝土內外層井壁結構水平荷載標準值、混凝土強度設計值等參數取值方法；介紹了深厚沖積層凍結井筒專用C80～C100高性能混凝土制備技術、深井凍結壁及內外層井壁溫度檢測技術；論述了凍結壁溫度場、井壁溫度場與混凝土性能的相互耦合規律和調控技術；分析和總結了600～1000m深厚沖積層凍結法鑿井精準設計理論與精細化施工關鍵技術體系和創新性成果。

隨著淺部煤炭資源逐漸枯竭，開發深厚沖積層或富水松軟巖層覆蓋的深部煤炭資源成為保障國家能源安全的關鍵。我國自1955年首次成功應用凍結法鑿井以來，經過近70年的研究和發展，已在立井深厚沖積層凍結法鑿井理論和技術方面取得了顯著成就，并形成了獨具特色的理論和技術體系。

發展歷程與成就

我國在1955年于開灤林西風井井筒首次成功應用凍結法鑿井，自此凍結法逐漸成為我國立井穿過深厚沖積層和富水松軟巖層的主要特殊鑿井方法。經過多年的研究和實踐，我國攻克了一系列關鍵理論和技術難題，特別是在深厚沖積層凍結法鑿井領域取得了國際領先的成果。

（1）1998年，“陳四樓礦主、副井深井凍結鑿井技術”項目獲得國家科學技術進步獎二等獎，標志著我國成功攻克了400m深厚沖積層凍結法鑿井的關鍵理論和技術難題 。

（2）2009年，“600m特厚表土層凍結法鑿井關鍵技術”項目再次獲得國家科學技術進步獎二等獎，表明我國已掌握了400～600m深厚沖積層凍結法鑿井的核心技術。

當前挑戰與需求

近年來，多個礦井建設的井筒需要穿過超過600m的深厚沖積層。從現有技術和裝備來看，凍結法是目前唯一可行的鑿井方法。然而，面對超過600m的深厚沖積層，仍需攻克一系列關鍵理論和技術難題。①地壓增加：隨著沖積層厚度的增大，凍結壁及井壁所承受的地壓大幅增加，要求凍結壁厚度和強度相應提高，井壁厚度和強度也需要大幅增強；②混凝土性能提升：為了適應深井凍結段井壁施工和井壁受力與防水要求，澆筑井壁的混凝土強度及性能也發生了巨大變化；③設計與實施偏差：過往的凍結設計理論和施工技術應用于大于600m深厚沖積層時，設計與實施效果偏差大，容易造成凍結制冷量的浪費或不足，影響凍結工程質量和安全。

研究成果與創新

為了解決上述問題，作者與多位同行基于大量工程實踐和理論研究，取得了一系列重要成果：

（1）精準設計方法：發明了大于600m深厚沖積層凍結方案設計方法，構建了深井凍結壁厚度和平均溫度精準設計計算體系，解決了凍結壁厚度與平均溫度耦合精準設計難題。

（2）多圈孔凍結分類方法：提出了基于主凍結孔圈、輔助凍結孔圈、防片凍結孔圈的多圈孔凍結分類方法，研發了以外孔圈作為主凍結孔圈的深井凍結方案設計技術，解決了精準實現凍結壁厚度和平均溫度的關鍵技術難題。

（3）高強度混凝土制備技術：開發了深厚沖積層凍結法鑿井井壁專用的C80～C120高強高性能混凝土制備技術，研發了深厚沖積層凍結壁溫度場與高強混凝土井壁溫度場耦合設計及檢測技術，提出了高承載能力井壁設計關鍵參數的安全取值方法。

（4）動態分析與調控技術：發明了凍結壁形成過程有關參數的動態分析方法，開發了凍結時間和凍結工況雙動態條件下凍結壁形成特性分析與調控技術，為精準調控和精細化凍結提供了科學分析和施工方法。

（5）協同機制：建立了凍結壁位移實測和掘進段高耦合調控機制、凍結壁形成預報和調控機制，為井筒掘砌與制冷凍結施工的有效協同提供了重要保障。

通過近70年的不懈努力，我國在立井深厚沖積層凍結法鑿井理論和技術方面取得了舉世矚目的成就。未來，隨著技術的不斷進步和完善，相信我國在深部煤炭資源開發領域將繼續保持領先地位，為國家能源供給安全提供堅實保障。

▲ 凍結法鑿井示意圖

1-清水泵；2-水池；3-蒸發式冷凝器；4-空氣分離器；5-熱虹吸氨貯液器；6-氨油分離器；7-集油器；8-螺桿氨壓縮機；9-氨虹吸蒸發器；10-鹽水泵；11-集、配液圈；12-凍結管；13-凍結壁；14-井壁；15-水位觀測孔；16-測溫孔

▲ 600～1000m深厚沖積層凍結法鑿井設計理論與精細化施工關鍵技術思路

本書主要內容

第1章

分析了深厚沖積層凍結法鑿井技術現狀與存在的技術難題。

第2章

系統闡述了600～1000m 深厚沖積層凍結壁平均溫度精準計算方法、凍結壁厚度設計計算體系。

第3章

系統闡述了以外圈為主凍結孔圈的多圈孔凍結方案設計技術。

第4章

詳細論述了深厚沖積層凍結壁形成特性基本規律、凍結壁形成特性的影響因子及參數取值方法、多圈孔凍結壁形成特性綜合分析方法、凍結時間與凍結工況雙動態凍結壁形成特性控制理論與技術。

第5章

介紹了基于工程項目當地主材制備深厚沖積層凍結井筒專用的C60～C100高性能混凝土技術，系統論述了深厚沖積層內外層井壁荷載標準值取值方法、凍結井壁設計應用C80～C100混凝土結構強度設計值等8項參數取值方法。

第6章

介紹了深井凍結壁及內外層井壁溫度檢測技術，并基于實測數據論述了凍結壁溫度場、井壁溫度場與混凝土性能的相互耦合規律和調控技術。

第7章

介紹了深厚沖積層凍結法鑿井挖溏心技術及凍結段爆破技術。

第8章

總結了600～1000m深厚沖積層凍結法鑿井設計理論與精細化施工關鍵技術的創新成果。

第9章

介紹了凍結設計理論和施工技術成果在趙固二礦西風井井筒深厚沖積層凍結法鑿井工程中的應用實施情況。

本書旨在總結和闡述600～1000m 深厚沖積層凍結法鑿井設計理論與精細化施工關 鍵技術，系統介紹通過科技攻關和工程實踐形成的精準設計、精準實現、精準調控、精細化施工理論和技術成果，可供從事凍結法鑿井的科研、設計、教學和施工等單位的廣大技術和管理人員參考與交流。

本書姊妹篇：

本文總結自《深厚沖積層凍結法鑿井設計理論與精細化施工技術》（李功洲 著. 北京：科學出版社，2024.12）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

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