本書分析了深厚沖積層凍結(jié)法鑿井技術(shù)現(xiàn)狀與存在的技術(shù)問題；系統(tǒng)闡述了600～1000m深厚沖積層凍結(jié)壁平均溫度精準(zhǔn)計(jì)算方法、凍結(jié)壁厚度設(shè)計(jì)計(jì)算體系和以外圈為主凍結(jié)孔圈的多圈孔凍結(jié)方案設(shè)計(jì)技術(shù)；詳細(xì)論述了凍結(jié)壁形成特性時(shí)間與工況雙動(dòng)態(tài)控制理論與技術(shù)；系統(tǒng)論述了深厚沖積層設(shè)計(jì)應(yīng)用C80～C100混凝土內(nèi)外層井壁結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值、混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等參數(shù)取值方法；介紹了深厚沖積層凍結(jié)井筒專用C80～C100高性能混凝土制備技術(shù)、深井凍結(jié)壁及內(nèi)外層井壁溫度檢測技術(shù)；論述了凍結(jié)壁溫度場、井壁溫度場與混凝土性能的相互耦合規(guī)律和調(diào)控技術(shù)；分析和總結(jié)了600～1000m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井精準(zhǔn)設(shè)計(jì)理論與精細(xì)化施工關(guān)鍵技術(shù)體系和創(chuàng)新性成果。

隨著淺部煤炭資源逐漸枯竭，開發(fā)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(guān)鍵。我國自1955年首次成功應(yīng)用凍結(jié)法鑿井以來，經(jīng)過近70年的研究和發(fā)展，已在立井深厚沖積層凍結(jié)法鑿井理論和技術(shù)方面取得了顯著成就，并形成了獨(dú)具特色的理論和技術(shù)體系。

發(fā)展歷程與成就

我國在1955年于開灤林西風(fēng)井井筒首次成功應(yīng)用凍結(jié)法鑿井，自此凍結(jié)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(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，我國攻克了一系列關(guān)鍵理論和技術(shù)難題，特別是在深厚沖積層凍結(jié)法鑿井領(lǐng)域取得了國際領(lǐng)先的成果。

（1）1998年，“陳四樓礦主、副井深井凍結(jié)鑿井技術(shù)”項(xiàng)目獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，標(biāo)志著我國成功攻克了400m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井的關(guān)鍵理論和技術(shù)難題 。

（2）2009年，“600m特厚表土層凍結(jié)法鑿井關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目再次獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，表明我國已掌握了400～600m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井的核心技術(shù)。

當(dāng)前挑戰(zhàn)與需求

近年來，多個(gè)礦井建設(shè)的井筒需要穿過超過600m的深厚沖積層。從現(xiàn)有技術(shù)和裝備來看，凍結(jié)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(guān)鍵理論和技術(shù)難題。①地壓增加：隨著沖積層厚度的增大，凍結(jié)壁及井壁所承受的地壓大幅增加，要求凍結(jié)壁厚度和強(qiáng)度相應(yīng)提高，井壁厚度和強(qiáng)度也需要大幅增強(qiáng)；②混凝土性能提升：為了適應(yīng)深井凍結(jié)段井壁施工和井壁受力與防水要求，澆筑井壁的混凝土強(qiáng)度及性能也發(fā)生了巨大變化；③設(shè)計(jì)與實(shí)施偏差：過往的凍結(jié)設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)應(yīng)用于大于600m深厚沖積層時(shí)，設(shè)計(jì)與實(shí)施效果偏差大，容易造成凍結(jié)制冷量的浪費(fèi)或不足，影響凍結(jié)工程質(zhì)量和安全。

研究成果與創(chuàng)新

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

（1）精準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法：發(fā)明了大于600m深厚沖積層凍結(jié)方案設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了深井凍結(jié)壁厚度和平均溫度精準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)算體系，解決了凍結(jié)壁厚度與平均溫度耦合精準(zhǔn)設(shè)計(jì)難題。

（2）多圈孔凍結(jié)分類方法：提出了基于主凍結(jié)孔圈、輔助凍結(jié)孔圈、防片凍結(jié)孔圈的多圈孔凍結(jié)分類方法，研發(fā)了以外孔圈作為主凍結(jié)孔圈的深井凍結(jié)方案設(shè)計(jì)技術(shù)，解決了精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)凍結(jié)壁厚度和平均溫度的關(guān)鍵技術(shù)難題。

（3）高強(qiáng)度混凝土制備技術(shù)：開發(fā)了深厚沖積層凍結(jié)法鑿井井壁專用的C80～C120高強(qiáng)高性能混凝土制備技術(shù)，研發(fā)了深厚沖積層凍結(jié)壁溫度場與高強(qiáng)混凝土井壁溫度場耦合設(shè)計(jì)及檢測技術(shù)，提出了高承載能力井壁設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)的安全取值方法。

（4）動(dòng)態(tài)分析與調(diào)控技術(shù)：發(fā)明了凍結(jié)壁形成過程有關(guān)參數(shù)的動(dòng)態(tài)分析方法，開發(fā)了凍結(jié)時(shí)間和凍結(jié)工況雙動(dòng)態(tài)條件下凍結(jié)壁形成特性分析與調(diào)控技術(shù)，為精準(zhǔn)調(diào)控和精細(xì)化凍結(jié)提供了科學(xué)分析和施工方法。

（5）協(xié)同機(jī)制：建立了凍結(jié)壁位移實(shí)測和掘進(jìn)段高耦合調(diào)控機(jī)制、凍結(jié)壁形成預(yù)報(bào)和調(diào)控機(jī)制，為井筒掘砌與制冷凍結(jié)施工的有效協(xié)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(jié)法鑿井理論和技術(shù)方面取得了舉世矚目的成就。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，相信我國在深部煤炭資源開發(fā)領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)保持領(lǐng)先地位，為國家能源供給安全提供堅(jiān)實(shí)保障。

▲ 凍結(jié)法鑿井示意圖

1-清水泵；2-水池；3-蒸發(fā)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(jī)；9-氨虹吸蒸發(fā)器；10-鹽水泵；11-集、配液圈；12-凍結(jié)管；13-凍結(jié)壁；14-井壁；15-水位觀測孔；16-測溫孔

▲ 600～1000m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)理論與精細(xì)化施工關(guān)鍵技術(shù)思路

本書主要內(nèi)容

第1章

分析了深厚沖積層凍結(jié)法鑿井技術(shù)現(xiàn)狀與存在的技術(shù)難題。

第2章

系統(tǒng)闡述了600～1000m 深厚沖積層凍結(jié)壁平均溫度精準(zhǔn)計(jì)算方法、凍結(jié)壁厚度設(shè)計(jì)計(jì)算體系。

第3章

系統(tǒng)闡述了以外圈為主凍結(jié)孔圈的多圈孔凍結(jié)方案設(shè)計(jì)技術(shù)。

第4章

詳細(xì)論述了深厚沖積層凍結(jié)壁形成特性基本規(guī)律、凍結(jié)壁形成特性的影響因子及參數(shù)取值方法、多圈孔凍結(jié)壁形成特性綜合分析方法、凍結(jié)時(shí)間與凍結(jié)工況雙動(dòng)態(tài)凍結(jié)壁形成特性控制理論與技術(shù)。

第5章

介紹了基于工程項(xiàng)目當(dāng)?shù)刂鞑闹苽渖詈駴_積層凍結(jié)井筒專用的C60～C100高性能混凝土技術(shù)，系統(tǒng)論述了深厚沖積層內(nèi)外層井壁荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值方法、凍結(jié)井壁設(shè)計(jì)應(yīng)用C80～C100混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值等8項(xiàng)參數(shù)取值方法。

第6章

介紹了深井凍結(jié)壁及內(nèi)外層井壁溫度檢測技術(shù)，并基于實(shí)測數(shù)據(jù)論述了凍結(jié)壁溫度場、井壁溫度場與混凝土性能的相互耦合規(guī)律和調(diào)控技術(shù)。

第7章

介紹了深厚沖積層凍結(jié)法鑿井挖溏心技術(shù)及凍結(jié)段爆破技術(shù)。

第8章

總結(jié)了600～1000m深厚沖積層凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)理論與精細(xì)化施工關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新成果。

第9章

介紹了凍結(jié)設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)成果在趙固二礦西風(fēng)井井筒深厚沖積層凍結(jié)法鑿井工程中的應(yīng)用實(shí)施情況。

本書旨在總結(jié)和闡述600～1000m 深厚沖積層凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)理論與精細(xì)化施工關(guān) 鍵技術(shù)，系統(tǒng)介紹通過科技攻關(guān)和工程實(shí)踐形成的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)、精準(zhǔn)調(diào)控、精細(xì)化施工理論和技術(shù)成果，可供從事凍結(jié)法鑿井的科研、設(shè)計(jì)、教學(xué)和施工等單位的廣大技術(shù)和管理人員參考與交流。

本書姊妹篇：

本文總結(jié)自《深厚沖積層凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)理論與精細(xì)化施工技術(shù)》（李功洲 著. 北京：科學(xué)出版社，2024.12）一書“前言”，有刪減修改，標(biāo)題為編者所加。

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