新书推荐：深厚冲积层冻结法凿井设计理论与精细化施工技术

本书分析了深厚冲积层冻结法凿井技术现状与存在的技术问题；系统阐述了600～1000m深厚冲积层冻结壁平均温度精准计算方法、冻结壁厚度设计计算体系和以外圈为主冻结孔圈的多圈孔冻结方案设计技术；详细论述了冻结壁形成特性时间与工况双动态控制理论与技术；系统论述了深厚冲积层设计应用C80～C100混凝土内外层井壁结构水平荷载标准值、混凝土强度设计值等参数取值方法；介绍了深厚冲积层冻结井筒专用C80～C100高性能混凝土制备技术、深井冻结壁及内外层井壁温度检测技术；论述了冻结壁温度场、井壁温度场与混凝土性能的相互耦合规律和调控技术；分析和总结了600～1000m深厚冲积层冻结法凿井精准设计理论与精细化施工关键技术体系和创新性成果。

随着浅部煤炭资源逐渐枯竭，开发深厚冲积层或富水松软岩层覆盖的深部煤炭资源成为保障国家能源安全的关键。我国自1955年首次成功应用冻结法凿井以来，经过近70年的研究和发展，已在立井深厚冲积层冻结法凿井理论和技术方面取得了显著成就，并形成了独具特色的理论和技术体系。

发展历程与成就

我国在1955年于开滦林西风井井筒首次成功应用冻结法凿井，自此冻结法逐渐成为我国立井穿过深厚冲积层和富水松软岩层的主要特殊凿井方法。经过多年的研究和实践，我国攻克了一系列关键理论和技术难题，特别是在深厚冲积层冻结法凿井领域取得了国际领先的成果。

（1）1998年，“陈四楼矿主、副井深井冻结凿井技术”项目获得国家科学技术进步奖二等奖，标志着我国成功攻克了400m深厚冲积层冻结法凿井的关键理论和技术难题 。

（2）2009年，“600m特厚表土层冻结法凿井关键技术”项目再次获得国家科学技术进步奖二等奖，表明我国已掌握了400～600m深厚冲积层冻结法凿井的核心技术。

当前挑战与需求

近年来，多个矿井建设的井筒需要穿过超过600m的深厚冲积层。从现有技术和装备来看，冻结法是目前唯一可行的凿井方法。然而，面对超过600m的深厚冲积层，仍需攻克一系列关键理论和技术难题。①地压增加：随着冲积层厚度的增大，冻结壁及井壁所承受的地压大幅增加，要求冻结壁厚度和强度相应提高，井壁厚度和强度也需要大幅增强；②混凝土性能提升：为了适应深井冻结段井壁施工和井壁受力与防水要求，浇筑井壁的混凝土强度及性能也发生了巨大变化；③设计与实施偏差：过往的冻结设计理论和施工技术应用于大于600m深厚冲积层时，设计与实施效果偏差大，容易造成冻结制冷量的浪费或不足，影响冻结工程质量和安全。

研究成果与创新

为了解决上述问题，作者与多位同行基于大量工程实践和理论研究，取得了一系列重要成果：

（1）精准设计方法：发明了大于600m深厚冲积层冻结方案设计方法，构建了深井冻结壁厚度和平均温度精准设计计算体系，解决了冻结壁厚度与平均温度耦合精准设计难题。

（2）多圈孔冻结分类方法：提出了基于主冻结孔圈、辅助冻结孔圈、防片冻结孔圈的多圈孔冻结分类方法，研发了以外孔圈作为主冻结孔圈的深井冻结方案设计技术，解决了精准实现冻结壁厚度和平均温度的关键技术难题。

（3）高强度混凝土制备技术：开发了深厚冲积层冻结法凿井井壁专用的C80～C120高强高性能混凝土制备技术，研发了深厚冲积层冻结壁温度场与高强混凝土井壁温度场耦合设计及检测技术，提出了高承载能力井壁设计关键参数的安全取值方法。

（4）动态分析与调控技术：发明了冻结壁形成过程有关参数的动态分析方法，开发了冻结时间和冻结工况双动态条件下冻结壁形成特性分析与调控技术，为精准调控和精细化冻结提供了科学分析和施工方法。

（5）协同机制：建立了冻结壁位移实测和掘进段高耦合调控机制、冻结壁形成预报和调控机制，为井筒掘砌与制冷冻结施工的有效协同提供了重要保障。

通过近70年的不懈努力，我国在立井深厚冲积层冻结法凿井理论和技术方面取得了举世瞩目的成就。未来，随着技术的不断进步和完善，相信我国在深部煤炭资源开发领域将继续保持领先地位，为国家能源供给安全提供坚实保障。

▲ 冻结法凿井示意图

1-清水泵；2-水池；3-蒸发式冷凝器；4-空气分离器；5-热虹吸氨贮液器；6-氨油分离器；7-集油器；8-螺杆氨压缩机；9-氨虹吸蒸发器；10-盐水泵；11-集、配液圈；12-冻结管；13-冻结壁；14-井壁；15-水位观测孔；16-测温孔

▲ 600～1000m深厚冲积层冻结法凿井设计理论与精细化施工关键技术思路

本书主要内容

第1章

分析了深厚冲积层冻结法凿井技术现状与存在的技术难题。

第2章

系统阐述了600～1000m 深厚冲积层冻结壁平均温度精准计算方法、冻结壁厚度设计计算体系。

第3章

系统阐述了以外圈为主冻结孔圈的多圈孔冻结方案设计技术。

第4章

详细论述了深厚冲积层冻结壁形成特性基本规律、冻结壁形成特性的影响因子及参数取值方法、多圈孔冻结壁形成特性综合分析方法、冻结时间与冻结工况双动态冻结壁形成特性控制理论与技术。

第5章

介绍了基于工程项目当地主材制备深厚冲积层冻结井筒专用的C60～C100高性能混凝土技术，系统论述了深厚冲积层内外层井壁荷载标准值取值方法、冻结井壁设计应用C80～C100混凝土结构强度设计值等8项参数取值方法。

第6章

介绍了深井冻结壁及内外层井壁温度检测技术，并基于实测数据论述了冻结壁温度场、井壁温度场与混凝土性能的相互耦合规律和调控技术。

第7章

介绍了深厚冲积层冻结法凿井挖溏心技术及冻结段爆破技术。

第8章

总结了600～1000m深厚冲积层冻结法凿井设计理论与精细化施工关键技术的创新成果。

第9章

介绍了冻结设计理论和施工技术成果在赵固二矿西风井井筒深厚冲积层冻结法凿井工程中的应用实施情况。

本书旨在总结和阐述600～1000m 深厚冲积层冻结法凿井设计理论与精细化施工关 键技术，系统介绍通过科技攻关和工程实践形成的精准设计、精准实现、精准调控、精细化施工理论和技术成果，可供从事冻结法凿井的科研、设计、教学和施工等单位的广大技术和管理人员参考与交流。

本书姊妹篇：

本文总结自《深厚冲积层冻结法凿井设计理论与精细化施工技术》（李功洲 著. 北京：科学出版社，2024.12）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

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