重点推广项目编号：AQT-3-10

主要完成单位：兖矿集团有限公司、中国矿业大学

项目内容：

本项目有四大内容，18个研究项目：一、超深厚表土冻结壁设计技术研究；二、大型冻结站设计和运行技术研究；三、超深厚表土冻结壁形成与维护技术研究；四、超深厚表土冻结信息化施工监测技术研究。

项目特点：

1、提出了超深厚表土井筒冻结设计的新方法，使用临界压力确定冻结壁状态，充分考虑冻土流变特性的冻结壁计算方法，建立了群孔温度场的有限元计算模型并应用多元回归的方法得到冻结壁平均温度的计算公式，同时通过对工程实例的统计分析得到冻结孔布置圈径和冻结深度等的关系，形成了理论计算有限元分析和多元统计相结合的冻结壁设计方法。

2、提出并采用三圈孔冻结方式，采用大深度局部冻结技术；研究了盐水流量合理分配方式技术，提出冻结孔靶域施工方法；采用集成式的制冷技术和高效率的箱式变电站；形成了适合于超深厚表土井筒冻结施工的新方法。

3、通过信息化施工监测技术，及时提供冻结过程中的各种数据和资料，掌握了井筒冻结和制冷设备运转情况，检验了设计，指导了施工，提高了冻结效率，保障了施工安全。

对于超深厚表土冻结壁的设计计算，国外采用施工监测、有限元计算和模拟试验相结合的方法进行研究，而有限元计算更得到相当的重视。我国没有超深厚表土冻结井的施工实例，因此我们通过深入的理论研究结合有限元分析，得出冻结温度场和冻结壁厚度的计算方法，结合信息化施工监测技术，逐步得到超深厚表土冻结壁设计方法并在工程中得到很好的应用。以上成果已经在山东巨野矿区超深厚表土的龙固副井、赵楼主副风井、郭屯副井及淮南矿区顾北副井和焦作矿区赵固副井的设计得到应用，对超深厚表土冻结技术具有开创性的意义。

创新点：

1、独立完成国内第一个冻结深度超过600米的超深厚表土冻结井，冻结深度为702米的郭屯副井在开挖中；

2、首次提出理论计算、有限元分析和多元统计相结合的冻结壁设计方法；

3、首次提出三圈孔冻结方案；

4、首次采用大深度局部冻结技术；

5、盐水流量合理分配；

6、首次提出冻结孔靶域施工；

7、首次采用集成式的制冷技术；

8、首次采用高效率的箱式变电站；

9、首次采用信息化施工技术指导施工形成了一整套具有自主知识产权的超深厚表土设计、施工和运行的方法。

应用情况：

“超深厚表土冻结设计及应用新技术研究”解决了超深厚表土冻结壁设计技术、大型冻结站设计和运行技术、超深厚表土冻结壁形成与维护技术三个影响超深厚表土矿井冻结的关键技术，并把信息化施工技术引入超深厚表土矿井冻结，为今后我国超深厚表土矿井冻结提供了一整套的设计和施工技术。其研究成果在龙固副井、赵楼主副风井、顾北主井、郭屯副井等超深厚表土冻结矿井中得到了很好的应用。随着超深厚表土下矿井的陆续开发，冻结规模越来越大，冻结设计、施工和运行需要科学指导，尤其超深厚表土冻结信息化施工技术的应用具有广阔的应用前景。本课题研究形成了一整套具有自主知识产权的超深厚表土设计、施工、运行及信息化施工检测的方法，成功应用于新矿集团龙固副井等超深厚表土冻结的设计、施工，对超深厚表土冻结技术具有开创性的意义。