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西部开采煤层要面对复杂的地质构造以及工程地质问题,西部地层一般具有高含水率,低胶结率,且容易软化等特点,因此在这些的含水地层的支护以及加固开采上多采用冻结法来解决这些问题,这也是解决穿越富水地层的最有效的施工技术。因此对不同地层在不同状态下的冻结规律的研究,可以为西部矿井进行冻结设计与冻结壁的厚度预测提供参数选择方法。本文以新庄煤矿冻结井筒穿越不同地层为例,主要的研究内容有:(1)对各个地层进行地质条件,地温分布,地层物理性质等地层的地质分布规律进行研究,并根据各地层的地质环境,选取出三个代表层(第四系土层中的粘性粉土层,白垩系地层中的洛河组岩层,侏罗系地层中的安定组岩层)作为所在地层的典型代表;(2)通过量子理论建立材料热传导理论的晶格理论,并通过该理论对相关地层的微观结构扫描结果,微观成分分析结果与不同状态(干燥,自然,饱和含水率,地温,20℃,10℃,0℃,-10℃,-20℃,-30℃)下的热物理参数测试试验结果进行了理论分析,并结合各地层的地质环境进行热传导理论研究,重点分析各个地层在不同状态下的热传导的差异性以及变化规律的机制;(3)运用ANSYS软件,在试验数据的基础上对地层在冻结壁处于不同状态(干燥,自然,饱和含水率,地温,20℃,10℃,0℃,-10℃,-20℃,-30℃)下的通过变化的物理参数,模拟各自冻结温度场的分布,分析不同状态下导热系数变化对冻结工程产生的影响;(4)通过现场实测对比模拟结果,分析模拟与实测规律之间的关系,为不同状态下的地层进行冻结施工参数的选择提供依据。本文采用热物理试验、数值模拟和现场实测相结合的方法对新庄煤矿副立井不同代表层的冻结规律进行了研究,相应的研究成果对穿越西部复杂地层的冻结工程的设计优化具有一定的参考价值。