我国资源禀赋条件决定了以煤为主的能源格局，在相当长时期内不会改变。随着国家西部大开发战略的进一步实施，煤炭资源开采重心不断西移，同时西部煤炭基地建设规模也要比东部大很多[1]。

马普龙长着一个巨大的脑袋，长度超过1.5米。鼻孔长在头部前端，沿着鼻孔向后，一直到眼睛后方的头顶两侧，长着两道瘤质的脊状突起，非常有特色。马普龙的嘴巴中长有两排硕大而锋利的牙齿，这些牙齿向后弯曲，两侧有细密的锯齿结构，就像切牛排的餐刀一样。巨大的嘴巴，再加上强大的咬合力，将马普龙的头部变成了恐怖的杀戮武器。

西部地区矿井穿越的地层特征与东部地区存在明显不同。西部地区矿井第四系冲积层厚度大都在40 m以内，井筒穿越的地层主要以中生界白垩系和侏罗系地层为主[2]。本世纪初，由于对西部地区富水软岩地层特征认识不足，导致矿井建设过程中，白垩系地层冻结法施工的井筒出现冻结壁推迟交圈、失稳甚至井筒涌水淹井等严重工程事故，致使冻结工期拖延，投资增加，工程返工等[3-4]。

温度场是指介质空间内各点上瞬时温度的集合，是一个与时间、空间都相关的函数。冻结温度场则是指人工冻结工法凿井过程中，在井筒周围形成的温度随时间变化规律[5]。冻结温度场研究是冻结壁力学性能研究的前提，也是冻结法施工必须掌握的核心内容。而实测作为获取现场第一手数据最为直接和有效的手段，与理论分析、模型试验和数值计算共同构成了土木工程学科发展的4个驱动之轮[6]。现以西部某矿风井建设为背景，通过实测，分析冻结凿井期间测温数据，揭示西部富水软岩地层中冻结壁的发展演化规律。相关研究成果对该地区后续矿井冻结设计、方案优化以及冻结施工具有借鉴和指导意义。

1 工程概况

内蒙古鄂尔多斯某矿已在矿井及选煤厂联合工业场地施工了主、副、风井3个井筒，均采用冻结法凿井。为满足井下工作面通风需求，拟在矿井西翼2.7 km处，新建一净直径为5.5 m的风井。根据井检孔资料，西翼风井自上而下穿越的地层主要由第四系、白垩系和侏罗系组成。其中第四系冲积层主要由风积砂、湖积物组成，松散砂土层分布广泛，结构松散，地层总厚度41.05 m。白垩系志丹群主要由中粒砂岩和细粒砂岩组成，泥质胶结，富含孔隙-裂隙水，易风化，强度低，属软弱岩层，地层总厚度335.29 m。侏罗系为含煤地层，主要由中粒砂岩和细粒砂岩及砂质泥岩组成，属低、中等强度岩层。另外，西部地层的显著特征是广泛存在高角度，甚至呈竖直形态的X形共轭剪切裂缝。

2 冻结与监测方案

分析上述地层特点，参考该地区其他工程经验，西翼风井设计采用防片孔+主孔单圈孔冻全深方案。以白垩系底板作为冻结控制层位，按照有限段高强度极限状态，计算冻结壁厚度。经计算，确定冻结壁厚度为3.2 m，冻结壁设计平均温度为-10 ℃。主孔圈径11.5 m，布孔27个，开孔间距1.335 m，深度675 m。防片孔圈径9.3 m，布孔13个，开孔间距2.226 m，深度75 m。冻结钻孔平面布置如图1所示。

  

图1 冻结钻孔平面布置

为准确掌握冻结温度场演化规律，监测冻结壁形成与发展情况，现场布置了3个测温孔。其中测1布置于地下水流上方，主孔外侧界面上；测2布置于地下水流下方，主孔外侧较大界面上；测3布置于主孔最大孔间距处，均距离主孔布孔圈径1.3 m。测温孔中下放OCEAN1010数字式点温计串，自动监测温度；测点沿纵向每20 m布置1个，每孔合计布置32个。另外，对冻结管路总去、回路温度及井帮温度也进行了监测。

3 冻结温度场

3.1 盐水温度

(4)维护冻结期内，不同深度岩层温度基本与原始地温成正相关关系，定量数值介于-3.6～-10 ℃之间，其中最高温度位于1号测温孔的 -620 m位置处。

  

图2 西翼风井盐水温度曲线

由于西部软岩导热特性优于东部深厚黏土层，使得上述盐水温度演化与东部地区存在显著差异。具体表现为积极冻结期时间短，前期降温效率高；维护冻结期受施工影响，温升大等特点。而东部深厚黏土冻结则呈现出积极冻结期时间相对较长；维护冻结期温度受施工影响小，且能基本保持平稳等特点[7]。

3.2 原始地温

冻结信息化监控系统建立完成后，对不同深度岩层的原始地温数据进行采集。不同方位的3个测温孔获取的原始地温数值基本一致，具体表现为随深度增加，地层温度不断线性升高。如地层每加深100 m，温度上升2.38 ℃左右，最深位置-673 m处的原始地温达28.19 ℃，百米温升梯度与文献[8]中的数值一致。

东北大学王兆文等[4]设计研制了2 kA新型换热电解槽，研究了NaNO2-KNO3-NaNO3系熔盐体的物理化学性质，进行了换热电解试验。试验结果表明：利用这种换热系统的电解槽可以平稳运行，同时可成功回收侧部散热量80%左右；回收热量的同时，通过换热系统的运行，可有效控制电解槽的侧部结壳厚度，改善铝电解槽炉帮的使用寿命，给体系换热介质在铝电解槽上的应用奠定了理论基础。

3.3 同一测温孔不同深度岩层温度演化特征

对3个测温孔获取的不同深度岩层温度数据进行整理分析，绘出降温曲线，如图3所示。图中典型深度选取了-280，-420，-510，-550和-620 m五个层位，对应的地层岩性分别为细粒砂岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂质泥岩和近煤层粉砂岩。其中除-280 m层位不在含水层内外，其余4个层位均处于含水层内。另外，随凿井施工的进行，在这5个层位井壁内，埋设了传感器，监测井壁受力、温度及土水压演化情况。

案例分析法，即通过分析一篇或多篇典型的学生习作来分析所存在的问题，并指导学生进行修改。案例分析法的实施流程大致为：

  

图3 同一测温孔不同深度岩层降温曲线

由上图可知：

(1)即便在同一深度相同岩层中，不同方位测温孔获取的温度数值也存在差别。如-620 m层位进入负温的时间，1号孔和3号孔间相差了93 d；实际上，两孔的直线距离仅为12 m左右。究其原因，是由于1号孔位于地下水流方向上方，3号孔处于流速相对较缓的最大孔间距处，受地下水流冲刷影响，前者附近冻结壁发展受限。

百年风雨，沧桑巨变，故宫从辉煌到离乱再到新生的路途，又何尝不是中华民族百年起伏的投影与写照？凤凰涅槃，浴火重生，中华民族伟大复兴的征途，将由我们写就，让我们昂首阔步，勇敢前行。

(2)受地下水流方向、冻结管偏斜以及地层不均匀性等因素影响，不同测温孔的温度演化特征存在差别。如不同深度岩层进入负温最大相差时间，1号测温孔为119 d，远大于冻结相对均匀的3号测温孔28 d。

1.2.1 纳入标准 符合1999年WHO制定的2型糖尿病诊断标准［1］；符合2015年美国ADA制定的DPN确诊诊断标准［1］；右利手；受教育年限至少为6年；18岁≤年龄≤70岁。

(3)受原始地温影响，不同深度岩层降温效率存在差别，但基本上表现为越深位置处降温效率越低，其中尤以1号测温孔差别明显。如1号测温孔-280 m深度岩层进入负温的时间为第53 d，而最深位置-620 m进入负温的时间为第172 d，二者相差119 d。进一步分析产生该差异的原因，可能为越深位置处原始地温高；且1号测温孔位于地下水流方向上方，含水层中过快的水流速度必将影响冻结壁的形成与发展。

西翼风井冻结工程于2016-08-23开机冻结，盐水总去、回路及温差监测结果如图2所示。由图中可见，2016-10-03，现场开始掘进，总去路盐水温度逐渐降到极低值-31.4 ℃，积极冻结期仅为42 d，平均降温速率为0.77 ℃/d。受岩石降温热负荷作用影响，盐水去回路温差较大，介于2.1～4.4 ℃之间。随着开挖的进行，井筒进入维护冻结期。2016年底—2017年8月是井筒开挖的主要时间段，受凿井及季节温升影响，盐水总去回路温度不断攀升；套壁前，总去路温度最高上升到-15.88 ℃左右。维护冻结期升温速率达0.037 ℃/d，且去回路盐水温度不断接近，温差由最大值5.75 ℃逐渐减小至0.94 ℃。2017年9月初，开始套内壁。冻结工程于2017-10-16停机，总冻结工期为420 d。

3.4 不同测温孔相同深度岩层温度演化特征

对不同测温孔相同深度岩层温度演化特征(见图4)作进一步分析，典型层位选取了3个，即-280 m细粒砂岩、-510 m粉砂岩和-620 m近煤层粉砂岩。

各级交通运输主管部门要提高认识，认真学习中发〔2015〕6号文件要求，按照中央和交通运输行业的统一部署，加强组织领导，完善协调机制，加强与林业部门沟通，形成合力和共识，共同推动国有林场林区道路建设，促进国有林场林区长治久安。

  

图4 不同测温孔相同深度岩层降温曲线

分析上图，可以得出以下几点结论：

这些中国艺术人类学理论，生发自本土艺术田野实证研究，研究者已经认识到了本土化理论建构的重要性和紧迫性，这是学科发展到一定阶段所生发的学术自觉。虽然研究对象有别，但对于理论建构的愿望却是不谋而合，具有相当的普适性和实践指导意义。

(1)总体上测温孔降温演化特征与盐水温度变化基本一致，表现为积极冻结期急速下降和维护冻结期相对趋于稳定。

(2)深度越大，同一深度岩层不同测温孔的温度发展差异越明显。如3个代表性层位进入负温的时间差，不同测温孔间依次为16，65和93 d。其中1号孔冻结降温效率明显较低，3号孔附近冻结壁发展最为理想。

(3)维护冻结期间，在-280 m层位深度处，相同冻结时间，2号测温孔温度比其余两孔偏高1 ℃左右。-510 m深度温度差异就更为明显，1号孔温度高于2号孔，2号孔高于3号孔，最大差值可达5.6 ℃。这一规律在-620 m层位也是一样的，即3号孔测点温度最低。由此说明，实际冻结工程中，越往深处，冻结壁发展越不均匀，这与地下水流方向及冻结钻孔偏斜等因素有关。

上述测温孔数据表明，受地下水流方向、冻结孔偏斜以及岩性等因素影响，实际冻结工程中，冻结壁发展是不均匀的，其中尤以较深位置处最为明显。具体表现为深处岩层降温效率低，温度高等。如1号孔-620 m近煤层粉砂岩层降至负温时间长达近6个月，且后期温度仅维持在-3.6 ℃左右。实际上，越往深处，冻结壁所承受的外部水土压力荷载越大，因此该位置附近是本工程冻结安全隐患点。实际施工过程中，应密切关注该位置附近空帮围岩的变形发展，做好应急处理预案。

4 结 论

通过对内蒙古鄂尔多斯某矿风井冻结温度场实测，获取了西部富水软岩地层冻结特征，分析了不同岩性地层温度在冻结不同阶段的演化规律。主要结论如下：

(1)西部富水软岩导热特性优异，表现为积极冻结期短，前期降温效率高；维护冻结期受施工影响，温升大等特点。这与华东地区深厚冲积层冻结特征存在明显差异。

(2)西部富水软岩地层原始地温每百米温升约为2.38 ℃。本工程马头门附近的围岩温度可高达28.19 ℃。

(3)测温孔数据表明，越深位置岩层，降温效率越低，且不同测温孔间的温度差异越明显；同时冻结壁发展受原始地温、地下水流方向、钻孔偏斜以及岩性特征等多因素影响。凿井过程中，应密切关注较深位置地下水上游方向附近冻结壁的发展状况，避免发生安全事故。

参考文献：

[1] 谢和平，王金华，鞠 杨，等.煤炭革命的战略与方向[M].北京：科学出版社，2018.

[2] 李功洲.冻结法凿井理论与技术综述[J].建井技术，2017，38(4)：1-10.

[3] 程 桦，蔡海兵.我国深立井冻结法凿井安全现状与思考[J]. 安徽理工大学学报(自然科学版)，2013，33(2)：1-6.

[4] 柴 敬，袁 强，王 帅，等.白垩系含水地层立井突水淹井治理技术[J].煤炭学报，2016，41(2)：338-344.

[5] 崔广心，杨维好，吕恒林.深厚表土中的冻结壁和井壁[M].徐州：中国矿业大学出版社，1998.

[6] 李 惠，鲍跃全，李顺龙，等.结构健康监测数据科学与工程[M].北京：科学出版社，2016.

[7] 王衍森.特厚冲积层冻结井外壁的强度增长及受力与变形规律[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[8] 岳丰田，王 涛.扎赉诺尔矿区白垩系地层冻结温度场实测与分析[J].河北理工大学学报(自然科学版)，2009，31(2)：119-122.